礦用電磁先導(dǎo)閥測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)與研究

楊衛(wèi)書(shū)

(鄭州煤機(jī)液壓電控有限公司，河南 鄭州 450007)

1 引言

隨著煤礦工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)在厚煤層綜采技術(shù)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，煤礦綜采工作面的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，電磁先導(dǎo)閥是煤礦綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵元件之一，其性能的可靠性直接影響著綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全。先前煤礦電液控制系統(tǒng)主要由德國(guó)進(jìn)口，這樣不但增加了綜采工作面 3機(jī)配套支架的制造成本，且由于依靠國(guó)外進(jìn)口，工期也很難保證。為了解決以上問(wèn)題，同時(shí)促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展，我公司技術(shù)人員通過(guò)近幾年的潛心研究，已經(jīng)成功的攻克了本安型高水基電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)和制造難題，并投入了批量制造。批量制造成功之后，快速高效的出廠檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的研制也就刻不容緩，本文研究的主要課題是開(kāi)發(fā)研制可以檢測(cè)本安型高水基電磁先導(dǎo)閥的液壓型式試驗(yàn)臺(tái)。

2 礦用本質(zhì)電磁先導(dǎo)閥簡(jiǎn)圖(圖 1)和工作原理

電磁先導(dǎo)閥主要由兩大部分構(gòu)成：電磁鐵部分、先導(dǎo)閥部分。先導(dǎo)閥部分由兩個(gè)兩位三通閥組成一個(gè)三位四通閥，而每個(gè)兩位三通閥又各有“零”位和工作位兩個(gè)狀態(tài)，有進(jìn)液口 P口、回液口 O口、工作口 A口(或B口)3個(gè)液流口。電磁鐵組件主要由銜鐵、推桿、線圈、彈簧等組成。先導(dǎo)閥部分采用液壓平衡式原理，減少了打開(kāi)閥口所需要的電磁力。它主要由閥體、進(jìn)、回液閥套、閥芯、中間閥套組成，并通過(guò)省力杠桿機(jī)構(gòu)與電磁鐵組件構(gòu)成一個(gè)力傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)給電磁鐵線圈通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)吸合銜鐵動(dòng)作，銜鐵帶動(dòng)推桿推向杠桿，并通過(guò)省力機(jī)構(gòu)推動(dòng)先導(dǎo)閥的頂桿使閥芯開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)高壓液體從進(jìn)液口 P口流向工作口 A口(或 B口);流出的高壓液體去控制主控閥打開(kāi)。當(dāng)停止給電磁鐵線圈供電時(shí)，銜鐵及推桿在彈簧的作用下復(fù)位，先導(dǎo)閥內(nèi)的彈簧和液壓力也推動(dòng)閥芯回到“零”位，以切斷高壓液體向工作口的供液，從而使主控閥關(guān)閉。

圖1 電磁先導(dǎo)閥

3 電磁先導(dǎo)閥測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

首先要從電磁先導(dǎo)閥的技術(shù)參數(shù)和檢測(cè)項(xiàng)目入手。

3.1 電磁先導(dǎo)閥的技術(shù)參數(shù)

公稱(chēng)壓力 ：31.5 MPa;公稱(chēng)流量 ：1.2 L/min;額定電壓：12 VDC;額定電流：120 mA

3.2 電磁先導(dǎo)閥的檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表 1。

4 測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的工作原理簡(jiǎn)圖(圖 2)及功能簡(jiǎn)介

