说明小流量电磁先导阀综合性能试验装置设计.docx

小流量电磁先导阀综合性能试验装置设计翟京摘要:介绍了一种小流量电磁先导阀综合性能试验装置的设计及工作原理。该装置可实现电磁先导阀独立检测；利用蓄能器提供动力进行动载试验，降低了能耗；通过连接阀板可实现多组不同型号电磁先导阀同时试验，提高了试验效率；可实现电磁先导阀的电气指标与液压指标同台检测，减少了试验装置周转环节。关键词:小流量电磁先导阀；综合性能；试验装置0 引言电磁先导阀作为煤矿综采工作面液压支架电液控制系统的核心元件，将电信号转换为液压信号，进而控制主阀的换向动作，从而通过电液控换向阀来控制液压支架油缸运动，实现液压支架自动有序工作。电磁先导阀的性能直接影响综采工作面的生产效率和安全，因此电磁先导阀的质量检测尤为重要。目前国内的电磁先导阀试验装置存在很多问题:(1)只能同时对电磁先导阀和主阀进行试验，而不能独立对电磁先导阀进行检测。(2)只能进行静压试验。现有试验装置主要用于电磁先导阀密封性能的静压试验，无法按照GB 25974.32010煤矿用液压支架第3部分:液压控制系统及阀要求对电磁先导阀进行动载(主要是耐久性)试验。(3)无法进行背压安全性试验。背压安全性试验是GB 25974.32010所要求的测试项目，现有试验装置大多不具备该项目试验能力。(4)被试阀型号单一。由于厂家的试验装置只针对自己生产的某种特定型号的电磁先导阀，导致试验装置只能测试1种型号的电磁先导阀。(5)无法进行成组试验。现有试验装置只能对1组电磁先导阀进行试验，试验效率较低。(6)电气、液压试验分开进行。电磁先导阀在功能上包含液压和电气2部分，而目前试验装置在设计上将液压部分与电气部分分开，因此需要历经至少2种试验装置才能完成试验，试验效率低。笔者设计了一种小流量电磁先导阀综合性能试验装置，可对电磁先导阀进行独立检测；利用蓄能器提供动力进行动载试验，降低了能耗；通过设计连接阀板，可同时对不同型号的电磁先导阀进行试验，提高了试验装置对被试阀的适应性以及试验效率；可实现电气、液压指标同台检测。1 装置构成及工作原理1.1 动力驱动系统动力驱动系统是整个试验装置的动力源，为装置提供满足要求的试验介质，主要由1台高压乳化液泵、压力表及传感器、反冲洗过滤器、单向阀、电磁溢流阀等组成。电磁先导阀的工作压力一般为31.540MPa，为满足测试要求，配置了1台工作压力为50MPa的高压乳化液泵，这样在进行常规检测(耐久性试验、换向性能试验、密封试验等)时不必使用增压装置即可满足要求。压力表及传感器可实时监控乳化液泵的压力，如出现异常反馈至报警单元。由于被试阀对介质精度有较高要求(介质中杂质最大颗粒直径不超过25m)，所以需安装过滤器，反冲洗过滤器可在不拆卸阀芯的情况下，进行反冲洗清洁滤芯。电磁溢流阀有2个作用:乳化液泵在启动和停机时进行卸载；保证动力驱动系统压力可调，以满足不同的试验条件。1.2 液压系统液压系统是试验装置的主体部分，主要包括电液换向阀、增压缸、截止阀、蓄能器、节流阀、稳压罐、安全阀等，机械主体为试验装置架，用于安装被试阀。液压系统结构如图1所示。首先以耐久性试验为例:电磁溢流阀3卸荷，乳化液泵1启动，电磁溢流阀3断开，动力驱动系统带载，调节电磁溢流阀3压力为被试阀13的工作压力，高压介质通过反冲洗过滤器2、单向阀9-1、截止阀10、节流阀11、单向阀9-2为被试阀13提供压力，其中需对节流阀11进行调节，使液压系统流量(调节范围0.045L/min)满足被试阀13的要求，在此期间，高压介质同时对蓄能器7进行充液，当液压系统稳定后，电磁溢流阀3卸荷，乳化液泵1停止运行，液压系统压力由蓄能器7提供。当进行强度试验时，要对被试阀13提供47.560MPa的压力，需要使用电液换向阀4-4控制增压缸14进行液压系统增压，增压后压力最高可达80MPa。1乳化液泵；2反冲洗过滤器；3电磁溢流阀；4电液换向阀；5安全阀；6液控单向阀；7蓄能器；8压力表及传感器；9单向阀；10截止阀；11节流阀；12稳压罐；13被试阀；14增压缸图1 液压系统结构1.3 测控系统测控系统包括硬件和软件2部分。硬件主要由操作台、工控机、智能显示仪表、压力传感器、高速数据采集卡、开关电源、连接线等组成。软件主要由数据库、数据采集子程序、界面显示子程序、数据处理子程序、打印查询子程序等组成。测控系统主要完成对电磁先导阀性能试验装置中各传感器数据的采集、液压系统中各执行元件动作的控制及后续数据处理。所有测试数据均通过工控机采集处理，试验过程中实时显示动态测试曲线。测控系统工作原理如图2所示。所有的压力信号输入至PCI-1716L高速数据采集卡，然后经过放大传输至工控机，工控机发送指令到PCI-1734隔离数字量输出卡，对电液换向阀、电磁溢流阀等进行动作控制。