资源描述：
２０１６ 年 ２ 月 第 ４４ 卷 第 ４ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｆｅｂ ２０１６ Ｖｏｌ ４４ Ｎｏ ４ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０４ ０２７ 收稿日期 ２０１５－０１－０９ 基金项目 江苏高校品牌专业建设工程资助项目 （ＰＰＺＹ２０１５Ｂ１８５） 作者简介 程畅 （１９７０）， 男， 副教授， 研究方向为机械设计与制造、 数控技术等。 Ｅ－ｍａｉｌ ｃｈｅｎｇｎａｈｃ＠ １６３ ｃｏｍ。 基于液压支架用阀试验的 ＺＪＦＪ⁃２ 型试验台液压系统的设计 程畅 （常州轻工职业技术学院机械工程系， 江苏常州 ２１３１６４） 摘要 介绍 ＺＪＦＪ⁃２ 型液压支架用阀静压试验台的液压系统的总体设计， 分别详细阐述了以乳化液、 机械油两种不同介 质作为液压动力源的双系统的设计过程及设计后液压系统的大致工作过程。 按照给定的试验方案， 对煤矿液压支架用阀进 行了性能试验和出厂检验。 试验结果表明 该液压系统运行稳定可靠、 操作方便、 数据测试准确， 能够满足用户的要求。 关键词 液压支架用阀； 液压系统； 试验台 中图分类号 ＴＨ１３７ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ４－０８７－３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＺＪＦＪ⁃２ Ｔｙｐｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｖａｌｖｅｓ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔ ＣＨＥＮＧ Ｃｈａｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１３１６４， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＺＪＦＪ⁃２ ｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｕｐｐｏｒｔ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｉｖｅｎ ｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒａｍ， ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｆａｃｔｏｒｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖａｌｖｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｃｏｌｌｉｅｒｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｉｎ ｒｕｎｎｉｎｇ， ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ． Ｉｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｓｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｖａｌｖｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｕｐｐｏｒｔ； Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ； Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ 煤碳资源仍是我国目前最重要的基础能源， 煤碳 综采技术随着煤碳工业的发展获得广泛应用。 