液压支架立柱密封件性能测试系统研究.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 5 ． 2 0 1 2 液压支架立柱密封件性能测试系统研究 张 唏 ， 白 宇 ， 张 帆 ， 赵 萍 1 ． 中国矿业大学 北京机电学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中平能化集 团 能源化工研究院 ， 河南 平顶山4 6 7 0 0 0 摘 要 针对 目前液压支架生产企业对 于购进的密封件没有人厂检验手段的现状 ， 该文设计 了一种矿用液压支架液压缸密封性能检测 试验台 。 为液压支架生产企业选购密封件提供数据支持。 介绍了该试验 台的系统原理 、 组成及功能。 实际应用证明 ， 该试验 台运行稳定 、 测试效率高 、 测量数据准确 ， 可以用 于密封件入厂检验 。 关键词 液压支架 ； 密封件 ； 试验 台 中图分类号 T H1 3 7 ； T B 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 3 9 0 4 Th e Re s e a r c h o f Pe r f o r ma n c e Te s t i n g S y s t e m o f S e a l i n g W a s he r W o r k e d Upr i g ht Co l u mn f o r Hy d r a u l i c S u p po r t Z HANG Xi ， B AI Y u ， Z HANG F o l t 2 Z HA0 P ／ 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l E l e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ，C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y o f B e i j i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ． R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a P i n g m e i S h e n m a G r o u p ，P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e r e i s n o t a p p r o p ri a t e t e s t i n g me t h o d f o r t h e p u r c h a s i n g p r o c e s s o f s e a l i n g wa s h e r i n h y d r a u l i c s u p p o p rod u c i n g c o mp a n y a t p r e s e n t ． I n o r d e r t o s o l v e t h e p rob l e m， b y u s i n g t h e p e rf o r ma n c e t e s t i n g s y s t e m o f s e a l i n g w a s h e r wo r k e d u p ri g h t c o l u mn for h y d r a u l i c s u p p o r t ， t h e a u t h o r d e s i g n e d a t e s t b e d u s e d t o t e s t t h e s e al p e r f o rm a n c e o f h y d r a u l i c c y l i n d e r i n t h e mi n e h y d r a u l i c s u p p o r t t o p r o v i d e d a t a b a s e s u p p o r t s for p u r c h a s i n g s e ali n g wa s h e r f o r h y d r a u l i c s u p p o r t ma n u f a c t u r e r s ． I n t h i s p a p e r ， the r e w i l l b e t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e p rin c i p l e s ， c o n s t i t u t i o n s a n d f u n c t i o n s o f the t e s t b e d ． I t i s r e fl e c t e d b y