液压支架电液阀性能试验台液压系统设计.pdf

2 0 1 4年 1 月 第 4 2卷 第2期 机床与液压 MACHI NE T0OL ＆ HYDRAULI CS J a n ． 2 0 1 4 Vo l _ 4 2 No ． 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 9 液压支架 电液 阀性能试验台液压 系统设 计 张唏，夏鹏，任丹丹，王斌 中国矿业大学 北京机电学院，北京 1 0 0 0 8 3 摘要为配合电磁先导阀的研制和进行性能测试，需要设计和搭建一种专用于测试电磁先导阀性能的试验台。利用模 块化设计方法，选择新型液压元件，进行了电液阀性能试验台液压系统的设计。 关键词电磁先导阀；试验台；模块化；液压系统 中图分类号T H 1 2 2 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 0 5 4 3 De s i g n o f Hy dr a u l i c S y s t e m o f Pe r f o r m a nc e Te s t Be d o f Hy d r a ul i c S u pp o r t El e c t r o． hy dr a u l i c Va l v e ZHANG Xi ，XI A Pe n g， REN Da n da n， W ANG Bi n M e c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l C o l l e g e ， C h i n a U n i v e r s i t y o f M i n i n g a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T o c o p e wi t h t h e d e v e l o p me n t a n d p e r f o r ma n c e t e s t o f s o l e n o i d p i l o t v a l v e ，a s o l e n o i d p i l o t v a l v e p e rf o rm a n c e t e s t r i g w a s n e e d e d t o d e s i g n ．Us i n g mo d u l a r d e s i g n me t h o d ，c h o o s i n g n e w h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ，t h e t e s t b e d h y d r a u l i c s y s t e m wa s d e s i g n e d ． Ke y wo r d s S o l e n o i d p i l o t v a l v e ；T e s t r i g ；Mo d u l a r i z a t i o n；Hy d r a u l i c s y s t e m 煤矿综采工作面的自动化是采煤行业发展的大趋 势，电液阀是 自动化的核心元件之一。设计和搭建电 液 阀性 能试验 台 ，用 于研制新 型电液 阀、试验 电液 阀 性能 、电液阀的出厂和大修后的性能检测又成了亟待 解决 的问题。 目前 国 内电液 阀性 能试 验台有几个 问题 亟待解决试验台的压力过低，无法满足新型电液阀 的检测；试验台功能有限，无法全面地对电液阀进行 性能试验 ；试验台的液压系统过于复杂等。利用模块 化设计方法，选用精密高效的液压元件，完成了液压 支架电液阀性能试验台的液压系统设计 ，简洁可靠， 可进行 电磁先导 阀的静态性能测试 。 1 电磁先导阀 1 ． 1 电磁 先导 阀 的测试 项 目 电液换向阀就是采用小规格的电磁换向阀作为先 导控制阀，与液动换向阀安装在一起 ，实现以小流量 的电磁换向阀来控制大通径的液动换向阀的换向。其 性能优劣将直接关系到整个液压系统的性能 ，从而影 响系统的运行质量。其静态实验项 目主要有 以下 6 个 1 换 向性能 ； 2 电磁力有效性 ； 3 压力损失 一 流量特性 ； 4 寿命 ； 5 密封性 ； 6 强度。 1 ． 