新型礦用電磁先導閥驅動器的開發

曾成達，任瑞，董芙蓉

（1.山西平陽廣日機電有限公司，山西侯馬 043000；2.山西平陽重工機械有限責任公司，山西侯馬 043000）

新型礦用電磁先導閥驅動器的開發

曾成達1，任瑞2，董芙蓉2

（1.山西平陽廣日機電有限公司，山西侯馬 043000；2.山西平陽重工機械有限責任公司，山西侯馬 043000）

分析了礦用本質安全型電磁先導閥驅動器在井下使用時所出現的失效形式及故障，總結出在最初設計時，選用電纜連接方式、密封件的密封形式的注意事項，避免了后期使用時產生故障，為以后的礦用電磁先導閥驅動器設計、生產工藝的改進和完善提供了借鑒。

電磁先導閥驅動器；失效形式；現場故障；可靠性；電連接器

隨著采煤業趨于智能化方向發展，各種設備之間通過有線和無線的互連形成一個龐大的信息網絡。要保證各子系統之間通訊穩定，必須在每一個連接環節保證可靠。礦用電磁先導閥驅動器是礦用液壓支架電液控制系統的重要組成部分。電磁先導閥驅動器作為液壓支架控制器與電磁先導閥通訊中轉站與控制器及先導閥通過礦用通訊電纜連接。目前，煤礦井下驅動器到電磁先導閥通訊電纜均采用德國赫斯曼方形連接器，然而因煤礦井下條件惡略，空氣濕度大，地下水酸堿度高等因素，常出現礦用電纜與驅動器連接處密封失效，導致大面積通訊中斷等現象。總結市場現有產品的不足，新型礦用電磁先導閥驅動器的結構設計避免了以上問題，為此類產品的發展趨勢提供了新思路。

1 礦用電磁先導閥驅動器現場故障及失效分析

1.1 礦用電磁先導閥驅動器現場故障

圖1是液壓支架上電液控制系統控制及連接方式，整個系統運行中出現故障頻率最高的部位在電磁先導閥驅動器處，而電磁先導閥驅動器故障大多表現為電連接器失效。電連接器失效分為兩種，一種為電接觸失效；另一種為電絕緣失效。

1）電接觸失效。電接觸失效是電連接器主要失效形式，據統計約占試驗和現場失效總數的45.1%[1]，失效形式表現為接觸電阻增大和接觸對瞬斷等。北京郵電大學電接觸研究室在電接觸基礎理論研究方面取得了豐碩的成果[2-3]，研究指出引起電接觸失效的主要因素分為環境污染（灰塵、腐蝕）和微動磨損。

2）絕緣失效。絕緣失效是電連接器另一種主要的失效形式，據統計約占試驗和現場失效總數的22.3%,絕緣失效主要是電連接器與驅動器外殼之間絕緣電阻下降或出現短路現象。

1.2 故障原因分析

電纜插頭與驅動器插座端面的密封通過中間的密封墊保證,密封墊為矩形墊，壓縮量僅通過中心的緊固螺釘預緊，連接結構為電磁先導閥驅動器與電纜連接方式，見圖2。此種密封方式在靜態環境下密封效果尚可，但在動態環境下，如電纜被拉扯時，緊固螺釘作為杠桿支點，電纜插頭會相對轉動，導致密封墊一個或者多個面失效，井下酸堿水流入插座內對接插件接觸點進行腐蝕。此種失效形式正是電接觸失效中微動及腐蝕因素引起的，因此，采用以上方式的連接及密封不可靠，在工作面正常開采時出現大面積故障時，不但有安全隱患，而且對客戶及廠家都將造成不可估量的經濟損失。

目前，國內外礦用電磁先導閥驅動器產品材料大多為不銹鋼。通過分析產品使用環境、接插件表面缺陷、接插件內部缺陷以及接插件、產品外殼材料等，產生絕緣失效的主要因素為煤礦井下潮濕的環境和產品材料。如楊奮為[4-5]在其發表的多篇關于電連接器失效分析的文章中分析了絕緣失效問題，從失效的案例中總結出絕緣失效的原因包括設計質量、材料質量、工藝質量、檢驗質量和使用質量等方面的問題。

