小流量電磁先導(dǎo)閥綜合性能試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

1、小流量電磁先導(dǎo)閥綜合性能試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)翟京摘要:介紹了一種小流量電磁先導(dǎo)閥綜合性能試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及工作原理。該裝置可實(shí)現(xiàn)電磁先導(dǎo)閥獨(dú)立檢測；利用蓄能器提供動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，降低了能耗；通過連接閥板可實(shí)現(xiàn)多組不同型號(hào)電磁先導(dǎo)閥同時(shí)試驗(yàn)，提高了試驗(yàn)效率；可實(shí)現(xiàn)電磁先導(dǎo)閥的電氣指標(biāo)與液壓指標(biāo)同臺(tái)檢測，減少了試驗(yàn)裝置周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞:小流量電磁先導(dǎo)閥；綜合性能；試驗(yàn)裝置0 引言電磁先導(dǎo)閥作為煤礦綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的核心元件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，進(jìn)而控制主閥的換向動(dòng)作，從而通過電液控?fù)Q向閥來控制液壓支架油缸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)有序工作。電磁先導(dǎo)閥的性能直接影響綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全，

2、因此電磁先導(dǎo)閥的質(zhì)量檢測尤為重要。目前國內(nèi)的電磁先導(dǎo)閥試驗(yàn)裝置存在很多問題:(1)只能同時(shí)對(duì)電磁先導(dǎo)閥和主閥進(jìn)行試驗(yàn)，而不能獨(dú)立對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行檢測。(2)只能進(jìn)行靜壓試驗(yàn)?，F(xiàn)有試驗(yàn)裝置主要用于電磁先導(dǎo)閥密封性能的靜壓試驗(yàn)，無法按照GB 25974.32010煤礦用液壓支架第3部分:液壓控制系統(tǒng)及閥要求對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行動(dòng)載(主要是耐久性)試驗(yàn)。(3)無法進(jìn)行背壓安全性試驗(yàn)。背壓安全性試驗(yàn)是GB 25974.32010所要求的測試項(xiàng)目，現(xiàn)有試驗(yàn)裝置大多不具備該項(xiàng)目試驗(yàn)?zāi)芰Α?4)被試閥型號(hào)單一。由于廠家的試驗(yàn)裝置只針對(duì)自己生產(chǎn)的某種特定型號(hào)的電磁先導(dǎo)閥，導(dǎo)致試驗(yàn)裝置只能測試1種型號(hào)的電磁先導(dǎo)閥。

3、(5)無法進(jìn)行成組試驗(yàn)?，F(xiàn)有試驗(yàn)裝置只能對(duì)1組電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)效率較低。(6)電氣、液壓試驗(yàn)分開進(jìn)行。電磁先導(dǎo)閥在功能上包含液壓和電氣2部分，而目前試驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)上將液壓部分與電氣部分分開，因此需要?dú)v經(jīng)至少2種試驗(yàn)裝置才能完成試驗(yàn)，試驗(yàn)效率低。筆者設(shè)計(jì)了一種小流量電磁先導(dǎo)閥綜合性能試驗(yàn)裝置，可對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行獨(dú)立檢測；利用蓄能器提供動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，降低了能耗；通過設(shè)計(jì)連接閥板，可同時(shí)對(duì)不同型號(hào)的電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行試驗(yàn)，提高了試驗(yàn)裝置對(duì)被試閥的適應(yīng)性以及試驗(yàn)效率；可實(shí)現(xiàn)電氣、液壓指標(biāo)同臺(tái)檢測。1 裝置構(gòu)成及工作原理1.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)試驗(yàn)裝置的動(dòng)力源，為裝置提供滿足要求的

4、試驗(yàn)介質(zhì)，主要由1臺(tái)高壓乳化液泵、壓力表及傳感器、反沖洗過濾器、單向閥、電磁溢流閥等組成。電磁先導(dǎo)閥的工作壓力一般為31.540MPa，為滿足測試要求，配置了1臺(tái)工作壓力為50MPa的高壓乳化液泵，這樣在進(jìn)行常規(guī)檢測(耐久性試驗(yàn)、換向性能試驗(yàn)、密封試驗(yàn)等)時(shí)不必使用增壓裝置即可滿足要求。壓力表及傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)控乳化液泵的壓力，如出現(xiàn)異常反饋至報(bào)警單元。由于被試閥對(duì)介質(zhì)精度有較高要求(介質(zhì)中雜質(zhì)最大顆粒直徑不超過25m)，所以需安裝過濾器，反沖洗過濾器可在不拆卸閥芯的情況下，進(jìn)行反沖洗清潔濾芯。電磁溢流閥有2個(gè)作用:乳化液泵在啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)進(jìn)行卸載；保證動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)壓力可調(diào)，以滿足不同的試驗(yàn)條件。