2 电磁 先导 阀与试 验 台的连 接 电磁阀与试验台的连接方式主要有以下5种 ，其 各 自特点如表 1 所示 。 表 1 连接方式及特点 安装类别 特点 结构简单，连接路线明确 ，易查找故障 ； 管式安装 结构分散，安装空间较大 ；管接头处密 封困难，有时会产生振动和噪声 法兰安装 板式安装 集成块安装 插装式安装 仅用于液压泵 控制 溢流 阀和卸 荷 阀 等 ； 安装空间小 易查找故障；密封好；安装空间较大 ；阀 更换容易； 更换不同的电液阀时只需要更 换连接板即可，方便更新 难拆装； 适合于小通径 阀；安装空间小 ； 安装成本低 结构最紧凑 ； 密封性好 ；故障难查找； 不 易更改系统 ； 安装成本高 根据表 1 ，比较上述 几种 电液 阀常见 的安装 方式 及各 自优缺点 ，结合试验台的特点，在液压支架电液 阀性能试验台上选择板式连接 ，见 图 1 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 1 0 4 作者简介张唏 1 9 6 6 一 ，男，教授，博士生导师，现从事煤矿机械及液压系统方面的研究。Em a i l z h a n g x i 6 6 8 1 1 6 3． e o m 。 第2期 张唏 等 液压支架电液阀性能试验台液压系统设计 - 5 5 图 1 连接板三维图 2 试验台液压系统设计 2 ． 1 试验 台液压 系统的主要技术指标 根据产品的技术要求 ，确定液压系统的主要技术 指标 为系统公 称压力为 3 1 ． 5 MP a ，最大压力 为 4 7 ． 2 5 MP a ，工作流量 8 0 L ／ m i n ，测试精度等级为 B 级 参照 G B ／ T 7 9 3 5 --2 0 0 5 ，工作介质为经过 5～2 5 I ．L m高精度过滤器过滤后的乳化液 乳化油与中性水 按 5 9 5质量比配制 ，温度为 1 O一 5 0℃ ，能够快速 在公称压力和高低压力之间进行切换，能够完成上述 所 有的实验项 目。 2 ． 2液压 系统 图 所设计的液压系统采用模块化设计方法 ，包括油 缸及泵站模块、公称压力及低压模块、增压模块和被 试 阀模块。 一 B 靴 压力表3 一L压力表 ； A， 1 一油箱 2 l液滴计 卜 液位计 4 一 冷却器 5 加热器 6 排空机 7 、1 1 、2 4 过滤器 。 _ 液压泵 。 9 一比例溢流阏 1 0 、l 5 蓄能器 1 2 、l 9 节流阀 1 卜 电磁换向阀 l 4 增压缸 1 6 、2 5 溢流阀 l 7 、1 8 _ 单 向阀 2 0 、2 2 流量计 2 1 液压缸 2 3 背压阀 图2 试验台液压系统图 油缸及泵站模块包括油箱、液压泵、冷却器 、加 热器、过滤器等液压元件。其作用是为整个系统提供 循环所需的乳化液、提供系统压力 、调节乳化液和滤 除杂质、排出乳化液中的空气 ，是这个液压系统的基 础部分。其中蓄能器 1 0是为了吸收液压泵 的流量脉 动。公称压力及低压模块包括比例溢流阀、三位四通 换 向阀、单向阀等液压元件，其作用是为被试阀提供 3 1 ． 5 M P a的公称压力和 2 M P a的低压。其 中比例溢 流 阀 9是为 了防止 系统压力 过高 ，调节 3 1 ． 5 M P a的 公称压力和 2 M P a的低压，节流阀 1 2是为了调节三 位四通换向阀进 口流量。增压模块包括 比例溢流阀、 三位四通换向阀、增压缸 、高压溢流阀、单向阀等液 压元件，其作用是为系统提供 1 ． 5倍于公称压力的高 压 ，对被试 阀进行 强度试 验 。液压 缸 1 4是 为 了对 系 统压力进行增压。蓄能器 1 5是为了吸收液压冲击 ， 保护后面的液压元件。溢流阀是为了防止高压回路的 压力过高，保护后面的液压元件。 三位四通换向阀1 3 和单向阀 l 7 、1 8配合，保证公称压力及低压模块和 增压模块互不干扰，并且顺利进行切换。被试阀模块 包括节流阀连接块、液压缸和测试仪表等 ，其作用是 连接被试阀，对被试阀进行各项性能测试。其中节流 阀是用来调节被试阀的人 口流量，连接块是用以连接 试验台和被试阀体 ，俗称胎具 ， A、A 、B、B 是用 来与连接块相连的4个预留接 口，4个压力表用来测 试被试阀的进 出口乳化液压力 ，两个流量表用来测试 被试 阀进 出口流量 。 2 ． 3 主要 的液压 元件 选 型 1 液压泵主要是根据系统的工况来选择。液 压支架 电液阀性能试 验台要求 的公称压力为 3 1 ． 