新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器的開發(fā)

曾成達(dá)，任瑞，董芙蓉

（1.山西平陽廣日機(jī)電有限公司，山西侯馬 043000；2.山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西侯馬 043000）

新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器的開發(fā)

曾成達(dá)1，任瑞2，董芙蓉2

（1.山西平陽廣日機(jī)電有限公司，山西侯馬 043000；2.山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西侯馬 043000）

分析了礦用本質(zhì)安全型電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器在井下使用時(shí)所出現(xiàn)的失效形式及故障，總結(jié)出在最初設(shè)計(jì)時(shí)，選用電纜連接方式、密封件的密封形式的注意事項(xiàng)，避免了后期使用時(shí)產(chǎn)生故障，為以后的礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和完善提供了借鑒。

電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器；失效形式；現(xiàn)場故障；可靠性；電連接器

隨著采煤業(yè)趨于智能化方向發(fā)展，各種設(shè)備之間通過有線和無線的互連形成一個(gè)龐大的信息網(wǎng)絡(luò)。要保證各子系統(tǒng)之間通訊穩(wěn)定，必須在每一個(gè)連接環(huán)節(jié)保證可靠。礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器是礦用液壓支架電液控制系統(tǒng)的重要組成部分。電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器作為液壓支架控制器與電磁先導(dǎo)閥通訊中轉(zhuǎn)站與控制器及先導(dǎo)閥通過礦用通訊電纜連接。目前，煤礦井下驅(qū)動器到電磁先導(dǎo)閥通訊電纜均采用德國赫斯曼方形連接器，然而因煤礦井下條件惡略，空氣濕度大，地下水酸堿度高等因素，常出現(xiàn)礦用電纜與驅(qū)動器連接處密封失效，導(dǎo)致大面積通訊中斷等現(xiàn)象?？偨Y(jié)市場現(xiàn)有產(chǎn)品的不足，新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了以上問題，為此類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢提供了新思路。

1 礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器現(xiàn)場故障及失效分析

1.1 礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器現(xiàn)場故障

圖1是液壓支架上電液控制系統(tǒng)控制及連接方式，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)故障頻率最高的部位在電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器處，而電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器故障大多表現(xiàn)為電連接器失效。電連接器失效分為兩種，一種為電接觸失效；另一種為電絕緣失效。

1）電接觸失效。電接觸失效是電連接器主要失效形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占試驗(yàn)和現(xiàn)場失效總數(shù)的45.1%[1]，失效形式表現(xiàn)為接觸電阻增大和接觸對瞬斷等。北京郵電大學(xué)電接觸研究室在電接觸基礎(chǔ)理論研究方面取得了豐碩的成果[2-3]，研究指出引起電接觸失效的主要因素分為環(huán)境污染（灰塵、腐蝕）和微動磨損。

2）絕緣失效。絕緣失效是電連接器另一種主要的失效形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占試驗(yàn)和現(xiàn)場失效總數(shù)的22.3%,絕緣失效主要是電連接器與驅(qū)動器外殼之間絕緣電阻下降或出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

1.2 故障原因分析

電纜插頭與驅(qū)動器插座端面的密封通過中間的密封墊保證,密封墊為矩形墊，壓縮量僅通過中心的緊固螺釘預(yù)緊，連接結(jié)構(gòu)為電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器與電纜連接方式，見圖2。此種密封方式在靜態(tài)環(huán)境下密封效果尚可，但在動態(tài)環(huán)境下，如電纜被拉扯時(shí)，緊固螺釘作為杠桿支點(diǎn)，電纜插頭會相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致密封墊一個(gè)或者多個(gè)面失效，井下酸堿水流入插座內(nèi)對接插件接觸點(diǎn)進(jìn)行腐蝕。此種失效形式正是電接觸失效中微動及腐蝕因素引起的，因此，采用以上方式的連接及密封不可靠，在工作面正常開采時(shí)出現(xiàn)大面積故障時(shí)，不但有安全隱患，而且對客戶及廠家都將造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，國內(nèi)外礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器產(chǎn)品材料大多為不銹鋼。通過分析產(chǎn)品使用環(huán)境、接插件表面缺陷、接插件內(nèi)部缺陷以及接插件、產(chǎn)品外殼材料等，產(chǎn)生絕緣失效的主要因素為煤礦井下潮濕的環(huán)境和產(chǎn)品材料。如楊奮為[4-5]在其發(fā)表的多篇關(guān)于電連接器失效分析的文章中分析了絕緣失效問題，從失效的案例中總結(jié)出絕緣失效的原因包括設(shè)計(jì)質(zhì)量、材料質(zhì)量、工藝質(zhì)量、檢驗(yàn)質(zhì)量和使用質(zhì)量等方面的問題。