(1)該液壓系統(tǒng)原理圖是根據(jù)電磁先導(dǎo)閥測(cè)試項(xiàng)目的要求，采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，繪制出的液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)原理圖共有 4個(gè)模塊組成：即動(dòng)力源模塊、增壓模塊、公稱(chēng)壓力、低壓試驗(yàn)?zāi)K及被試閥模塊組成。動(dòng)力源模塊主要是為電磁先導(dǎo)閥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供穩(wěn)定流量的動(dòng)力源，因?yàn)殡姶畔葘?dǎo)閥的流量小，在此為了減少泵的流量對(duì)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的沖擊，我們?cè)趧?dòng)力源模塊的出口處加裝了可調(diào)式節(jié)流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)該節(jié)流閥通液能力的大小，來(lái)保證供給系統(tǒng)穩(wěn)定的小流量。增壓模塊是為了給系統(tǒng)提供超過(guò)泵站額定工作壓力的壓力源，該模塊由 4個(gè)單向閥、一個(gè)雙向增壓缸、一個(gè)三位四通電磁閥組成，為了減少試驗(yàn)過(guò)程中高壓的突變給系統(tǒng)帶來(lái)的瞬態(tài)沖擊，我們?cè)谠鰤焊椎某隹谔幇惭b有一個(gè)可以吸收脈動(dòng)和減少?zèng)_擊的穩(wěn)壓罐，為了保證該系統(tǒng)的安全性，在高壓部位加裝有超高壓溢流閥;公稱(chēng)壓力和低壓試驗(yàn)?zāi)K由兩路液壓通道，一路是提供公稱(chēng)壓力并可以給系統(tǒng)快速充液的回路，一路是提供低壓的回路，在低壓回路上我們裝有減壓閥，減壓范圍可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，因?yàn)榈蛪汉透邏褐g的范圍較大，所以對(duì)減壓閥的要求比較高，在此我們選擇了減壓比比較大的減壓閥，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的低壓供液，通過(guò)兩個(gè)三位四通電磁閥的組合連接，實(shí)現(xiàn)了低壓和公稱(chēng)壓力的可靠轉(zhuǎn)換，得到密封試驗(yàn)的目的;由于泵站的流量比較大，所有換向閥的控制都是電磁閥，所以必須控制系統(tǒng)的流量，在電磁先導(dǎo)閥模塊的進(jìn)液口，我們又加裝了一個(gè)可以調(diào)節(jié)流量的節(jié)流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)該節(jié)流閥的通液能力，來(lái)改變電磁先導(dǎo)閥試驗(yàn)壓力的上升梯度，容易形成穩(wěn)定的試驗(yàn)壓力：在被試先導(dǎo)閥的進(jìn)、回液口裝有兩個(gè)濺射薄膜壓力傳感器，在電磁先導(dǎo)閥和雙作用液壓缸的連接部位也分別裝有兩個(gè)濺射薄膜壓力傳感器，這 4個(gè)濺射薄膜壓力傳感器的作用主要是來(lái)測(cè)試電磁先導(dǎo)閥在不同流量下的進(jìn)、回液阻力。壓力傳感器可以把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳給主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)可以把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件把曲線畫(huà)出來(lái)，這樣可以更直觀的了解每個(gè)電磁先導(dǎo)閥的性能。在電磁先導(dǎo)閥的回液口，我們裝有一個(gè)壓力為 0.3MPa的背壓閥，背壓閥的安裝提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性，減少了由于壓力的波動(dòng)而使測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差。

表1 電磁先導(dǎo)閥的性能要求指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)方法

圖2 原理圖

(2)按照試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，本試驗(yàn)臺(tái)必須能夠做完電磁先導(dǎo)閥的所有出廠檢測(cè)項(xiàng)目，所以試驗(yàn)臺(tái)除了能做密封試驗(yàn)、阻力損失試驗(yàn)、電磁力有效性試驗(yàn)外，還必須能夠做換向性能試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。鑒于此，我們?cè)谠囼?yàn)臺(tái)的臺(tái)面上，固定了一個(gè)雙作用液壓缸，液壓缸的大小和行程可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)，壽命實(shí)驗(yàn)必須能夠完成“充液 ”、“保壓 ”、“換向 ”、“充液 ”、“保壓 ”等循環(huán)過(guò)程。而每一電磁閥要完成壽命實(shí)驗(yàn)就需要做30000次循環(huán)，所以每次循環(huán)的時(shí)間不能太長(zhǎng)，依據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求每小時(shí)不少于 300次的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)?？筛鶕?jù)該技術(shù)條件去設(shè)計(jì)雙作用液壓缸的大小，通過(guò)計(jì)算和校核，我們使用 φ63 mm的缸徑，活塞桿直徑是φ45mm，行程是 25mm，完成后經(jīng)過(guò)使用，完全符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

(3)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)主要由濺射薄膜壓力傳感器、二次儀表、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集板、測(cè)試軟件等組成，為了增大試驗(yàn)臺(tái)的操作空間，方便測(cè)試人員操作，增加試驗(yàn)的安全性，主控計(jì)算機(jī)沒(méi)有做到該實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，而是通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制室，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)、報(bào)表和曲線可在試驗(yàn)完成后存盤(pán)或打印。關(guān)于程序的編譯和調(diào)試以及電器控制部分限于篇幅有限，在本文中不再敘述詳細(xì)過(guò)程。下面是實(shí)驗(yàn)臺(tái)外觀圖和上位機(jī)人機(jī)界面窗口(圖 3)，從界面上可以看出，本試驗(yàn)軟件清晰明了，易于操作。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)和人機(jī)界面

5 結(jié)束語(yǔ)

該電磁先導(dǎo)閥測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)經(jīng)過(guò)最近一個(gè)階段的使用，得到了預(yù)期的研制目的，使用效果良好，最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、實(shí)用，測(cè)試效率高，能滿(mǎn)足出廠檢驗(yàn)的各項(xiàng)性能要求。美中不足的是操作臺(tái)部分沒(méi)有做成全自動(dòng)化的，還選用了許多有觸點(diǎn)電氣元件，如：時(shí)間繼電器，定時(shí)器等元件;沒(méi)有引入現(xiàn)代常用的 PLC設(shè)備，沒(méi)有很好的把現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)完美地、有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而使各項(xiàng)試驗(yàn)更接近于全自動(dòng)化。

[1] 雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 王國(guó)法.液壓支架技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社.

[3] 成大中.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[4] 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.