5 M P a ，公称流量不大于 8 0 L ／ m i n ，依据 机械设计手 册，选择 A 7 V 8 0型斜轴式轴向柱塞泵，具有转速高、 自吸能力强、耐冲击性能好、效率高、易于实现多种 变量型式等优点，其额定压力为 3 5 M P a ，最高压力 为 4 0 M P a ，在 额 定 转 速 1 4 5 0 r ／ m i n下，流量 为 1 1 2 ． 5 L ／ ra i n ，总效率大 于等于 9 0 ％。 2 比例 溢流 阀用来 调节系统 的公称压力为 3 1 ． 5 M P a ，调节低压密封实验时2 M P a的低压 ，控制 系统最高压力和补偿系统的压力损失，装在系统的进 油路上。依据机械设计手册 ，选择 Y 2型电磁 比例溢 流阀，它可以在 0 ． 5～ 3 5 M P a 之间进行无级调节系统 压力 ，额定流量在 6 0 6 0 0 L ／ m i n 。 3 换向阀用于公称压力低压回路与高压 回路 的切换 ，保证两个回路相互关联且互不影响，顺利快 速切换 。选择德州金德力 液压机具有限公司生产 的 H 型高压三位四通换向阀，在中位时可以卸载，其最大 的换 向压力 6 3 M P a ，此 时公称 流量 8 0 L ／ ra i n 。 4 压油 口过 滤器是 用来保 护除液压泵以外其他 的液压元件 ，保证 进入液压系统乳化液的清洁 。它要 求滤芯及壳体耐高压，且压力损失小。根据机械设计 手册 ，选择纸质过滤器，其滤芯由厚0 ． 3 5 0 ． 7 m m 的平稳或者皱纹 的酚醛树脂或者木浆的微孑 L 滤纸组 成。为了增加滤芯的强度，一般滤芯分为3层，外层 为钢板网，中间层为折叠式滤纸 ，里层为金属丝网与 滤纸叠在一起，中间有支撑弹簧。这种过滤器易阻 塞 ，不易清洗 ，但是 可以直接更换纸质滤芯 ，可在 3 8 MP a 以上的高压下工作。故选择 Z U H型高压纸质 5 6 机床与液压 第 4 2卷 过滤器 。 6 压力计和流量计。压力传感器的量程要大 于4 7 ． 2 5 M P a ，并且要满足感应快、响应灵敏高的要 求。选取北京恒奥德有限公司 的 T Y H C Y T 一 1 0 3型压 力变 送 器，公 称 压 力 0～3 0 0 M P a ，精 度 等 级 为 0 ． 1 ％F S 。流量计量程要大于 8 0 L ／ m i n ，承压能力 大于 4 7 ． 2 5 MP a 。选择宁波北仑明润船舶设备有限公 司定做 的公称压力为 7 0 M P a的 M R L WG Y A型流量 变 送器，是在 L WG Y基本型涡轮流量传感器 的基础上 增加了4～ 2 0 m A两线制电流变送功能，特别适合于 工控机、D C S等计算机控制系统配合使用，公称通径 为 4～ 2 0 0 m m，精确度可达到 1 ％。 2 ． 4 实验过 程 1 换向性能试验 D T 1 通电，D T 2断电，使公称压力及低压回路接 通，增压回路断开，调节 比例溢流阀 9 ，使压力表 1 示数为 3 1 ． 5 MP a ，调节节流阀 1 2 、1 9 ，使流量计 2 0 的示数为8 0 L ／ ra i n ，给被试阀的电磁铁轮流通电，观 察压力表 1 和压力表 2 、压力表 3和压力表 4或者压 力表 1 和压力表 3 、压力表 2和压力表 4是否相等， 相等则表示被试阀的换向性能 良好。 2 电磁力的有效性 D T 1 通电，D T 2断电，使公称压力及低压回路接 通，增压回路断开 ，调节 比例溢流 阀9 ，使压力表 1 示数为 3 1 ． 5 MP a ，调节节流阀 1 2 、1 9 ，使流量计 2 0 的示数为 8 0 L ／ m i n ，给被试阀的电磁铁轮流通电，改 变通电电压在额定电压的9左右变化 ，观察压力表 1 和压力表 2 、压力表 3和压力表 4或者压力表 1和压 力表 3 、压力表 2和压力表 4是否相等，相等则表示 电磁铁 电磁力有效 。 3 压力损失一流量特性 D T 1 通电，D T 2断电，使公称压力及低压回路接 通 ，增压回路断开 ，调节比例溢流阀9 ，使压力表 1 示数为 3 1 ． 5 MP a ，给被 试 阀 电磁 铁 通 电 ，然后 调节 节流阀 1 9 ，使通过被试 阀的流量在 0到其公称流量 左右变化 ，记 录压力 表 2或压力表 3的示数 ，然后绘 制压力损失 压力表 1 与压力表 2或者压力表 3的差 值 一 流量特性曲线，也可通过计算机直接数据采 样 ，绘制出该曲线。 