2 新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器優(yōu)點(diǎn)

新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，見圖3。通過分析現(xiàn)有電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器連接失效原因，借鑒國內(nèi)在電連接器可靠性研究結(jié)果及試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，如陳文華等[6-9]對航天電連接器在振動、溫度、濕度綜合應(yīng)力下的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器連接方式采用M12四芯航空插頭，見圖4，通過內(nèi)部O型圈密封，螺紋連接更可靠，其防護(hù)等級為IP67，接觸件材料為銅合金，材料接觸表面為鎳金，插座外殼材料為銅合金。

新型礦用電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器外殼材料為PPS（Phenylene sulfide），通過模具精鑄而成，PPS材料電絕緣性優(yōu)良，著色性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性良好，有優(yōu)良的阻燃性，通過加入玻璃纖維改性后，沖擊強(qiáng)度大為提高，耐熱性和機(jī)械性能也有所提高，最主要的是價(jià)格低廉，具有較大的市場競爭力。

3 結(jié)束語

影響液壓支架電液控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性因素很多，因產(chǎn)品之間通訊電連接器出現(xiàn)故障的頻率最高。電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器電連接器出現(xiàn)故障是現(xiàn)場使用中較嚴(yán)重的問題。新型電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動器所采用的電連接器及外殼材料將避免或者減少以上故障現(xiàn)象，同時(shí)提升整個(gè)電液控制系統(tǒng)的可靠度。由此總結(jié)類似經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)支架電液控制系統(tǒng)其它部位連接方式。在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中我們必須通過理論分析、型式試驗(yàn)、工業(yè)試驗(yàn)等手段選擇可靠性更高的電連接器，設(shè)計(jì)和開發(fā)出性能更加穩(wěn)定的礦用產(chǎn)品。

[1]潘駿.航天電連接器震動可靠性建模與評估[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.

[2]張繼高.大力發(fā)展電接觸科學(xué)-一門重要交叉科學(xué)[J].中國機(jī)械工程，1999,10（9）：966-968.

[3]李雪清，張繼高.鍍金表面微孔腐蝕的電接觸特點(diǎn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2004,19（9）：51-56.

[4]楊奮為.航天用電連接器的失效分析[J].機(jī)電元件，1996,16（1）：40-43,47.

[5]楊奮為.航天電連接器的失效預(yù)防[J].機(jī)電元件，2001,21（4）：41-47.

[6]陳文華，潘駿，盧獻(xiàn)彪，等.航天電連接器的振動可靠性建模[J].航天學(xué)報(bào)，1997,18（16）：732-734.

[7]陳文華，崔杰，潘駿，等.航天電連接器的振動可靠性試驗(yàn)與分析[J].航天學(xué)報(bào)，2003,24（4）：342-345.

[8]陳文華，李紅石，連文志，等.航天電連接器環(huán)境綜合應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006,40（2）：348-351.

[9]陳文華，柴新，潘駿，等.Weibull壽命型產(chǎn)品可靠性加速驗(yàn)證試驗(yàn)方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2001,35（1）：5-8.

Development of Electromagnetic Pilot Valve Drive in Mines

ZENG Chengda1,REN Rui2,DONG Furong2
(1.Shanxi Pingyang Guangri Electromechanical Co.,Ltd.,Houma 043000,China; (2.Shanxi Pingyang Industry Machinery Co.,Ltd.,Houma 043000,China)

Failuremodes of intrinsically safe electromagnetic pilot valve drive inmines were studied. It concluded precautions for the connection of electrical cables and the sealing of seals in initial design so as to avoid the failure in later application,which could be a reference to the future design of the drive and the improvement ofproduction techniques.

electromagnetic pilot valve drive;failuremode;field failure;reliability;electrical connector

TD63

A

1672-5050（2015）05-0075-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.025

（編輯：樊敏）

2014-04-22

曾成達(dá)（1984-），男，甘肅白銀人，大學(xué)本科，工程師，從事礦用產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。