液压支 架 （如图 １ 所示） 是一种利用液体压力产生支撑力 并实现自动移设来进行顶板支护的一种液压动力装 置， 是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。 从 ２０ 世纪 ９０ 年代中期开始， 我国液压支架进入了快速发 展的阶段， 全国的综采工作面数量有了大幅提高， 液 压支架的使用性能、 技术参数、 稳定性和可靠性也有 了明显的提高， 支架的架型不断地丰富。 同时， 国家标准对液压支架控制元部件核心的各 类阀 （如换向阀、 液控单向阀、 单向阀、 截止阀、 安全阀等） 有严格具体的技术性能要求， 要求动作 灵敏、 密封可靠、 使用寿命长等。 这就要求在日常生 产中对于液压支架控制元部件的各种阀必须按照标准 要求进行检测、 试验， 确保它们处于良好的工作状 态， 才能保证煤矿井下支护工作面上人员设备的安 全。 然而现有市场上多是功能大而全的液压支架用阀 综合试验台， 对于液压支架的使用单位来讲， 这些综 合试验台很多功能空置而造成资金浪费。 为此， 作者 开发了 ＺＪＦＪ⁃２ 型液压支架用阀静压试验台 （如图 ２ 所示）， 该试验台能完成对液压支架用的换向阀、 液 控单向阀、 单向阀、 截止阀、 安全阀的动作、 压力检 测检验和生产中的日常维修、 调试和试验工作以及各 种常规液压元件的性能试验。 图 １ 液压支架 图 ２ ＺＪＦＪ⁃２ 型液压支 架用阀试验台 １ 试验台液压系统的总体设计 煤矿支护设备液压元件大多使用乳化液作为工作 介质， 但对于超高压的乳化液控制存在一定的难度。 ＺＪＦＪ⁃２ 型液压支架用阀静压试验台在液压系统的设计 上采用油系统 （右侧） 和乳化液系统 （左侧） 两部 分组成， 如图 ３ 所示。 油压系统由电动机、 压力补偿 变量柱塞泵、 网式滤油器、 电磁溢流阀、 调速阀、 截 止阀、 电磁换向阀及液压附件组成。 乳化液系统由电 动机、 陶瓷柱塞泵、 网式滤油器、 溢流阀、 增压缸、 超高压单向阀、 超高压安全阀、 截止阀、 电磁换向阀 等组成。 图 ３ 液压系统原理图 油系统实为乳化液的动力系统和控制系统， 乳化 液仅作为试验用的工作介质。 油系统动力源采用 ５ ５ ｋＷ 电机与柱塞油泵， 为增压缸提供动力及作为各液 控单向阀控制口的控制源， 公称流量为１５ Ｌ／ ｍｉｎ， 额 定工作压力为 ２５ ＭＰａ， 最高压力达 ３１ ５ ＭＰａ， 适用 介质为 ４６＃液压油； 乳化液系统动力源采用 ７ ５ ｋＷ 电机与 ＪＢＺ⁃７２０Ｔ 型陶瓷柱 塞 泵， 公 称 流 量 为 ２０ Ｌ／ ｍｉｎ， 额定工作压力为 ７５ ＭＰａ， 增压后乳化液系统 最高压力为 １００ ＭＰａ， 适用介质为 ２％ ～ ５％乳化液。 试验台设置 ４ 个乳化液外接口， 通过加接软管与安装 有被测试的液压支架用阀阀块相应接口连接， 完成对 液压支架用阀的各种试验。 ２ 油系统的设计 根据液压支架在矿井下工作面使用的最高工作压 力选择额定工作压力为 ２５ ＭＰａ 的 １０ＹＣＹ１４⁃１Ｂ 型压 力补偿变量柱塞泵 ３ （如图 ３ 右侧所示）； 根据所选 油泵的额定流量及额定工作压力， 参照公式 （１） 可 确定电动机的功率初选为 ７ ５ ｋＷ。 但实际 ２５ ＭＰａ 的 压力很少用到， 由于增设的增压缸增压比为 １ ∶ ４， 这样， ２５ ＭＰａ 的油压可以增压到１００ ＭＰａ， 日常试验 用的压力基本是在 ６０ ＭＰａ 以下， 所以出厂油压基本 按照 １６ ＭＰａ 来调定， 最终选择 ５ ５ ｋＷ 的电机驱动； 但是为了使系统在工作压力为 ２５ ＭＰａ、 高压为 ３１ ５ ＭＰａ 时能够使用， 设计时， 选择 ＹＣＹ 系列的压力补 偿变量泵来实现压力和流量的协调； 此时， 如果实现 ３１ ５ ＭＰａ 的压力输出， 油泵的流量只有约 ６ Ｌ／ ｍｉｎ。 