t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s tha t the t e s t b e d i s o p e r a t i n g s t ab l y ， a c c u r a t e l y a n d e ffi c i e n tl y wh i c h c o u l d b e u s e d b y t e s t i n g s e ali n g w a s h e r ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s u p p o r t ； s e a l wash e r ； t e s t b e d O 引言 随着煤 炭在我 国的能源 消费 中所 占比重越来越 大， 综采机械化的发展在煤矿生产上具有重大的意义 ， 它不仅从根本上改善了劳动和安全条件 ，也为工作面 的产量和效率的提高奠定了基础。液压支架作为综采 机械化的重要组成部分 ，它的可靠性是综采工作面支 护系统可靠性的重要保证【 l 】 。随着高强度材料的不断涌 现 、现代机械加工方法的不断精密及焊接工艺 的不断 进步 ，矿用液压支架液压缸的损坏 已经基本摆脱 了材 料性能的影响 ，由缸体损坏引起液压缸失效的概率在 逐渐降低 ，密封件的失效导致液压缸故障的所 占比重 较大嘲 。我国对于新型密封材料一 聚氨酯的研究起步较 晚 ，国内的密封 圈生产厂家对于聚氨酯密封圈的核心 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 8 作者简介 张唏 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南焦作人 ， 副教授 ， 博士 ， 研究方 向为矿 山 机 械。 技术还处于探索 阶段 。且液压支架生产企业一般都不 生产密封圈 。 液压支架立柱 、 千斤顶 中使用的密封件均 来 自外 购 。 现阶段 ．我 国绝大多数液压支架生产企业都还没 有密封件人厂检验手段 ， 只是在装配完成后 ， 进行打压 试验 ， 达到出厂检验标准则合格 ， 如果泄露则拆下密封 件 ， 重新装配一套新的密封件[3 1 。这种先装配后检验的 方法往往造成某一批次密封件装配后出现大面积不合 格的现象 ， 不仅浪费材料 ， 而且生产效率低下。本文设 计 的密封件性能测试试验台可用于液压支架生产企业 用于密封件的人场检验 ，为厂家选用密封件提供数据 基础 。 1 密封件试验 台的设计 液压缸主要 由 3大部分构成 缸体 、 密封件 、 液压 介质 。液压缸利用液压介质的不可压缩性对外提供推 移力或支撑力。其中密封件在隔离高压、 低压腔的同时 3 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 5期 与缸体紧密接触 ，保证液压缸在不泄露液压介质 的前 提下实现功能。即密封件起到隔离高 、 低压的功能。本 文基于密封件在单边受压 的状态下工作的原理 ，设计 了一种成本低 、 耗能小 、 检测周期短的密封件专用试验 台， 原理 图如图 1 所示。 1 一 油 箱2 一 柱 塞泵3 一 电机4 一 精 滤油 器5 、 1 8 - 溢 流 阀 6 、 1 6 一 压力表7 一 换 向阀8 一 红外计数器9 一 驱动油缸 1 O 一 拉力传感器1 1 、 1 2试验密封件1 3 一 试验工装 1 4 一 温度传感 器1 5 一 压力传感器1 7 一 单 向阀 l 9 一 手动高压泵 图 1 液压原理图 试验工装 1 3的一端与驱动油缸 9相连接 ， 驱动油 缸带动试验工装往复运动 ， 以模拟液压缸升 、 降柱 。在 驱动油缸与试验工装之间用拉力传感器相连 ，以检测 带动试验工装所需拉力。在试验工装 1 3的两边装相同 的活塞密封或杆密封 试验工装如图 3所示 。使用手 动高压泵 l 9通过进液 口向试验缸中间加压 ， 使两个相 同的密封件均处于一边受压 、 一边无压的状态。在模拟 密封件受力的同时排除 由于装配不当或个别密封件 自 身缺陷等引起 的试验偶然因素。由于试验缸 内压力平 衡 ，对外没有压力 ，避免了偶然 因素下零件会引发事 故． 从本质上解决 了试验系统的安全性问题。驱动油缸 使 用 较 小 的 驱 动力 就 可 以带动 活 塞 或 活 塞杆 移 动 ． 且 驱动油缸使用普通小型液压泵供油 ，整个系统不使用 乳化液泵站 ， 极大的简化 了试验设备 、 降低成本 、 节约 了能源 、 缩短 了试 验周期 。 液压支架的额定压力为 3 1 ． 5 MP a ， 但 由于顶板压力 变化及液压缸局部加压等原 因．很多情况下液压缸 内 部承受压力大于 3 1 ． 5 MP a ， 所以本实验 台可以通过图 2 中 2口向试验工装中加载 6 5 MP a以下的乳化液 。加载 后关闭截止阀， 即可进行试验。 