液压支架用立柱综合试验台的改进

马强，赵越，徐尧

(1．中国矿业大学机电与信息工程学院，北京100083;2．煤炭科学研究总院检测研究分院，北京100013;3．煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，北京100013)

近年来，随着煤矿综采设备的快速发展，液压支架的工作阻力越来越高，而液压支架立柱作为液压支架的主要承载部件，不仅是液压支架的执行元件，而且还要承受煤矿顶板来压的所有载荷。因此，其性能的好坏直接影响到了液压支架的可靠性，甚至会危及煤矿工作人员的生命安全。因此，相应的检测手段要不断地进行更新，以保证各项性能均达到要求后方可投入使用。

随着新的国家标准GB 25974．2-2010《煤矿用液压支架:第2部分:立柱和千斤顶技术条件》的颁布，试验项目发生一定的变化，试验设备的试验能力将无法满足要求，针对这种情况，对其进行技术改造已是势在必行。新设计的液压支架立柱综合试验台可进行新国标中的所有型式试验项目;试验过程由计算机控制;所有数据均由计算机通过高精度传感器采集;实时绘制曲线、编制检测报告。

1 试验台系统具有的主要功能及参数确定

该试验台设计依据GB 25974．2-2010《煤矿用液压支架:第2部分:立柱和千斤顶技术条件》的要求。

1．1 试验台系统的主要功能

空载行程试验、启动压力试验、密封性能试验、让压性能试验、过载性能试验、耐久性能试验、外伸限位试验及功能试验。

1．2 试验台参数的确定

(1)油泵压力 0 ～ 31．5 MPa，流量 3．7 L/min、63 L/min;

(2)乳化液泵压力0～31．5 MPa，流量400 L/min;

(3)被试件工作介质:乳化液 (5%油，95%水);

(4)工作用液选用0．125 mm精度的过滤系统;

(5)试验台试验压力为0～100 MPa;

(6)加载速度≥2 mm/min。

2 原试验系统的问题

按照新的国家标准的要求，试验过程中应测出相应的压力值并绘制曲线，同时对加载环境也做出了相应的规定。系统改造之前，部分试验过程仍需要人工直读压力表进行数据记录，有一定误差且效率低;原系统无法实现新标准中规定的超低速慢加载的要求。

3 改进后的试验系统组成及特点

3．1 液压系统

液压系统由外加载油系和内加载乳化液系统组成，其主要是为了能够满足液压缸试验过程中的所有项目要求。

(1)外加载系统。液压系统基本加载原理如图1所示。加载系统主要由一台油泵、加载油缸、高精度伺服比例阀 (小流量及大流量)、电控换向阀和比例溢流阀组成。系统工作时，油泵启动为系统提供动力及工作液，系统压力由泵出口处的比例溢流阀调节，工作液通过电控换向阀，经过高精度伺服比例阀进行流量控制，从而控制加载速度，作用于加载油缸，油缸克服摩擦力及被试件初撑力向前移动，实现加载过程。

图1 外加载液压系统

根据新国标的要求，系统在不同的试验项目中需要提供不同的加载速度，即快速加载及慢速加载。其工作原理如下:系统实现高速加载时，电液控换向阀1得电，电液控换向阀2失电，液压油经过伺服比例阀1进入液压缸，控制伺服比例阀1的流量，实现快速加载的控制;当需要进行慢速加载时，电液控换向阀1失电，电液控换向阀2得电，液压油经过伺服比例阀2进入液压缸，通过对伺服比例阀2进行精细调节来控制进入加载缸的流量，从而实现低速慢加载的试验过程。

(2)内加载系统。其主要作用一是在外加载过程中为被试件充液;二是完成新的国家标准中增加的内加载试验项目。其液压系统基本加载原理如图2所示。系统由一台乳化液泵、增压器、控制阀等组成。试验过程中其基本动作流程为:初撑—充液—增压—卸荷，具体过程为:乳化液泵开启后，DF1动作，被试件初撑并达到一定的初撑力;DF2动作，为增压器及被试件充液;DF3动作，增压器为被试件加载;DF4动作，为被试件卸载。该系统由计算机调用程序，依次完成上述循环动作。

图2 内加载液压系统

3．2 电气控制及计算机测控系统

液压支架立柱试验台的所有电气控制组件均安装在实验室内部的电气控制柜内，控制柜中主要包括泵站系统电机的启、停控制、泵站压力卸荷控制、各电磁阀手动控制、压力及位移等数显表以及其他相关的辅助指示装置。系统试验过程由计算机自动控制，实时采集、显示及保存实验数据，系统显示直观，操作简便。

各种试验项目均已编写入程序之中，检验人员可以根据所需进行的试验项目，选择不同的参数设置界面，并输入相对应的技术指标数据。设置完成后，可分别进行手动或自动循环动作。具体原理如图3所示。

图3 控制系统原理

3．3 计算机软件系统组成

试验台测控系统采用VB语言开发，测控软件实现功能，即数据控制及采集、人机交互界面和数据库三大部分组成，其软件流程图如图4。实现了计算机与数据采集卡的通信和控制功能。

图4 软件流程图

3．4 部分程序应用实例

部分程序的运行界面如图5—7所示。

图5 系统自动运行测试程序运行界面

图6 外伸限位试验运行界面

图7 让压试验运行界面

3．5 试验台的特点

(1)在原有试验台的基础上进行技术改造，使之满足新国标的综合性实验要求;(2)采用两个不同额定流量的伺服比例阀并联的方式，结合切换调节控制，满足流量大小的调节要求，从而实现快速或慢速加载;(3)采用压力变送器及位移传感器，结合计算机自动检测、控制技术，记录试验数据，实时进行压力及速度反馈，保证了试验系统的高精度;(4)计算机人机交互界面信息全面、功能齐全，测试系统界面数据及曲线等参数显示清晰明确，测试结果查询简单、快捷。

4 结束语

上述主要介绍了液压支架立柱试验测试系统，其按照新的国家标准要求进行了改进。随着煤矿对液压支架高工作阻力、大采高的要求，所配套的立柱及千斤顶必须随之发展，因此对立柱检测设备的要求也随之提高。为使检测技术适应液压支架立柱技术的发展，不断改进液压支架立柱的检测手段、提高检测设备的性能，对液压支架立柱的发展有着积极的意义。

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