Ｐ＝ ｐＶ ６０η （１） 式中 ｐ 为泵的额定工作压力 （ＭＰａ）； Ｖ 为泵的额定 流量 （Ｌ／ ｍｉｎ）； η 为泵的效率 （０ ８５）； Ｐ 为电机功 率 （ｋＷ）。 油泵吸油口装有网式滤油器 ２， 排油口接压力油 过滤器 ４， 进入油系统集成阀块， 电磁溢流阀 ５ 实现 油源压力调节； 通过设计增压缸 １４ 来使系统的压力 升高， 从而满足实验台的要求； 系统流量由增压全流 量开关元件截止阀 ８ 和可调速增压流量元件调速阀 ７ 控制， 打开元件 ８ 则乳化液系统快速增压， 关闭元件 ８ 通过调节元件增压调速阀 ７ 可实现小流量调速增 压； 二位四通电磁换向阀 ９ 控制增压缸的动作， 三位 四通电磁换向阀 ６ 实现油路控制乳化液路的保压及卸 荷动作； 油系统设有系统压力表 １ 块。 ３ 乳化液系统的设计 同油系统的设计类似， 乳化液系统动力源采用 ＪＢＺ⁃７２０Ｔ 型陶瓷柱塞泵 （如图 ３ 左侧所示）， 用于乳 化液低压充液， 电动机的功率选择为 ７ ５ ｋＷ。 泵的 吸液口处装网式滤油器 １０， 泵排液口管路设有溢流 阀 １２ 用来调节陶瓷泵出口压力， 当油系统对乳化液 系统实施增压时， 溢流阀保证乳化液泵低压卸荷回 液； 当不增压时， 乳化液泵自动充液增压缸 １４， 使 增压缸回程准备下次增压， 整个过程无需停止乳化液 泵。 乳化液通过增压缸小端头的单向阀 １３ 进入增压 缸； 设置安全阀 １５ 作为增压后乳化液系统的高压安 全压力调定阀， 保证整个乳化液系统的高压安全性。 被增压后的高压乳化液分为两路， 其中一路通过截止 阀 １７、 三位四通电磁换向阀 １８、 单向阀 ２０ 与 ２１， 实 现与外接口Ⅰ、 Ⅱ连接； 外接口Ⅰ、 Ⅱ作为试验用主 接口， 压力卸载通过油路元件三位四通电磁换向阀 ６ 远程控制乳化液路的 ２ 只液控单向阀 ２２ 与 ２３ 来实 现。 另一路通过三位四通电磁换向阀 １９、 截止阀 ２４ 与 ２５， 实现与外接口Ⅲ、 Ⅳ连接。 乳化液系统共设 有 ４ 块压力表 （或者压力传感器） 分别对应测试 ＤＮ１０ 外接口Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ。 ４ 液压系统的工作过程 工作时， 首先启动油泵 ３、 乳化液泵 １１， 乳化液 开始对增压缸的小缸端充液， 待充液完成后， 电磁溢 流阀 ５、 电磁换向阀 ９ 的电磁铁 ＹＶ１、 ＹＶ２ 得电， 增 压缸向左动作， 从而实现对乳化液的增压， 打开截止 阀 ２４、 ２５， 电磁换向阀 １９ 的电磁铁 ＹＶ５ 得电， 外接 口Ⅲ实现高压， 外接口Ⅳ回液； 电磁换向阀 １９ 的 电磁铁 ＹＶ６ 得电， 外接口Ⅳ实现高压， 外接口Ⅲ回 液； 打开截止阀 １７， 电磁换向阀 １８ 的电磁铁 ＹＶ７ 得电， 外接口Ⅰ实现高压； 电磁换向阀 １９ 的电磁 铁 ＹＶ８ 得电， 外接口Ⅱ实现高压， 外接口Ⅰ、 Ⅱ的 ８８机床与液压第 ４４ 卷 卸载是通过控制电磁换向阀 ６ 的电磁铁 ＹＶ３ 和 ＹＶ４ 实现的。 ５ 试验方案设计 根据国家标准 ＧＢ２５９７４ ３⁃２０１０ 煤矿用液压支 架 第 ３ 部分 液压控制系统及阀 的技术要求， 按 照如图 ４ 所示的连接方案Ⅰ⁃１、 Ⅱ⁃２、 Ⅲ⁃３、 Ⅳ⁃４ 对 液压支架主要用阀进行试验。 其中液控单向阀类、 换 向阀类、 截止阀类、 安全阀类主要试验项目如下 （１） 液控单向阀类试验包括开启压力的测定、 关闭压力的测定、 控制压力的测定、 背压安全性试 验、 高低压密封试验、 强度试验等； （２） 换向阀类试验包括换向性能、 操作力矩测 定、 背压安全性试验、 密封试验、 强度试验等； （３） 截止阀类试验包括开关试验、 操作力矩测 定、 密封试验、 强度试验等； （４） 安全阀类试验包括小流量启溢闭特性试验、 撞击安全性试验、 高低压密封试验、 强度试验等。 