液壓換向閥機(jī)械部分設(shè)計(jì)探討

李改華

（乾日安全科技(北京)有限公司，北京 101100）

煤炭供煤炭工業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，占據(jù)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中的重大比重，我國(guó)的化石能源儲(chǔ)量中，煤炭高達(dá)90%以上，成為我國(guó)的主要應(yīng)用能源。在煤礦的開采和開發(fā)使用中，由于其生產(chǎn)條件相對(duì)復(fù)雜、環(huán)境惡劣，因此，對(duì)于生產(chǎn)工具的質(zhì)量有更高的技術(shù)性以及質(zhì)量性要求。實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高校集約化生產(chǎn)，能夠?yàn)槲覈?guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到非常重要的推動(dòng)作用。

在計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)下，液壓電壓控制在煤炭行業(yè)的開發(fā)和生產(chǎn)中得到了良好的使用，為更高效安全地利用煤礦資源提供了可能性。電壓控制技術(shù)是自動(dòng)化變革的一大重要標(biāo)志，液壓電系統(tǒng)作為集約化生產(chǎn)的最重要技術(shù)設(shè)備之一，是21 世紀(jì)煤礦行業(yè)的重要高新技術(shù)，其核心是用計(jì)算機(jī)程序發(fā)送電子信號(hào)代替手工操作來(lái)控制換向閥。通過傳感器對(duì)于其他部件工作狀態(tài)的信號(hào)傳輸，以及計(jì)算機(jī)分析之后對(duì)換向閥發(fā)出控制信號(hào)指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體控制工作。在這樣的電液控制系統(tǒng)中，換向閥是主要執(zhí)行元件。由于液壓換向閥有高密度、高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等的技術(shù)壁壘，以及其工作環(huán)境較為嚴(yán)酷，對(duì)于技術(shù)和質(zhì)量的要求更上一層樓。目前，現(xiàn)存國(guó)內(nèi)生產(chǎn)液壓換向閥，在使用的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)作不靈活、使用壽命短、閥芯別卡等一系列問題。

1 分模塊設(shè)計(jì)

為了提高液壓換向閥的實(shí)際可用新，本文將整體液壓系統(tǒng)分為幾個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試。

1.1 被試閥

液壓換向閥主要有先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成可以將液壓換向閥等效視為由三位四通的電磁先導(dǎo)閥控制的三位四通閥。測(cè)試的主要目的是能夠進(jìn)行出液口的壓力測(cè)試，需要出液口能夠及時(shí)對(duì)先導(dǎo)閥的通斷電情況進(jìn)行反映，因此，加裝了輔助連接板，將主閥與先導(dǎo)閥通過連接板相連接。等效原理圖，見圖1。

1.2 液壓源

液壓源的主要作用在標(biāo)準(zhǔn)要求中是為換向閥提供被試閥的公稱壓力以及流量，通過大流量的液泉配備來(lái)保證結(jié)果穩(wěn)定有效，但是，不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于目的不同，對(duì)于性能的側(cè)重點(diǎn)也有所不同。綜采中常用的乳化液工程壓力為315MPa，流量為400 升每分鐘，而在此次實(shí)驗(yàn)中，乳化液泉的配備采用液壓源的流量提供要求并不高，因此，適宜采用小流量泵進(jìn)行供液工作。

圖1

1.3 增壓

低壓的乳化液不能滿足設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求，因此，需要增加模塊為液壓的壓力進(jìn)行較大提升和壓力保障。增壓模塊的主要回路是利用高壓油泵、雙向增壓缸等相關(guān)零部件組成，進(jìn)行循環(huán)驅(qū)動(dòng)雙向增壓缸工作，將液壓保持在油泵壓力的6倍及其以上水平。

1.4 實(shí)驗(yàn)

為了滿足對(duì)液壓換向閥的高性能測(cè)試，完成液壓換向閥智能實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)械化設(shè)計(jì)，需要對(duì)液壓換向閥的各項(xiàng)性能進(jìn)行有效測(cè)定的同時(shí)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析。因此，此次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的液壓系統(tǒng)不僅需要符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，需要完成計(jì)算機(jī)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)對(duì)接條件，并聯(lián)傳感器以及機(jī)械儀表進(jìn)行流量信號(hào)采集，將電磁閥作為液壓回路的控制元件，得出以下的液壓系統(tǒng)原理圖，見圖2。

2 液壓缸

本機(jī)械設(shè)計(jì)部分的液壓系統(tǒng)具有高壓以及大流量的顯著特征，因此，液壓缸需要有高于一般水平的性能，增壓缸的設(shè)計(jì)需要單獨(dú)來(lái)完成。