2 新型礦用電磁先導閥驅動器優點

新型礦用電磁先導閥驅動器結構，見圖3。通過分析現有電磁先導閥驅動器連接失效原因，借鑒國內在電連接器可靠性研究結果及試驗方法標準，如陳文華等[6-9]對航天電連接器在振動、溫度、濕度綜合應力下的模擬實驗結果。電磁先導閥驅動器連接方式采用M12四芯航空插頭，見圖4，通過內部O型圈密封，螺紋連接更可靠，其防護等級為IP67，接觸件材料為銅合金，材料接觸表面為鎳金，插座外殼材料為銅合金。

新型礦用電磁先導閥驅動器外殼材料為PPS（Phenylene sulfide），通過模具精鑄而成，PPS材料電絕緣性優良，著色性、耐水性、化學穩定性良好，有優良的阻燃性，通過加入玻璃纖維改性后，沖擊強度大為提高，耐熱性和機械性能也有所提高，最主要的是價格低廉，具有較大的市場競爭力。

3 結束語

影響液壓支架電液控制系統的穩定性因素很多，因產品之間通訊電連接器出現故障的頻率最高。電磁先導閥驅動器電連接器出現故障是現場使用中較嚴重的問題。新型電磁先導閥驅動器所采用的電連接器及外殼材料將避免或者減少以上故障現象，同時提升整個電液控制系統的可靠度。由此總結類似經驗，改進支架電液控制系統其它部位連接方式。在新產品的開發過程中我們必須通過理論分析、型式試驗、工業試驗等手段選擇可靠性更高的電連接器，設計和開發出性能更加穩定的礦用產品。

[1]潘駿.航天電連接器震動可靠性建模與評估[D].杭州：浙江大學，2002.

[2]張繼高.大力發展電接觸科學-一門重要交叉科學[J].中國機械工程，1999,10（9）：966-968.

[3]李雪清，張繼高.鍍金表面微孔腐蝕的電接觸特點[J].電工技術學報，2004,19（9）：51-56.

[4]楊奮為.航天用電連接器的失效分析[J].機電元件，1996,16（1）：40-43,47.

[5]楊奮為.航天電連接器的失效預防[J].機電元件，2001,21（4）：41-47.

[6]陳文華，潘駿，盧獻彪，等.航天電連接器的振動可靠性建模[J].航天學報，1997,18（16）：732-734.

[7]陳文華，崔杰，潘駿，等.航天電連接器的振動可靠性試驗與分析[J].航天學報，2003,24（4）：342-345.

[8]陳文華，李紅石，連文志，等.航天電連接器環境綜合應力加速壽命試驗與統計分析[J].浙江大學學報（工學版），2006,40（2）：348-351.

[9]陳文華，柴新，潘駿，等.Weibull壽命型產品可靠性加速驗證試驗方法[J].浙江大學學報（工學版），2001,35（1）：5-8.

Development of Electromagnetic Pilot Valve Drive in Mines

ZENG Chengda1,REN Rui2,DONG Furong2
(1.Shanxi Pingyang Guangri Electromechanical Co.,Ltd.,Houma 043000,China; (2.Shanxi Pingyang Industry Machinery Co.,Ltd.,Houma 043000,China)

Failuremodes of intrinsically safe electromagnetic pilot valve drive inmines were studied. It concluded precautions for the connection of electrical cables and the sealing of seals in initial design so as to avoid the failure in later application,which could be a reference to the future design of the drive and the improvement ofproduction techniques.

electromagnetic pilot valve drive;failuremode;field failure;reliability;electrical connector

TD63

A

1672-5050（2015）05-0075-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.025

（編輯：樊敏）

2014-04-22

曾成達（1984-），男，甘肅白銀人，大學本科，工程師，從事礦用產品設計與開發工作。