图 ４ 各类阀的试验连接方案 试验时， 首先开启液压泵电机带动液压泵站工 作， 产生高压液体输向试验台各液压管路， 再通过对 液压系统各电磁换向阀的控制， 对液压支架各用阀进 行不同性能的测试， 并及时采集数据。 试验结果表 明 该液压系统运行稳定可靠、 操作性强、 增压迅 速、 故障率低、 数据测试准确、 结构简单， 能够满足 液压支架用阀的测试要求。 ６ 结束语 ＺＪＦＪ⁃２ 型液压支架用阀静压试验台包括机体、 液 压系统及电气控制系统， 操作简便， 功能齐全， 基本 满足了煤矿液压支架各种用阀的性能试验和出厂检 验； 采用远程电动卸荷， 降低了劳动强度； 在保压元 件上选用煤矿上常规的液控单向阀， 便于维护和保养 及配件的更换； 液压系统集成化的优化设计降低了故 障的发生概率， 增强了故障的自我判断， 维护检修 便捷。 通过调试和用户 ２ 年来的实际应用， 试验台运行 效果良好， 完全达到设计要求。 该试验台在实际应用 中体现出操作简便、 可靠性高、 维护检修方便的特 点， 具备广阔的市场推广前景。 参考文献 ［１］ 何存兴，张铁华．液压传动与气压传动［Ｍ］．武汉华中 科技大学出版社，２０００． ［２］ 张利平．液压传动系统与设计［Ｍ］．北京化学工业出版 社，２００５． ［３］ 王益群，高殿荣．液压工程师技术手册［Ｍ］．北京化学 工业出版社，２０１３． ［４］ ＧＢ／ Ｔ ２５９７４ ３⁃２０１０ 煤矿用液压支架 第 ３ 部分液压控 制系统及阀［Ｓ］，２０１０． ［５］ ＭＴ ４１９⁃１９９５ 液压支架用阀［Ｓ］，１９９５． ［６］ 张建中，朱英，姚忠福，等．对液压支架用阀综合性能试 验台液压系统的改进［Ｊ］．煤矿机械，２０１１，３２（８）１６７． （上接第 ８６ 页） 为了证明这个问题， 在 ＡＭＥＳｉｍ 中变更换向阀参 数， 通过仿真得到动臂油缸与调平油缸联动升降过程 中的速度曲线如图 ７ 所示。 图 ７ 动臂油缸与调平油缸联动升降速度曲线 从图 ７ 可知 大约 ｔ ＝ １５ ｓ 时换向阀开始换向， 平台有向下运动速度， 其速度大小与平台举升速度一 致， 在换向开始和行程为 ０ 时存在一定的液压冲击。 ３ 小结 主要从调平油缸的运动特性和联动调平问题角度出 发， 对隧道多功能作业台车液压系统的关键回路 联 动调平回路可行性进行了分析。 仿真得出调平油缸的 负载、 位移、 动臂油缸与调平油缸联动调平时速度以 及动臂油缸与调平油缸联动升降速度仿真曲线。 仿真结果表明， 动臂油缸与调平油缸伸缩变化量 约满足 １ １６７ ∶ １， 满足设计的要求。 参考文献 ［１］ 杜钧．节流调速回路的速度－负载特性分析［Ｊ］．机械管 理开发，２００９，２４（５）２３－２４． ［２］ 黄小江．液压系统节流调速回路动特性仿真［Ｊ］．机床与 液压，２００６（１２）２１４－２１５． ［３］ 童瑞．基于 ＡＭＥＳｉｍ 的定重装载液压系统仿真研究［Ｄ］． 西安西安科技大学，２０１２． ［４］ 谢地．基于 ＡＤＡＭＳ 和 ＡＭＥＳｉｍ 的装载机联合仿真［Ｊ］． 矿山机械，２０１１，３９（１０）２７－３２． ［５］ 余斌，钟振龙，方宁．基于 Ｍａｔｌａｂ 的液压节流调速性能仿 真研究［Ｊ］．计算机仿真，２００３（９）１４２－１４４． ［６］ 陈子建，王振涛，赵华．液压系统节流调速回路分析及应 用［Ｊ］．机床与液压，２０１０，３８（４）５８－６０． ［７］ 何奇．隧道多功能作业台车工作装置液压系统开发与研 究［Ｄ］．湘潭湘潭大学，２０１３． ９８第 ４ 期程畅 基于液压支架用阀试验的 ＺＪＦＪ⁃２ 型试验台液压系统的设计
展开阅读全文