4 密封试验 密封试验分两部分一是公称压力下 的密封试 验 ，一是低压密封试验。进行公称压力下的密封试验 时，D T 1 通电，D T 2 断电，使公称压力及低压 回路接 通 ，增压 回路断开 ，调节 比例溢 流 阀 9 ，使 压力 表 1 示数为 3 1 ． 5 M P a ，调节节流阀 1 2 、1 9，使流量计 2 0 的示数为8 0 L ／ m i n ，给被试阀的电磁铁通电，保持压 力2 m i n ，观察并记录被试 阀的泄漏量 记录节流阀 1 2 、1 9的流量值 。然后调节比例溢流阀，使压力表 1的示数为 2 M P a ，进行低压密封试验 ，同样保压 2 m i n ，观察并记 录被 试 阀 的泄漏 量 记 录节 流 阀 1 2 、 1 9的流量值 。 5 寿命试验 D T 1 通电，D T 2 断电，使公称压力及低压 回路接 通，增压回路断开，调节 比例溢流阀9 ，使压力表 1 示数为 3 1 ． 5 M P a ，调节节流阀 1 2 、1 9 ，使流量计 2 O 的示数为8 0 L ／ m i n 。给被试阀电磁铁通电 5 S ，然后 断开 ，如此 反复 6 0 0 0次 ，观察被 试 阀是否 损坏及 泄 漏量 。 6 强度试验 D T 1 断电，D T 2 通电，使公称压力及低压 回路断 开，增压回路接通，调节 比例溢流阀9 ，使压力表 1 示数为 4 7 ． 2 5 MP a ，调节节流 阀 1 2 、1 9 ，使 流量计 2 0 的示数 为 8 0 L ／ m i n ，给 被试 阀 电磁 铁通 电 ，保 压 5 ra i n ，观察 被试阀是 否损坏及泄漏量 。 3总结与展望 利用模块化设计方法，对实验室原有试验台的液 压系统进行了改造和重新设计。新的液压系统能够保 证 3 1 ． 5 M P a 的公称压力，能够 比较全面地进行 电磁 先导阀的静态性能测试 ，系统简洁明了，可靠性高， 便于进行更新换代。存在的不足主要是该液压系统只 能进行换 向阀的静态性能试验，进行其余 阀类试验 时，需重新设计连接块和改造部分液路，在后续改进 中可设计其他液压支路，同时进行不同阀类的性能试 验 ；同时煤 矿 已经 出现公称 压力 大于 3 1 ． 5 M P a的液 压阀，公称压力已经不能满足实际生产的要求，有待 进一步提高和改进。 参考文献 【 1 】 宋耀 民， 张唏， 黄孝雄， 等． 电液换 向阀试验 台的设计 [ J ] ． 装备制造技术 ， 2 0 0 7 1 2 4 24 3 ． 【 2 】 杨卫书． 矿用 电磁先导 阀测试试 验台的开发与研究 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 7 5 7 7 ． 【 3 】田永顺． X F 一 1 型电磁先导阀的可靠性分析[ J ] ． 煤炭科 学技术 ， 1 9 9 7 ， 2 5 7 4 8 5 O ． 【 4 】 姚德民， 于革刚． 超高压液压阀试验台简介[ J ] ． 液压与 气 动 ， 1 9 8 4 2 3 8 4 O 【 5 】王芳． 基于 C F D的高水基先导阀流场的数值模拟[ D ] ． 太原 太原理工大学， 2 0 0 5 ． 【 6 】张建中， 柳如见， 尚效周， 等． 液压支架用阀试验台 自 动 控制系统设计[ J ] ． 煤矿机电， 2 0 0 9 6 2 6 2 8 ． 【 7 】任伟， 韦文术， 黄韶杰． 电液换向阀动态特性测试系统的 研究与设计[ J ] ． 煤炭工程， 2 0 0 8 9 7 3 7 4 ． 【 8 】冯晓迪， 郑本芳， 杜建峰． 液压支架用阀试验台的研制 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 2 2 6～ 2 8 ． 【 9 】成大先． 机械设计手册 液压传动 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 1 0 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册 液压传动与控制 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 7 ．