楊衛(wèi)書

(鄭州煤機液壓電控有限公司，河南 鄭州 450007)

1 引言

隨著煤礦工業(yè)的快速發(fā)展，我國在厚煤層綜采技術(shù)方面達到國際領(lǐng)先水平，煤礦綜采工作面的自動化程度越來越高，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)主要由德國進口，這樣不但增加了綜采工作面 3機配套支架的制造成本，且由于依靠國外進口，工期也很難保證。為了解決以上問題，同時促進民族工業(yè)的發(fā)展，我公司技術(shù)人員通過近幾年的潛心研究，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試驗臺的研制也就刻不容緩，本文研究的主要課題是開發(fā)研制可以檢測本安型高水基電磁先導(dǎo)閥的液壓型式試驗臺。

2 礦用本質(zhì)電磁先導(dǎo)閥簡圖(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)閥部分由兩個兩位三通閥組成一個三位四通閥，而每個兩位三通閥又各有“零”位和工作位兩個狀態(tài)，有進液口 P口、回液口 O口、工作口 A口(或B口)3個液流口。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，減少了打開閥口所需要的電磁力。它主要由閥體、進、回液閥套、閥芯、中間閥套組成，并通過省力杠桿機構(gòu)與電磁鐵組件構(gòu)成一個力傳動系統(tǒng)。當給電磁鐵線圈通電時，電磁線圈產(chǎn)生磁場吸合銜鐵動作，銜鐵帶動推桿推向杠桿，并通過省力機構(gòu)推動先導(dǎo)閥的頂桿使閥芯開啟，實現(xiàn)高壓液體從進液口 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。當停止給電磁鐵線圈供電時，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)閥測試系統(tǒng)的設(shè)計

首先要從電磁先導(dǎo)閥的技術(shù)參數(shù)和檢測項目入手。

3.1 電磁先導(dǎo)閥的技術(shù)參數(shù)

公稱壓力 ：31.5 MPa;公稱流量 ：1.2 L/min;額定電壓：12 VDC;額定電流：120 mA

3.2 電磁先導(dǎo)閥的檢測項目見表 1。

4 測試試驗臺的工作原理簡圖(圖 2)及功能簡介

(1)該液壓系統(tǒng)原理圖是根據(jù)電磁先導(dǎo)閥測試項目的要求，采用了模塊化的設(shè)計方法，繪制出的液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)原理圖共有 4個模塊組成：即動力源模塊、增壓模塊、公稱壓力、低壓試驗?zāi)K及被試閥模塊組成。動力源模塊主要是為電磁先導(dǎo)閥實驗系統(tǒng)提供穩(wěn)定流量的動力源，因為電磁先導(dǎo)閥的流量小，在此為了減少泵的流量對試驗臺液壓系統(tǒng)的沖擊，我們在動力源模塊的出口處加裝了可調(diào)式節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)該節(jié)流閥通液能力的大小，來保證供給系統(tǒng)穩(wěn)定的小流量。增壓模塊是為了給系統(tǒng)提供超過泵站額定工作壓力的壓力源，該模塊由 4個單向閥、一個雙向增壓缸、一個三位四通電磁閥組成，為了減少試驗過程中高壓的突變給系統(tǒng)帶來的瞬態(tài)沖擊，我們在增壓缸的出口處安裝有一個可以吸收脈動和減少沖擊的穩(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;公稱壓力和低壓試驗?zāi)K由兩路液壓通道，一路是提供公稱壓力并可以給系統(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)，因為低壓和高壓之間的范圍較大，所以對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，實現(xiàn)了穩(wěn)定的低壓供液，通過兩個三位四通電磁閥的組合連接，實現(xiàn)了低壓和公稱壓力的可靠轉(zhuǎn)換，得到密封試驗的目的;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)閥模塊的進液口，我們又加裝了一個可以調(diào)節(jié)流量的節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)該節(jié)流閥的通液能力，來改變電磁先導(dǎo)閥試驗壓力的上升梯度，容易形成穩(wěn)定的試驗壓力：在被試先導(dǎo)閥的進、回液口裝有兩個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濺射薄膜壓力傳感器，這 4個濺射薄膜壓力傳感器的作用主要是來測試電磁先導(dǎo)閥在不同流量下的進、回液阻力。壓力傳感器可以把壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號，通過數(shù)據(jù)采集卡傳給主控計算機，主控計算機可以把采集到的數(shù)據(jù)通過軟件把曲線畫出來，這樣可以更直觀的了解每個電磁先導(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而使測試結(jié)果產(chǎn)生誤差。

表1 電磁先導(dǎo)閥的性能要求指標和實驗方法

圖2 原理圖

(2)按照試驗臺的設(shè)計要求，本試驗臺必須能夠做完電磁先導(dǎo)閥的所有出廠檢測項目，所以試驗臺除了能做密封試驗、阻力損失試驗、電磁力有效性試驗外，還必須能夠做換向性能試驗和壽命試驗。鑒于此，我們在試驗臺的臺面上，固定了一個雙作用液壓缸，液壓缸的大小和行程可以根據(jù)需要設(shè)計，壽命實驗必須能夠完成“充液 ”、“保壓 ”、“換向 ”、“充液 ”、“保壓 ”等循環(huán)過程。而每一電磁閥要完成壽命實驗就需要做30000次循環(huán)，所以每次循環(huán)的時間不能太長，依據(jù)設(shè)計技術(shù)要求每小時不少于 300次的標準設(shè)計?？筛鶕?jù)該技術(shù)條件去設(shè)計雙作用液壓缸的大小，通過計算和校核，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)過使用，完全符合設(shè)計預(yù)期。

(3)試驗臺數(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)控制計算機、數(shù)據(jù)采集板、測試軟件等組成，為了增大試驗臺的操作空間，方便測試人員操作，增加試驗的安全性，主控計算機沒有做到該實驗臺上，而是通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制室，進行遠程數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)、報表和曲線可在試驗完成后存盤或打印。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過程。下面是實驗臺外觀圖和上位機人機界面窗口(圖 3)，從界面上可以看出，本試驗軟件清晰明了，易于操作。

圖3 試驗臺和人機界面

5 結(jié)束語

該電磁先導(dǎo)閥測試試驗臺經(jīng)過最近一個階段的使用，得到了預(yù)期的研制目的，使用效果良好，最大的優(yōu)點是簡潔、實用，測試效率高，能滿足出廠檢驗的各項性能要求。美中不足的是操作臺部分沒有做成全自動化的，還選用了許多有觸點電氣元件，如：時間繼電器，定時器等元件;沒有引入現(xiàn)代常用的 PLC設(shè)備，沒有很好的把現(xiàn)代計算機技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)完美地、有機地結(jié)合起來，從而使各項試驗更接近于全自動化。

[1] 雷天覺.液壓工程手冊[M].機械工業(yè)出版社.

[2] 王國法.液壓支架技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社.

[3] 成大中.機械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[4] 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊[M].機械工業(yè)出版社.