液壓支架密封性能試驗裝置的研究

摘 要：針對目前液壓支架立柱、千斤頂實際工作過程中，承受超高壓強的同時伴隨著壓力載荷的起伏波動，本文設計了一種礦業(yè)液壓支架密封性能試驗臺。介紹了液壓支架密封性能試驗臺的總體結構和工作原理，并對驅動部分、沖擊加載部分和升降部分進行了研究。

關鍵詞：液壓支架；壓力波動；密封性能；試驗臺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.030

1 引言

目前，國內液壓支架生產廠家在生產立柱和千斤頂時，主要是采用的國外廠商的密封件，雖然能夠滿足質量方面的要求，但是價格卻一直居高不下，而且對國外同等價格的密封件，也無法對其密封性能做一個客觀的評價[1-2]。近幾年國內液壓支架生產廠商之間競爭激烈，生產力的發(fā)展，高科技技術的運用，使得各廠商對于成本的降低有了新的要求[3-4]。在這種情況下，本文深入分析了液壓支架立柱、千斤頂密封的實際工作環(huán)境，經過現(xiàn)場的實踐分析，發(fā)現(xiàn)密封件在實際工作時，所受的不是純粹的高壓，而是承受超高壓強的同時伴隨著壓力載荷的起伏波動[5-6]。為了能夠模擬液壓支架的現(xiàn)場工作情況，本文設計的密封性能試驗裝置加入了高壓沖擊載荷，使得乳化液在試驗缸內部所承受的壓力隨著時間變化而變化[7-8]。

2 密封性能試驗臺基本結構

液壓支架密封性能試驗裝置主要由驅動部分，沖擊加載部分，升降部分組成。驅動部分是由往復運動動力傳動單元、往復運動動力控制單元和往復運動動力執(zhí)行單元組成。往復運動控制單元根據(jù)計算機測控系統(tǒng)設定的運行速度，產生周期性的往復運動邏輯控制信號，控制往復運動動力傳動單元產生相對于速度變化的往復動力，從而驅動試驗油缸往復運行。沖擊加載部分是有驅動空氣系統(tǒng)、油箱供油系統(tǒng)和沖擊加載系統(tǒng)組成。升降部分主要是有渦輪絲桿升降平臺組成。液壓密封性能試驗裝置基本結構設計如圖1所示。

3 密封性能試驗臺設計

3.1 液壓系統(tǒng)設計

根據(jù)密封性能試驗裝置的要求，整個試驗裝置的液壓系統(tǒng)是由驅動裝置液壓系統(tǒng)和加載裝置液壓系統(tǒng)組成。根據(jù)密封性能試驗標準要求，設計整個密封性能試驗裝置液壓原理圖如圖2所示。

3.2 試驗油缸驅動裝置

液壓密封性能試驗臺的往復運動是通過液壓油缸驅動裝置的驅動實現(xiàn)的。試驗油缸驅動裝置是由往復運動傳動單元、往復運動控制單元和往復運動執(zhí)行單元組成。往復運動控制單元根據(jù)計算機測控系統(tǒng)設定的運行速度，產生周期性的往復運動邏輯控制信號，控制往復運動傳動單元產生相對于速度變化的往復動力，從而驅動試驗油缸往復運行。

往復運動傳動單元主要功能是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，從而為整個液壓系統(tǒng)提供動力。驅動液壓缸所用液壓泵的額定壓力主要根據(jù)驅動液壓缸缸本身缸體的摩擦力以及其所驅動的試驗缸的摩擦力兩部分的壓力之和來確定，再根據(jù)驅動部分的液壓系統(tǒng)按正常速度運行時所需要的液體流量來確定所選驅動部分液壓泵的額定流量。對于驅動油缸的運行沒有特殊的要求而僅是進行簡單的的往復運動，故對于所選電機沒有調速的要求。因此在選擇電動機類型時選用交流異步電動機。同時根據(jù)選用的液壓泵的流量和工作壓力，計算出液壓泵的功率，按照功率的要求，選擇可以滿足使用要求的電動機。