2 数据采集及处理 试验 台的数据采集及处理系统主要 由扩散硅压力 传感器 、 温度传感器 、 拉力传感器 、 二次仪表 、 信号采集 模块 、 信号转换模块、 P C机及采集软件组成。计算机辅 助采集 软件采用昆仑通态公司的 MC G S工控组态软件 编写。软件可根据预设的时间间隔 自动记录采集数据 ， 数据、 报表、 曲线可在试验完成后保存或打印。 关于程序 的调试及电控系统由于篇幅所限在这里就不再详细描 述 。图 3为实验台实物图， 图4为数据采集软件界面。 a 活塞密封试验工装 b 活塞杆密封试验工装 l 一 密封件2 一 高压接头 3 一 导向套 活塞 4 一 缸筒 图 2试验缸结构 图 图 3试 验 台 实物 图 图4数据采集界面 3 试验项 目及要求 1 试验台的要求 压力 测试 范 围 双 向密 封 圈密 封压 力 范 围 2 ～ 6 0 MPa； Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 5 ． 2 0 1 2 单 向密封圈密封压力范围 2 ～ 4 0 MP a ； 温度范围 密封圈适应一 2 0 ～ 6 0 C； 密封圈可靠密封应满足 2 1 0 0 0次试验要求嗍 。 2 试验台试验项 目 试验项 目如表 1 所示。 表 1试 验 项 目 序号 试验项 目 试验方法 性能要求 4 试验结果 4 ． 1 无压力行 程试验 传统的接触 网滑轮组传动效率试验需要一 台单独 的试验机 ， 实现液压缸动作 、 传感器数据采集 、 传动比计 算 、 储存 以及打印报表等功能。我们提 出在 P L S 一 4 0型 接触 网零部件疲劳试验机的基础上增加滑轮组传动效 率试验， 使用一台控制器完成所有的疲劳试验。 同时 。 使 用一台普通的计算机作为客户端 ， 当进行滑轮组传动效 率试验时 ， 由它完成数据计算 、 实时显示等功能。 试验工装安装调整完毕后 ， 驱动油缸带动试验工装 往复运动 3次。 4 ． 2 最低 启动压 力试 验 以 1 2 0推移千斤顶所用 密封件 为例 ，图 5 a为 1 2 0活塞杆密封在不 同压力下所对应 的阻力 ，图 5 b 为 2 0 0活塞密封在不同压力下所对应的阻力。测试时 。 试验工装中调定不同压力 ， 测试该压力下移动活塞杆或 活塞所需的最小驱动力。 4 ． 3 密封 性能试 验 以 1 0 5活塞杆密封为例， 实验数据如表 2所示。 4 ． 4可靠性试验 表 3为 1 0 5活塞杆蕾型密封圈可靠性试验试验 果 ， 表 4为 1 6 0活塞组合密封圈可靠性试验结果。 需 { 毒 ll 堪 8 0 0 O 7 O o o 6 0 0 0 囊 i 七3 0 0 0 峨2 0 0 0 l o o O ／ ／ l 0 2 O 3 O 4 0 密封压力／ I v I P a a 1 2 0 活塞杆密封 厂 ／ 0 l 0 2 0 3 O 4 O 密封压力／ MP a b 1 2 o 活塞密封 图 5压 强一力 曲线 表 2 活塞杆封圈试验 结果 密封类型 蕾型 活 塞 规格 1 0 3 1 2 1 1 3 杆密封 衄 杆径 衄 1 0 5 材料 聚氨酯 初始压力 肝a 4 h以后压力 M P a 低压 1 ． 2 1 ． 2 1 ． 5倍压力 3 5 3 5 表 3 咖1 0 5活塞杆 蕾型密封圈可靠性试 验试验果 密封形式 活塞杆蕾型密封 试验压力 M P a 3 1 ． 5 试验类别 可靠性测试 试验次数 3 0 0 O I 杆径 m m 1 O 5 材料 聚氨百 j 规格 1 0 3 X1 2 1 X1 3 测试压力 1 P a 5 0 压力 M P a 次数 A B 测 试 压力 5 0 ． 4 5 0 ． 1 5 0 0 0 l 0分后压 力 4 8 ． 3 4 9 ． O 测试压力 5 0 ． 8 5 0 ． 9 1 0 0 0 0 1 0分后压力 4 9 ． 4 5 0 ． 1 测 试压 力 5 0 ． 2 5 O ． 7 1 5 0 0 0 1 0分后压 力 4 9 ． 3 4 9 ． 8 测试压力 5 0 ． 8 5 0 ． 3 2 0 0 0 0 1 O分后压力 4 9 ． 3 4 9 ． 1 测试压力 5 0 ． 1 5 O ． 3 2 5 0 0 0 l O分后压力 4 9 ． 3 4 9 ． 7 测 试压力 5 0 ． 4 5 O ． 8 3 0 0 0 0 l 0分后 压 力 4 9 ． 4 4 9 ． 9 41 咖 咖 咖 栅 咖 咖 。 2 O 8 6 4 2 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 5期 表 4 1 6 0活塞组合密封圈可靠性试验结果 密封形式 活塞组合密封圈 试验压力 肝a 3 1 ． 5 试验类别 可靠性测试 试验次数 3 0 o o o 缸径 衄 1 6 o 材料 聚氨酯 规格 衄 1 6 o 1 3 5 3 8 测试压力 a 5 0 压力 lP a 次数 A B 测试压力 5 1 ． 