王飛鵬 王建彪 王國龍

(太原重型機械集團有限公司，山西 太原 030024)

石油天然氣作為各國主要的能源產業(yè)，近年來都得到了快速發(fā)展，與此同時帶動了石油管道運輸業(yè)的繁榮。鋼管作為運輸石油和天然氣的主要輸送管道，其生產和研發(fā)受到各工業(yè)國的重視。為了提高鋼管的質量，增強使用的安全可靠性，各鋼管廠家都在強化鋼管的出廠檢測。在現有的檢測和試驗方法中，靜水壓試驗由于檢測效率和準確率較高，被廣泛應用于鋼管制造的工藝流程中，也是用戶比較關注的重要試驗工序之一[1-2]。

根據國際標準和石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術條件，石油鋼管必須進行相應的耐壓試驗，水壓試管機作為螺旋焊管和直縫焊管生產線上重要設備之一，通過檢測能夠保證產品的耐壓能力和產品性能，并為鋼管的最終使用提供可靠的保障。高壓、大口徑水壓試管機一方面可以檢測鋼管的泄漏情況，另一方面能夠減少鋼管在焊接過程中產生的殘余內應力[3]。

本文將重點對國產3000 t級水壓試管機在裝配過程中拉力梁、前后橫梁以及主梁中心線調整對中問題進行分析，對保證產品裝配精度，提高產品使用性能具有重要意義。

1 水壓試驗機結構組成

3000 t水壓試管機作為公司出口產品，產品質量控制比較嚴格。該設備主要用于對大直徑(管徑?355.6～1422 mm)鋼管進行水壓試驗。通過一定水壓作用來檢測鋼管是否存在滲漏缺陷，以及鋼管在外力作用下的承載能力。另外，通過水壓測試，能夠消除鋼管體內部分殘余應力，達到對產品性能優(yōu)化的目的。其整體設計新穎，工藝布局合理，主要由機械設備、液壓系統、電控系統以及水系統組成。

1.1 機械設備

本次產品采用拉力梁框架結構，上下共四根拉力梁，形成窗口式配置。梁與機架用強力銷子連接，移動端的上下拉力梁上設有6組銷孔，機架移動時，銷子可在選定的銷孔內插拔。其結構主要由上梁、下梁、后壓頭裝置、前壓頭裝置、橫梁、排氣閥、充氣閥以及行走機構等組成，如圖1所示。

圖1 3000 t水壓試驗機機械結構簡圖Figure 1 Mechanical structural diagram of 3000 t hydrostatic testing machine

(1)上下梁

上下梁共四根，形成框架結構，每一件梁都為高屈服強度鋼板焊接成矩形結構，梁上加工6處等間距的精孔，通過插拔銷功能用于實現前壓頭裝置不同位置的固定。

(2)沖水頭

沖水頭包含沖水閥、卸荷閥、小排氣閥、梭閥。其固定在上下梁組成的受力框架上。高壓水和填充水通過管道傳送至沖水頭。當沖水閥開啟時，低壓水從水罐充至待測試的鋼管中，充水完成后，沖水閥關閉，鋼管開始試壓，試壓完成后，沖水頭通過比例卸荷閥進行泄壓。

(3)前壓頭裝置

前壓頭裝置包含有大小排氣閥、支撐液壓缸、進給液壓缸、鎖緊裝置、機加推拉裝置等組成。根據試驗鋼管長度的不同，前壓頭裝置將排氣頭推拉至相應位置，其前后的移動通過液壓馬達驅動齒輪齒條來實現。大、小排氣閥主要實現鋼管充低壓水時排氣功能[4]。

(4)夾緊拔管裝置

水壓試管機夾緊拔管裝置采用液壓夾緊方式，通過上下夾緊液壓缸來驅動抱管架向鋼管外徑移動，上下抱管架左右兩側設置有導向桿，起固定和導向作用，上下抱管架通過固定銷軸分別與上下橫梁連接。夾緊拔管裝置的作用主要有兩個方面：第一，在鋼管試驗完成，壓力釋放過程中防止試驗鋼管沿軸線方向產生位移；第二，在鋼管試驗過程中，起到對鋼管的穩(wěn)固作用，防止鋼管發(fā)生較大變形。

(5)試壓工具

試壓工具主要是為了滿足水壓試管機對不同試壓壓力和試壓管徑的適應性要求，其主要設置有兩種不同的密封工具：端面密封和徑向密封。當鋼管試壓壓力大于25 MPa時，采用徑向密封工具；小于等于25 MPa時，采用端面密封工具[5]。

(6)托管升降裝置

托管升降裝置主要包括升降臺裝置、橫向移動小車和旋轉輥裝置等設備。試驗鋼管通過旋轉輥道移送至橫向移動小車，橫移小車將鋼管輸送至水壓試管機中心線上，再由升降臺裝置將鋼管升降至前后水壓頭中心位置，升降高度由帶位移傳感器液壓缸控制，使鋼管落入設定位置。

