液壓支架用閥綜合試驗(yàn)臺(tái)的研制

靳 建

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

液壓支架用閥類產(chǎn)品是液壓支架的關(guān)鍵控制元件，其工作性能的好壞直接影響到液壓支架的支撐能力和采煤工作面的安全性。因此，液壓閥成為液壓支架大修的重點(diǎn)檢修對(duì)象。要保證液壓閥的檢修質(zhì)量，就必須有可靠的檢驗(yàn)檢測(cè)手段。

本試驗(yàn)臺(tái)針對(duì)液壓支架主要用閥——安全閥、截止閥、液控單向閥及換向閥的各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)。在綜合MT419－1995《液壓支架用閥》規(guī)定的試驗(yàn)回路基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出適合本試驗(yàn)臺(tái)要求的液壓回路。

1 試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)

如圖1 所示，試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)由液壓源、試驗(yàn)系統(tǒng)、被試液壓件3部分組成。液壓源部分主要由油泵、低壓乳化液泵、壓力控制系統(tǒng)和增壓回路組成，油泵出口壓力由閥6調(diào)定，然后液壓油通過(guò)增壓缸進(jìn)行10倍增壓，最大壓力可達(dá)60MPa。乳化液泵站輸出壓力由閥14調(diào)定，其為被試閥提供壓力進(jìn)行低壓密封試驗(yàn)，并為被試換向閥進(jìn)行換向功能試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)由壓力傳感器、穩(wěn)壓罐、單向閥、截止閥、換向閥、壓力表及4個(gè)壓力出口（A、B、P、T）等組成。被試液壓件可以是安全閥、截止閥、液控單向閥及換向閥，它們的進(jìn)、出液口分別與試驗(yàn)系統(tǒng)的A、B、P、T口相連。

2 關(guān)鍵元件的設(shè)計(jì)與選用

2.1 低壓乳化液泵的選取

低壓乳化液泵站為被試閥提供壓力進(jìn)行低壓密封試驗(yàn)，并為被試換向閥進(jìn)行換向功能試驗(yàn)。泵站的具體參數(shù)為：最高壓力6MPa，額定流量15L／min。泵站出口壓力由系統(tǒng)溢流閥調(diào)定，選配電機(jī)額定功率為1.6kW。

2.2 控制系統(tǒng)油泵的選取

油泵是壓力控制系統(tǒng)的液壓源，液壓油通過(guò)增壓缸進(jìn)行10倍增壓，最大壓力可達(dá)60MPa。油泵的具體參數(shù)為：最高壓力6MPa，額定流量15L／min。油泵出口壓力由系統(tǒng)溢流閥調(diào)定，選配電機(jī)額定功率為2.2kW。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)液壓原理圖

2.3 管路的設(shè)計(jì)計(jì)算

鑒于試驗(yàn)臺(tái)是在超高壓條件下運(yùn)行，為保證液壓系統(tǒng)的安全，液壓管路采用由冷拔無(wú)縫鋼管制作的集成管路，以減少管路壓力損失，提高安全性。

鋼管的通徑dT（mm）由下式確定：

其中：Q為通過(guò)鋼管的液體流量，m3／s；v為鋼管中液體流速，m／s，吸油管路流速為1.5m／s≤v≤5m／s，壓力油管路流速為2.5m／s≤v≤5m／s。

鋼管的壁厚δ（mm）由下式確定：

其中：pG為鋼管承受壓力，MPa；［σ］為鋼管材料的許用應(yīng)力，MPa，［σ］＝σb／n，σb為抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)。

由式（1）、式（2）可計(jì)算出連接管路的主要尺寸。

2.4 增壓缸設(shè)計(jì)

增壓缸常用于超高壓場(chǎng)合，它可以使液壓系統(tǒng)在沒有高壓油源的情況下獲得高壓。增壓缸工作原理如圖2 所示，大腔的輸入壓力為p，利用活塞和活塞桿的面積差，在兩側(cè)小腔輸出高壓p′，兩者之間的壓力關(guān)系如下：

其中：D為增壓缸缸筒內(nèi)徑；d為增壓缸活塞桿直徑。

通過(guò)電磁換向閥的不斷換向，由4個(gè)單向閥控制，增壓缸就能連續(xù)地輸出高壓液體。

本試驗(yàn)臺(tái)液壓測(cè)試系統(tǒng)對(duì)流量沒有具體的要求，且本文設(shè)計(jì)為連續(xù)型增壓缸，增壓缸的容量不需要設(shè)計(jì)得很大。試驗(yàn)臺(tái)液壓測(cè)試系統(tǒng)所需最高壓力為60 MPa，控制系統(tǒng)油泵最高壓力可達(dá)6MPa，故本文所設(shè)計(jì)的增壓缸的增壓比需10∶1。增壓缸缸筒材料選用27SiMn，按照厚壁缸進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)材料力學(xué)第二強(qiáng)度理論計(jì)算增壓缸的壁厚：

其中：［σ］為缸筒材料的許用應(yīng)力，［σ］＝，n為安全系數(shù)，σbz為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度，σbz≈850N／mm2。

選定增壓缸缸筒內(nèi)徑D，通過(guò)式（3）計(jì)算得到活塞桿直徑d；取p＝60MPa，nz＝5，σbz≈850N／mm2，將數(shù)值代入式（4）計(jì)算得到增壓缸活塞桿腔缸筒壁厚。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理

試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理流程如圖3 所示，利用各測(cè)壓口壓力傳感器測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由專業(yè)測(cè)控軟件運(yùn)行不同的程序模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終形成試驗(yàn)報(bào)告存儲(chǔ)于工控機(jī)內(nèi)，供隨時(shí)查詢和打印。測(cè)控軟件基于面向?qū)ο蟮某绦蛘Z(yǔ)言開發(fā)，界面友好，操作簡(jiǎn)單方便。

圖2 增壓缸工作原理

圖3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目綜合MT419－1995《液壓支架用閥》規(guī)定的試驗(yàn)回路，研制出符合液壓支架大修要求的液壓支架用閥綜合試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)由傳感器測(cè)量，計(jì)算機(jī)采集，專業(yè)測(cè)控軟件處理，最終生成試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)臺(tái)用于指導(dǎo)液壓閥大修和配件入庫(kù)前質(zhì)量檢驗(yàn)，提高了液壓支架的大修質(zhì)量。

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