5、1.2 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)是試驗(yàn)裝置的主體部分，主要包括電液換向閥、增壓缸、截止閥、蓄能器、節(jié)流閥、穩(wěn)壓罐、安全閥等，機(jī)械主體為試驗(yàn)裝置架，用于安裝被試閥。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先以耐久性試驗(yàn)為例:電磁溢流閥3卸荷，乳化液泵1啟動(dòng)，電磁溢流閥3斷開，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶載，調(diào)節(jié)電磁溢流閥3壓力為被試閥13的工作壓力，高壓介質(zhì)通過反沖洗過濾器2、單向閥9-1、截止閥10、節(jié)流閥11、單向閥9-2為被試閥13提供壓力，其中需對(duì)節(jié)流閥11進(jìn)行調(diào)節(jié)，使液壓系統(tǒng)流量(調(diào)節(jié)范圍0.045L/min)滿足被試閥13的要求，在此期間，高壓介質(zhì)同時(shí)對(duì)蓄能器7進(jìn)行充液，當(dāng)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定后，電磁溢流閥3卸荷，乳化液泵1停

6、止運(yùn)行，液壓系統(tǒng)壓力由蓄能器7提供。當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，要對(duì)被試閥13提供47.560MPa的壓力，需要使用電液換向閥4-4控制增壓缸14進(jìn)行液壓系統(tǒng)增壓，增壓后壓力最高可達(dá)80MPa。1乳化液泵；2反沖洗過濾器；3電磁溢流閥；4電液換向閥；5安全閥；6液控單向閥；7蓄能器；8壓力表及傳感器；9單向閥；10截止閥；11節(jié)流閥；12穩(wěn)壓罐；13被試閥；14增壓缸圖1 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3 測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)包括硬件和軟件2部分。硬件主要由操作臺(tái)、工控機(jī)、智能顯示儀表、壓力傳感器、高速數(shù)據(jù)采集卡、開關(guān)電源、連接線等組成。軟件主要由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集子程序、界面顯示子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、打印查詢子程序等組

7、成。測控系統(tǒng)主要完成對(duì)電磁先導(dǎo)閥性能試驗(yàn)裝置中各傳感器數(shù)據(jù)的采集、液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動(dòng)作的控制及后續(xù)數(shù)據(jù)處理。所有測試數(shù)據(jù)均通過工控機(jī)采集處理，試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)測試曲線。測控系統(tǒng)工作原理如圖2所示。所有的壓力信號(hào)輸入至PCI-1716L高速數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過放大傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)發(fā)送指令到PCI-1734隔離數(shù)字量輸出卡，對(duì)電液換向閥、電磁溢流閥等進(jìn)行動(dòng)作控制。測控系統(tǒng)中還安裝了PCI-728模擬量輸出卡，可對(duì)測控系統(tǒng)輸出直流電壓在015V范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，滿足不同電磁先導(dǎo)閥的輸入電壓要求。圖2 測控系統(tǒng)工作原理測控系統(tǒng)的軟件編制測控系統(tǒng)軟件采用Visual Basic語言編寫，數(shù)據(jù)

8、庫訪問技術(shù)主要有DAO， RDO，ADO，這三種數(shù)據(jù)庫訪問機(jī)制構(gòu)成了VB數(shù)據(jù)訪問的基本框架。軟件采用模塊結(jié)構(gòu)編寫，增強(qiáng)程序的可讀性和可維護(hù)性。2 裝置創(chuàng)新點(diǎn)2.1 電磁先導(dǎo)閥獨(dú)立檢測以前電磁先導(dǎo)閥不能獨(dú)立進(jìn)行檢測的主要原因是電磁先導(dǎo)閥不能構(gòu)成獨(dú)立的封閉液壓系統(tǒng)，必須配套連接閥板進(jìn)行過渡才能與試驗(yàn)裝置相連，而電磁先導(dǎo)閥品種繁多，通液孔尺寸較小，配套連接閥板加工難度較大；同時(shí)電磁先導(dǎo)閥的功能主要是對(duì)主閥閥芯進(jìn)行壓力控制，通液流量非常小，一般的液壓系統(tǒng)很難滿足流量要求。本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置從根本上解決了這2個(gè)問題:首先，預(yù)加工了閥接板，當(dāng)接口形式和尺寸與被試閥不同時(shí)，只需加工1件過渡閥板即可，安裝簡單

9、；其次，液壓系統(tǒng)采用蓄能器提供壓力，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，既保證了壓力，又能夠保證流量。2.2 動(dòng)載試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的電磁先導(dǎo)閥試驗(yàn)裝置只能進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，而GB 25974.32010要求必須具備動(dòng)載試驗(yàn)(主要是耐久性試驗(yàn))能力。本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置動(dòng)載試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)原理:由乳化液泵為蓄能器提供動(dòng)力，當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到設(shè)定值后，乳化液泵停止運(yùn)行，由蓄能器為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過測控系統(tǒng)控制被試閥換向，高壓介質(zhì)流經(jīng)被試閥工作口到達(dá)壓力傳感器，壓力穩(wěn)定后，控制被試閥換向，介質(zhì)流經(jīng)另一工作口，壓力穩(wěn)定后，完成1 次循環(huán)。如此共進(jìn)行30 000次。試驗(yàn)裝置利用蓄能器避免了乳化液泵長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約了能源的同時(shí)，也降低