(7)增壓裝置

水壓試管機的增壓裝置主要作用是為試壓鋼管提供高壓水，通過增壓缸的往復工作保證系統高壓水的連續(xù)供應；通過控制進油側壓力，實現對鋼管測試壓力的精準控制。

1.2 液壓系統

水壓試管機的液壓系統主要有油水平衡液壓系統、增壓器液壓系統以及輔助液壓系統。其中油水平衡液壓系統主要實現排氣頭支撐液壓缸與鋼管試驗壓力之間的平衡；增壓液壓系統主要保證試樣鋼管內的試驗壓力，完成低壓水向高壓水的轉變，獲得增壓壓力；輔助液壓系統主要是在夾緊裝置、升降裝置、輥道升降等機構中應用，實現部件的機械運動。

1.3 水系統

水壓試管機水系統主要完成試驗管件的沖洗、沖水、加壓和保壓過程。設備主要有充水罐、泵、閥門及相應管道組成。

1.4 設備主要技術參數

最大承載能力：3000 t

最高試驗壓力：50 MPa

試驗鋼管外徑：?355.6～1422 mm

試驗鋼管壁厚：6～40 mm

試驗鋼管長度：8000～13000 mm

試驗方式：單根

最大單根重量：17.5 t

試驗介質：水

水壓穩(wěn)壓精度：<0.4 MPa

保壓時間：5～30 s

設備生產能力：150 000 t/a

2 安裝過程出現的主要問題

拉力梁作為水壓試管機上關鍵部件，上下梁總共4件，每件長度21 m，寬度250 mm，高度1030 mm，每件重量達21 t。由于本結構中，拉力梁一端可以通過橫梁上下左右對稱位置的鍵槽進行固定支撐，而另一端安裝有后壓頭裝置，如圖2所示?？梢园l(fā)現后壓頭中安裝拉力梁的上下4個開檔左右面均為非加工面，在實際調整過程中，將左右下梁調整到要求平行度非常困難。實際裝配過程中出現了如圖3所示的情況，調整較好情況下，前后梁開檔距離誤差達3～5 mm。考慮上下梁的平行度要求，將上下4根橫梁同時調整至一定范圍的平行度將更加困難，誤差遠遠超出了試驗大綱要求。后續(xù)的現場安裝調整過程中，發(fā)現上下橫梁平行度達不到安裝精度要求，影響了整機的安裝精度。針對上述問題，本次生產過程中將工藝做了重點修改。

圖2 后壓頭裝置圖Figure 2 Diagram of rear pressure head device

如圖3所示，左右下梁的前端與橫梁進行連接，橫梁上加工有兩處鍵槽，通過安裝固定鍵與兩下梁進行定位，保證前端距離為固定值m。同時，可以發(fā)現后壓頭裝置中安裝拉力梁的上下4個開檔左右面均為非加工面，在實際調整過程中，將左右下梁距離n與m調整到要求平行度非常困難。

n-m=3～5 mm圖3 工藝改進前調整結果Figure 3 Adjustment results before process improvement

若安裝過程中出現如圖3所示狀況，將導致行走機構移動緩慢，甚至出現不移動現象?，F場分析原因，發(fā)現主要是由于上下橫梁之間的距離出現偏差，使得橫梁與行走裝置間的摩擦增大，對橫梁進行重新矯正后，上述問題得到解決?？梢?，如何保證上下4根橫梁的安裝平行度至關重要。

3 解決方案

為解決上下橫梁安裝過程中出現的不平行問題，本文重點提出以下解決方案：

(1)在加工橫梁、后壓頭裝置的過程中，數控鏜床以橫梁和后壓頭裝置中已加工中心孔為基準，刻畫橫梁和后壓頭裝置十字中心線，具體如圖4所示。

圖4 水壓試管機拉力梁裝配調整示意圖Figure 4 Schematic diagram of tension beam assembly and adjustment of hydrostatic testing machine

(2)在拉力梁加工過程中考慮裝配調整的需要，在每件拉力梁內側面，按加工中心分中，并按照要求尺寸等距離均勻銑5處?100 mm的基準面，粗糙度Ra6.3 μm，并且保證每件拉力梁基準中心位置一致，如圖5所示。

圖5 4件拉力梁加工工藝基準Figure 5 Fabrication process datum of four tension beams

裝配過程中以橫梁、后壓頭裝置已經刻劃好的十字中心線，通過拉鋼絲確定裝配中心線；然后通過調整4根拉力梁到中心線間的距離，保證試驗大綱要求，上下梁位置平行度≤1 mm，左右位置平行度≤1 mm，前后中心線應調整到同一軸線上，偏差≤1 mm。

通過采取上述方案，提前在橫梁與后壓頭裝置中刻劃中心線，在上下橫梁內側加工基準面，能夠有效解決拉力梁在裝配過程中平行調整問題。

在廠內試裝過程中，可以發(fā)現通過新的加工和裝配工藝，能夠有效提高上下橫梁之間的平行度，行走機構運行更加靈活，整機性能得到明顯提高，同時極大地節(jié)省了安裝調試時間。

4 結束語

通過對3000 t水壓試管機廠內安裝調試，證明采用改進后的工藝方案能大幅度提高水壓試管機安裝精度。其中橫梁、后壓頭裝置中心線的提前刻劃，拉力梁工藝基準的加工起到了關鍵作用。改變后的新工藝方法，很好地解決了拉力梁位置精度調整問題，并在生產實踐中進行了應用，證明其工藝方法的可行性。在保證產品的精度要求的同時，減少了廠內及現場安裝調整時間，控制了生產成本，提高了生產效率。