1 5 O ． 9 5 o o o 1 O 分后压力 5 O ． 6 4 g ． 8 测试压力 5 1 ． 5 5 1 ． 3 l O o o o 1 O 分后压力 5 0 ． 5 4 9 ． 9 测试压力 5 1 ． 5 5 0 ． 3 1 5 O 0 0 l 0分后压力 4 9 ． 6 4 9 ． 3 测试压力 5 2 ． 1 5 1 ． 5 2 0 o o o 1 O 分后压力 5 1 ． 1 4 9 ． 5 测试压力 5 0 ． 1 5 2 ． 1 2 5 O 0 0 l 0分后压力 4 9 ． 3 5 0 ． 5 测试压力 5 1 ． o 5 l _ 2 3 0 o o o l 0 分后压力 5 0 ． 2 4 9 ． 7 5结论 本文采用计算机辅助测试技术 ， 对密封件性能进行 测试 ， 对称式密封试验工装的结构设计提高了检测效 率、 提高了试验安全性并简化设备 ， 降低使用成本 。 使用 MC G S编写的数据采集运行稳定 。 通过对现场数据的采 集处理 ， 实时绘制出曲线及报表， 降低试验操作人员的 劳动强度。该试验台已经搭建完毕 ， 并应用于密封件入 厂检验 ， 收到 良好效果。使用情况表明 ， 其测试数据准 确 、 工作可靠 、 操作方便 、 计算机运行界面友好 ， 可以满 足液压支架生产厂家对密封件人厂检验的要求。 参 考 文 献 付 奇， 刘旭 ． 矿用液 压支架千斤顶泄 漏原 因与排除对 策分析 [ J ] ． 润滑与密封． 2 0 0 9 ， 9 ． 胡黄卿． 分析液压系统橡胶密封失效的原 因及其预防[ J 1 ． 木材 加工机械， 2 0 0 1 ， 3 ． 张唏， 等． 液压支架 液压缸密封件 密封性能评价技 术研究【 J ] ． 煤 炭科学技术 ， 2 0 1 1 ， 6 ． M T ／ T 5 7 6 1 9 9 6 ， 液压支架立柱技术条件【 S 】 ． 陆德义 ． 浅谈液压 系统泄露及注 意问题[ J ] ． 化学工程 与装备， 2 0 0 8 ， 5 ． 崔梅生， 刘 英， 张传伟． Z F S 6 2 0 0型液压支 架立柱带 液 问题 的 解决[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 8 ， 9 ． 杨逢瑜 ， 等． 电液位置伺 服系统无静差跟 踪控制研究 【 J 1 ． 液 压 气动， 2 0 0 7 ， 1 ． 靳 雁艳， 等． 电液位置伺 服系统 的稳定性 分析与应 用[ J 1 ． 机械 管理开发， 2 0 0 5 ， 3 ． 上 接第 3 8页 遥 】 謇 图 8动梁、 顶 出位移和主缸压 力同步采样图形 遥 擎 图 9动梁、 顶出位移和 电磁 阀同步采样 图形 对采样数据分析处理后表 明压机运行状 态 良好 ， 该系统的数据采集和处理功能设计正确 ，采集系统能 较好地完成对压机的监测任务。 5 总结 本文设计 了基于 L A B V I E W 的陶瓷压机多通道同 42 步数据采集系统 ， 可 以完成多种通道 的同步采样 ， 实现 对 陶瓷压机运行状态的监测 ， 且性 能稳定 、 采样率高 、 硬件搭建方便高效 ， 多次现场试验表 明， 该系统使用效 果 良好 ， 可以用于现场长期使用。 参 考 文 献 【 1 1 白云 ， 高育鹏 ， 胡小江． 基 于 L A B V I E W 的数 据采集与处理技 术【 M】 ． 西安 西安 电子科技大学出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 】 龙华伟 ， 顾 永刚． L A B V I E W8 ． 2 ． 1与 D A Q数据 采集[ MI ． 北 京 清华大学 出版社 ， 2 0 o 8 ． 『 3 】 岂兴 明， 周建兴 ， 矫 津毅． L A B V I E W8 ． 2中文版入 门与典 型实 例f M 】 ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 4 】 张水平 ， 谢启． 基于 L a b V I E W 的谐波测试分析系统的研制【 J 】 ． 机床与液压， 2 o 0 5 ， 1 2 ． 『 5 1 苏东海 ， 佟守举 ． 基于 L a b V I E W 的电液 比例阀计算机辅助测 试系统的设计[ J 】 ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 7 ， 4 ． 【 6 】 王燕 山， 王益群． 虚拟仪器技术在液压 C A T中的应用【 J ] ． 液压 气动与密封 ， 2 0 0 1 ， 4 ． 【 7 】 雷振 山， 汤小娇 ， 龚清华． L A B V I E W 7 E x p r e s s 平台上的液压 测试系统Ⅱ 】 ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 ， 3 ． Ⅲ 嘲 嘲