矿用电磁先导阀测试试验台的开发与研究

杨卫书

(郑州煤机液压电控有限公司，河南 郑州 450007)

1 引言

随着煤矿工业的快速发展，我国在厚煤层综采技术方面达到国际领先水平，煤矿综采工作面的自动化程度越来越高，电磁先导阀是煤矿综采工作面液压支架电液控制系统中使用的关键元件之一，其性能的可靠性直接影响着综采工作面的生产效率和安全。先前煤矿电液控制系统主要由德国进口，这样不但增加了综采工作面 3机配套支架的制造成本，且由于依靠国外进口，工期也很难保证。为了解决以上问题，同时促进民族工业的发展，我公司技术人员通过近几年的潜心研究，已经成功的攻克了本安型高水基电磁先导阀的设计和制造难题，并投入了批量制造。批量制造成功之后，快速高效的出厂检测试验台的研制也就刻不容缓，本文研究的主要课题是开发研制可以检测本安型高水基电磁先导阀的液压型式试验台。

2 矿用本质电磁先导阀简图(图 1)和工作原理

电磁先导阀主要由两大部分构成：电磁铁部分、先导阀部分。先导阀部分由两个两位三通阀组成一个三位四通阀，而每个两位三通阀又各有“零”位和工作位两个状态，有进液口 P口、回液口 O口、工作口 A口(或B口)3个液流口。电磁铁组件主要由衔铁、推杆、线圈、弹簧等组成。先导阀部分采用液压平衡式原理，减少了打开阀口所需要的电磁力。它主要由阀体、进、回液阀套、阀芯、中间阀套组成，并通过省力杠杆机构与电磁铁组件构成一个力传动系统。当给电磁铁线圈通电时，电磁线圈产生磁场吸合衔铁动作，衔铁带动推杆推向杠杆，并通过省力机构推动先导阀的顶杆使阀芯开启，实现高压液体从进液口 P口流向工作口 A口(或 B口);流出的高压液体去控制主控阀打开。当停止给电磁铁线圈供电时，衔铁及推杆在弹簧的作用下复位，先导阀内的弹簧和液压力也推动阀芯回到“零”位，以切断高压液体向工作口的供液，从而使主控阀关闭。

图1 电磁先导阀

3 电磁先导阀测试系统的设计

首先要从电磁先导阀的技术参数和检测项目入手。

3.1 电磁先导阀的技术参数

公称压力 ：31.5 MPa;公称流量 ：1.2 L/min;额定电压：12 VDC;额定电流：120 mA

3.2 电磁先导阀的检测项目见表 1。

4 测试试验台的工作原理简图(图 2)及功能简介

(1)该液压系统原理图是根据电磁先导阀测试项目的要求，采用了模块化的设计方法，绘制出的液压系统原理图。该系统原理图共有 4个模块组成：即动力源模块、增压模块、公称压力、低压试验模块及被试阀模块组成。动力源模块主要是为电磁先导阀实验系统提供稳定流量的动力源，因为电磁先导阀的流量小，在此为了减少泵的流量对试验台液压系统的冲击，我们在动力源模块的出口处加装了可调式节流阀，通过调节该节流阀通液能力的大小，来保证供给系统稳定的小流量。增压模块是为了给系统提供超过泵站额定工作压力的压力源，该模块由 4个单向阀、一个双向增压缸、一个三位四通电磁阀组成，为了减少试验过程中高压的突变给系统带来的瞬态冲击，我们在增压缸的出口处安装有一个可以吸收脉动和减少冲击的稳压罐，为了保证该系统的安全性，在高压部位加装有超高压溢流阀;公称压力和低压试验模块由两路液压通道，一路是提供公称压力并可以给系统快速充液的回路，一路是提供低压的回路，在低压回路上我们装有减压阀，减压范围可根据需要调节，因为低压和高压之间的范围较大，所以对减压阀的要求比较高，在此我们选择了减压比比较大的减压阀，实现了稳定的低压供液，通过两个三位四通电磁阀的组合连接，实现了低压和公称压力的可靠转换，得到密封试验的目的;由于泵站的流量比较大，所有换向阀的控制都是电磁阀，所以必须控制系统的流量，在电磁先导阀模块的进液口，我们又加装了一个可以调节流量的节流阀，通过调节该节流阀的通液能力，来改变电磁先导阀试验压力的上升梯度，容易形成稳定的试验压力：在被试先导阀的进、回液口装有两个溅射薄膜压力传感器，在电磁先导阀和双作用液压缸的连接部位也分别装有两个溅射薄膜压力传感器，这 4个溅射薄膜压力传感器的作用主要是来测试电磁先导阀在不同流量下的进、回液阻力。压力传感器可以把压力信号转变成电信号，通过数据采集卡传给主控计算机，主控计算机可以把采集到的数据通过软件把曲线画出来，这样可以更直观的了解每个电磁先导阀的性能。在电磁先导阀的回液口，我们装有一个压力为 0.3MPa的背压阀，背压阀的安装提高了系统的平稳性，减少了由于压力的波动而使测试结果产生误差。

表1 电磁先导阀的性能要求指标和实验方法

图2 原理图

(2)按照试验台的设计要求，本试验台必须能够做完电磁先导阀的所有出厂检测项目，所以试验台除了能做密封试验、阻力损失试验、电磁力有效性试验外，还必须能够做换向性能试验和寿命试验。鉴于此，我们在试验台的台面上，固定了一个双作用液压缸，液压缸的大小和行程可以根据需要设计，寿命实验必须能够完成“充液 ”、“保压 ”、“换向 ”、“充液 ”、“保压 ”等循环过程。而每一电磁阀要完成寿命实验就需要做30000次循环，所以每次循环的时间不能太长，依据设计技术要求每小时不少于 300次的标准设计。可根据该技术条件去设计双作用液压缸的大小，通过计算和校核，我们使用 φ63 mm的缸径，活塞杆直径是φ45mm，行程是 25mm，完成后经过使用，完全符合设计预期。

(3)试验台数据采集与处理系统主要由溅射薄膜压力传感器、二次仪表、工业控制计算机、数据采集板、测试软件等组成，为了增大试验台的操作空间，方便测试人员操作，增加试验的安全性，主控计算机没有做到该实验台上，而是通过数据传输线连接到控制室，进行远程数据采集。系统实验的数据、报表和曲线可在试验完成后存盘或打印。关于程序的编译和调试以及电器控制部分限于篇幅有限，在本文中不再叙述详细过程。下面是实验台外观图和上位机人机界面窗口(图 3)，从界面上可以看出，本试验软件清晰明了，易于操作。

图3 试验台和人机界面

5 结束语

该电磁先导阀测试试验台经过最近一个阶段的使用，得到了预期的研制目的，使用效果良好，最大的优点是简洁、实用，测试效率高，能满足出厂检验的各项性能要求。美中不足的是操作台部分没有做成全自动化的，还选用了许多有触点电气元件，如：时间继电器，定时器等元件;没有引入现代常用的 PLC设备，没有很好的把现代计算机技术和现代测试技术完美地、有机地结合起来，从而使各项试验更接近于全自动化。

[1] 雷天觉.液压工程手册[M].机械工业出版社.

[2] 王国法.液压支架技术[M].煤炭工业出版社.

[3] 成大中.机械设计手册[M].化学工业出版社.

[4] 路甬祥.液压气动技术手册[M].机械工业出版社.