2.1 雙向增壓缸

液壓換向閥的高密封試驗(yàn)，對(duì)于整體系統(tǒng)的供液壓力要求相對(duì)較高，相對(duì)于一般的壽命試驗(yàn)和密封試驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)的要求達(dá)到了47.25MPa 和31.5MPa。由于用來(lái)供應(yīng)的液源乳化液額定壓力較小，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求，因此，通過高壓油和連續(xù)雙向增壓實(shí)現(xiàn)對(duì)整體系統(tǒng)的增壓。增壓缸的設(shè)計(jì)是通過三位四通電磁換向閥控制進(jìn)入油缸大腔，承受更大的壓力面積，油壓推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)在液壓缸內(nèi)一側(cè)進(jìn)行，使得該側(cè)小腔的體積迅速增大，液體因?yàn)閴毫Σ畋恢睋粑雮溆?，借由電磁閥的控制增壓將活塞在缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)來(lái)回循環(huán)進(jìn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓乳化的連續(xù)輸出。

圖2

2.2 雙作用指示缸

雙作用指示缸是在液壓換向閥的性能測(cè)試中，包括換向以及控制力測(cè)定等，進(jìn)行換向閥動(dòng)作指示，實(shí)際上，在整個(gè)過程中并不做功，因此，考慮到成本因素本次設(shè)計(jì)采用的是尺寸較小的活塞桿。采用干燥連接法進(jìn)行指示缸的兩端蓋之間的連接，增強(qiáng)液壓缸高度強(qiáng)度高壓工作下的安全性以及可操作性。雙作用指示缸內(nèi)部全部采用密封形式，兩端安裝防塵圈，活塞用導(dǎo)向環(huán)來(lái)與缸筒之間進(jìn)行連接，以快速接頭實(shí)現(xiàn)回進(jìn)液體。

3 驗(yàn)證與調(diào)試

完成電液換向閥的系統(tǒng)搭建后，進(jìn)行部分項(xiàng)目測(cè)試，需要對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證。

在換向性能和壓力測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可行性，采取了手動(dòng)實(shí)驗(yàn)以及自動(dòng)實(shí)驗(yàn)兩種方式。手動(dòng)實(shí)驗(yàn)是通過點(diǎn)擊壓力開關(guān)按鈕，并且記錄換向閥的壓力值，與額定值進(jìn)行允許誤差范圍內(nèi)的合理比較，如果沒有超過誤差范圍則為合格。同時(shí)，用同樣的方法進(jìn)行ab 兩個(gè)位置的壓力測(cè)試，重復(fù)上述操作后，進(jìn)行壓力口的靈敏度觀察。自動(dòng)實(shí)驗(yàn)只要在試驗(yàn)的界面按照手動(dòng)試驗(yàn)方法，點(diǎn)擊自動(dòng)試驗(yàn)，由系統(tǒng)自身進(jìn)行性能測(cè)試和壓力測(cè)試。不同的是，供液路徑在手動(dòng)實(shí)驗(yàn)中為二路，而在自動(dòng)實(shí)驗(yàn)中為一路。

由于元器件安裝問題及部分實(shí)際條件限制，無(wú)法進(jìn)行全面的項(xiàng)目測(cè)試，但是，通過對(duì)系統(tǒng)軟硬件的整體信號(hào)采集處理以及電子信號(hào)分析，通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠驗(yàn)證相同工作原理下的系統(tǒng)功能是有效并且可行的。與此同時(shí)，在對(duì)換向閥的換向性能以及密封性和壓力方面進(jìn)行小流量測(cè)驗(yàn)以后，發(fā)現(xiàn)液壓換向閥的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)試劑參數(shù)保持一致，該性能符合相關(guān)要求。在達(dá)到一定的精度下，仍然能夠保持較好的抗干擾能力。相關(guān)員期間能夠在控制按鈕的點(diǎn)擊后，及時(shí)做出正確響應(yīng)。需要注意的是測(cè)試壓力時(shí)的波動(dòng)需要采取措施進(jìn)行回路脈動(dòng)干擾的減少。

4 結(jié)語(yǔ)

液壓支架的電液控制系統(tǒng)是綜采工作方面最為集約化生產(chǎn)的重要代表，也是綜采工作當(dāng)中重要的技術(shù)設(shè)備。

液壓換向閥作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制元件和組件，其工作性能能夠?qū)φw電液控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。本文通過模塊化的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，進(jìn)行了機(jī)械部分的內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在該系統(tǒng)中，手動(dòng)溢流閥控制工作壓力，手動(dòng)節(jié)流閥控制流量，在各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)之前，需要調(diào)整壓力與流量到合適的水平。在部分實(shí)驗(yàn)中，需要不停手動(dòng)操作，變換流量的大小，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的干擾。

同時(shí)，這一環(huán)節(jié)也是自動(dòng)化程度受制約部分。電液溢流閥，一些流量閥能夠代替手動(dòng)的溢流閥和節(jié)流閥，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化。本次機(jī)械部分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值對(duì)于電液控制系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行驗(yàn)證，由于實(shí)驗(yàn)要求較高，系統(tǒng)較為復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)要求較為嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)際工作中的性能能否被較好地滿足需要，是實(shí)際投入使用的過程中進(jìn)行完善的過程。