往復運動控制單元在液壓系統(tǒng)中的主要作用是控制和調節(jié)液壓回路中工作液的壓力、流量和方向，從而可以對整個液壓系統(tǒng)進行控制。壓力控制閥主要控制執(zhí)行機構的輸出力或輸出轉矩的大小，并確定液壓泵及整個液壓系統(tǒng)的工作負載，在過載時起到保護系統(tǒng)的作用；流量控制閥主要根據(jù)執(zhí)行機構的運動速度的要求供給所需的流量；方向控制閥控制油流的通、切斷或改變油流的方向，以控制執(zhí)行機構的運動方向等；以上三類閥還可以互相組合，成為復合閥，以減少管路的連接，使結構緊湊，提高系統(tǒng)的效率。

往復運動執(zhí)行單元主要作用是帶動試驗油缸進行往復運動，完成性能檢測試驗。由于試驗缸的被試件往復運動的速度相等，故選用液壓缸的選用方面需要選活塞兩端桿徑相同，活塞正、反向運動速度和推力相等。故本文中所選驅動油缸為雙作用雙活塞桿等速等行程式液壓缸。

3.3 試驗油缸加載裝置

在實際工況中，液壓支架立柱和千斤頂中間的液壓缸實際工作時，通常其中間的活塞或者是活塞桿所受載荷并不是一成不變的，而是一直伴隨著工作時的壓力的加載和卸載而增壓和減壓的過程，簡而言之活塞或者是活塞桿所受載荷是沖擊性的載荷。液壓密封性能試驗臺試驗缸的沖擊加載是通過液壓沖擊加載裝置不斷的加壓與卸壓實現(xiàn)的。試驗油缸沖擊加載系統(tǒng)是有驅動空氣系統(tǒng)、油箱供油系統(tǒng)和沖擊加載系統(tǒng)組成。試驗油缸加載裝置液壓原理圖如圖3所示。

該沖擊加載系統(tǒng)主要配置美國進口高壓氣動液體增壓泵一臺、氣控減壓閥、電控減壓閥、過濾器、保壓/泄壓三通電磁閥、手動保壓/泄壓閥、壓力表和壓力變送器等部件。測試過程中，先確認工件所需測試壓力，如果在低于35MPa 則需要啟動增壓泵，高于150MPa 停止增壓泵，則需通過高壓輸出端壓力傳感器反饋，并設置壓力信號，進行系統(tǒng)的上、下限增壓、降壓的循環(huán)過程。增壓過程中驅動氣管路上的氣控減壓閥在電-氣比例閥的作用下，會逐漸升高驅動氣壓力，以控制增壓泵的增壓速度。當達到測試壓力時，保壓氣動閥會自動關閉保壓，試驗結束后通過流量調節(jié)閥緩慢泄壓到增壓泵啟動下限壓力，如系統(tǒng)完成工件的測試，也可手動打開泄壓閥，完成系統(tǒng)的壓力泄放。

3.4 升降裝置

蝸輪絲桿升降機又稱WL升降機廣泛應用于機械、冶金、建筑、水利設備等行業(yè)，具有起升、下降及借助輔件推進、翻轉及各種高度位置調整等諸多功能.蝸輪絲桿升降機是一種基礎起重部件，具有結構緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點。可以單臺或組合使用，能按一定程序準確地控制調整提升或推進的高度，可以用電動機或其他動力直接帶動，也可以手動。它有不同的結構形式和裝配形式，且提升高度可按用戶的要求定制。該裝置可以自鎖。蝸輪絲桿絲杠升降機理論上具有自鎖功能，但工作在振動較大的場合會導致自鎖功能失靈，因此須外加一制動裝置或選擇帶有制動的驅動源。

4 結論

本文根據(jù)制定的液壓支架立柱、千斤頂密封性能試驗標準，設計一臺密封性能試驗裝置，該試驗裝置可以模擬實際工況，對密封件進行測試。通過試驗，我們可以對不同廠家生產的密封件進行客觀的評價，同時也可以促進密封技術的改進和發(fā)展。

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作者簡介：燕成義（1985-），男，山西朔州人，工學學士。