10、了裝置故障，又能滿足試驗(yàn)條件，順利完成電磁先導(dǎo)閥的耐久性試驗(yàn)。2.3 背壓安全性試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)根據(jù)GB 25974.32010的要求，需要對(duì)換向閥類產(chǎn)品進(jìn)行背壓安全性試驗(yàn)。該試驗(yàn)項(xiàng)目的要求:被試閥處于中立位置，向被試閥的進(jìn)液口分別提供閥的工作壓力(一般為31.5MPa)和15MPa壓力，然后向回液口提供6MPa壓力，觀察壓力表及傳感器8-1處的壓力是否有損失。本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置首先調(diào)節(jié)電磁溢流閥3的壓力，使液壓系統(tǒng)分別滿足被試閥的工作壓力(一般為31.5MPa)和15MPa壓力，調(diào)節(jié)安全閥5的壓力為6MPa(該壓力調(diào)節(jié)好后，以后可不必再調(diào))，正常啟動(dòng)乳化液泵。待液壓系統(tǒng)穩(wěn)定后，壓力表及傳感器8-1

11、處的壓力達(dá)到電磁溢流閥3的調(diào)節(jié)壓力(標(biāo)準(zhǔn)要求值)，然后打開電液換向閥4-2，由于安全閥5設(shè)定壓力為6MPa，則被試閥的回液口壓力為6MPa，同時(shí)單向閥9-1保證壓力表及傳感器8-1處的壓力不會(huì)降低，即可滿足試驗(yàn)要求。2.4 被試閥連接閥板設(shè)計(jì)考慮到不同規(guī)格型號(hào)的電磁先導(dǎo)閥連接形式不同，為了使試驗(yàn)裝置能夠滿足所有電磁先導(dǎo)閥的要求，并充分考慮被試閥的安裝與拆卸，設(shè)計(jì)了通用連接閥板，如圖3所示。而廠家只需提供1塊與被試閥和連接閥板對(duì)應(yīng)的過渡閥板即可，具體連接方式:將5組被試閥一并安裝在1塊過渡閥板上，然后將過渡閥板與連接閥板整體對(duì)接，即可完成被試閥的安裝，而且可以實(shí)現(xiàn)多組電磁先導(dǎo)閥同時(shí)試驗(yàn)，大大提高

12、了試驗(yàn)效率。圖3 連接閥板2.5 液壓、電氣指標(biāo)同臺(tái)測試現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置都是以液壓測試為主，當(dāng)進(jìn)行電氣指標(biāo)測試時(shí)，需要外接電氣裝置。本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置在原有的液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上，集成了PCI-728模擬量輸出卡、5路輸出015V范圍內(nèi)可調(diào)直流電源等元件，通過計(jì)算機(jī)軟件程序自動(dòng)調(diào)節(jié)測控系統(tǒng)輸出電壓，測試被試閥換向所需的輸入電壓范圍；既可實(shí)現(xiàn)壓力、流量等液壓試驗(yàn)，也可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電壓等電氣試驗(yàn)，減少了試驗(yàn)裝置周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，提高了試驗(yàn)效率。3 裝置運(yùn)行試驗(yàn)裝置建成以后，進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，按照GB 25974.32010的要求進(jìn)行了“換向性能、啟動(dòng)電壓、背壓安全性、壽命、密封、強(qiáng)度”等項(xiàng)目試驗(yàn)。可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)采集、測試結(jié)果打印等功能。以“背壓安全性”試驗(yàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行界面為例進(jìn)行說明。圖4 背壓安全性試驗(yàn)運(yùn)行界面圖4為電磁先導(dǎo)閥背壓安全性測試界面，“試驗(yàn)參數(shù)”、“被試閥參數(shù)”單元根據(jù)被試先導(dǎo)閥的實(shí)際參數(shù)手動(dòng)填寫，“壓力”單元實(shí)時(shí)顯示被試閥的進(jìn)液口壓力值，“試驗(yàn)過程”單元顯示試驗(yàn)已進(jìn)行時(shí)間和剩余時(shí)間，通過“試驗(yàn)曲線”單元?jiǎng)討B(tài)顯示進(jìn)液口的壓力值，可直觀反映被試閥背壓安全性能的優(yōu)劣，一條直線則表示進(jìn)液口壓力穩(wěn)定，無壓降，說明該閥的背壓安全性高，反之，則說