测控系统中还安装了PCI-728模拟量输出卡，可对测控系统输出直流电压在015V范围内进行微调，满足不同电磁先导阀的输入电压要求。图2 测控系统工作原理测控系统的软件编制测控系统软件采用Visual Basic语言编写，数据库访问技术主要有DAO， RDO，ADO，这三种数据库访问机制构成了VB数据访问的基本框架。软件采用模块结构编写，增强程序的可读性和可维护性。2 装置创新点2.1 电磁先导阀独立检测以前电磁先导阀不能独立进行检测的主要原因是电磁先导阀不能构成独立的封闭液压系统，必须配套连接阀板进行过渡才能与试验装置相连，而电磁先导阀品种繁多，通液孔尺寸较小，配套连接阀板加工难度较大；同时电磁先导阀的功能主要是对主阀阀芯进行压力控制，通液流量非常小，一般的液压系统很难满足流量要求。本文设计的试验装置从根本上解决了这2个问题:首先，预加工了阀接板，当接口形式和尺寸与被试阀不同时，只需加工1件过渡阀板即可，安装简单；其次，液压系统采用蓄能器提供压力，通过节流阀调节流量，既保证了压力，又能够保证流量。2.2 动载试验的实现现有的电磁先导阀试验装置只能进行静压试验，而GB 25974.32010要求必须具备动载试验(主要是耐久性试验)能力。本文设计的试验装置动载试验实现原理:由乳化液泵为蓄能器提供动力，当蓄能器压力达到设定值后，乳化液泵停止运行，由蓄能器为液压系统提供动力，通过测控系统控制被试阀换向，高压介质流经被试阀工作口到达压力传感器，压力稳定后，控制被试阀换向，介质流经另一工作口，压力稳定后，完成1 次循环。如此共进行30 000次。试验装置利用蓄能器避免了乳化液泵长时间运转，节约了能源的同时，也降低了装置故障，又能满足试验条件，顺利完成电磁先导阀的耐久性试验。2.3 背压安全性试验的实现根据GB 25974.32010的要求，需要对换向阀类产品进行背压安全性试验。该试验项目的要求:被试阀处于中立位置，向被试阀的进液口分别提供阀的工作压力(一般为31.5MPa)和15MPa压力，然后向回液口提供6MPa压力，观察压力表及传感器8-1处的压力是否有损失。本文设计的试验装置首先调节电磁溢流阀3的压力，使液压系统分别满足被试阀的工作压力(一般为31.5MPa)和15MPa压力，调节安全阀5的压力为6MPa(该压力调节好后，以后可不必再调)，正常启动乳化液泵。待液压系统稳定后，压力表及传感器8-1处的压力达到电磁溢流阀3的调节压力(标准要求值)，然后打开电液换向阀4-2，由于安全阀5设定压力为6MPa，则被试阀的回液口压力为6MPa，同时单向阀9-1保证压力表及传感器8-1处的压力不会降低，即可满足试验要求。2.4 被试阀连接阀板设计考虑到不同规格型号的电磁先导阀连接形式不同，为了使试验装置能够满足所有电磁先导阀的要求，并充分考虑被试阀的安装与拆卸，设计了通用连接阀板，如图3所示。而厂家只需提供1块与被试阀和连接阀板对应的过渡阀板即可，具体连接方式:将5组被试阀一并安装在1块过渡阀板上，然后将过渡阀板与连接阀板整体对接，即可完成被试阀的安装，而且可以实现多组电磁先导阀同时试验，大大提高了试验效率。图3 连接阀板2.5 液压、电气指标同台测试现有的试验装置都是以液压测试为主，当进行电气指标测试时，需要外接电气装置。本文设计的试验装置在原有的液压系统基础上，集成了PCI-728模拟量输出卡、5路输出015V范围内可调直流电源等元件，通过计算机软件程序自动调节测控系统输出电压，测试被试阀换向所需的输入电压范围；既可实现压力、流量等液压试验，也可实现启动电压等电气试验，减少了试验装置周转环节，提高了试验效率。3 装置运行试验装置建成以后，进行了联机调试，按照GB 25974.32010的要求进行了“换向性能、启动电压、背压安全性、寿命、密封、强度”等项目试验。可实现人机交互，计算机进行控制、数据采集、测试结果打印等功能。以“背压安全性”试验计算机运行界面为例进行说明。图4 背压安全性试验运行界面图4为电磁先导阀背压安全性测试界面，“试验参数”、“被试阀参数”单元根据被试先导阀的实际参数手动填写，“压力”单元实时显示被试阀的进液口压力值，“试验过程”单元显示试验已进行时间和剩余时间，通过“试验曲线”单元动态显示进液口的压力值，可直观反映被试阀背压安全性能的优劣，一条直线则表示进液口压力稳定，无压降，说明该阀的背压安全性高，反之，则说明阀的背压安全性能低。该试验装置软件其它部分试验项目测试界面，以及测试结果打印界面如图57所示。图5 强度试验运行界面图6 强度试验曲线打印界面图7 强度试验原始记录打印界面4 结语小流量电磁先导阀综合性能试验装置可按照GB 25974.32010的要求进行换向性能、启动电压、背压安全性、耐久性、密封、强度等项目试验。通过一段时间运行，该装置运行稳定，可实现数据采集、计算机控制、测试结果打印等功能。