液壓支架密封性能試驗(yàn)裝置的研究

摘 要：針對目前液壓支架立柱、千斤頂實(shí)際工作過程中，承受超高壓強(qiáng)的同時(shí)伴隨著壓力載荷的起伏波動(dòng)，本文設(shè)計(jì)了一種礦業(yè)液壓支架密封性能試驗(yàn)臺。介紹了液壓支架密封性能試驗(yàn)臺的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，并對驅(qū)動(dòng)部分、沖擊加載部分和升降部分進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：液壓支架；壓力波動(dòng)；密封性能；試驗(yàn)臺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.030

1 引言

目前，國內(nèi)液壓支架生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)立柱和千斤頂時(shí)，主要是采用的國外廠商的密封件，雖然能夠滿足質(zhì)量方面的要求，但是價(jià)格卻一直居高不下，而且對國外同等價(jià)格的密封件，也無法對其密封性能做一個(gè)客觀的評價(jià)[1-2]。近幾年國內(nèi)液壓支架生產(chǎn)廠商之間競爭激烈，生產(chǎn)力的發(fā)展，高科技技術(shù)的運(yùn)用，使得各廠商對于成本的降低有了新的要求[3-4]。在這種情況下，本文深入分析了液壓支架立柱、千斤頂密封的實(shí)際工作環(huán)境，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)踐分析，發(fā)現(xiàn)密封件在實(shí)際工作時(shí)，所受的不是純粹的高壓，而是承受超高壓強(qiáng)的同時(shí)伴隨著壓力載荷的起伏波動(dòng)[5-6]。為了能夠模擬液壓支架的現(xiàn)場工作情況，本文設(shè)計(jì)的密封性能試驗(yàn)裝置加入了高壓沖擊載荷，使得乳化液在試驗(yàn)缸內(nèi)部所承受的壓力隨著時(shí)間變化而變化[7-8]。

2 密封性能試驗(yàn)臺基本結(jié)構(gòu)

液壓支架密封性能試驗(yàn)裝置主要由驅(qū)動(dòng)部分，沖擊加載部分，升降部分組成。驅(qū)動(dòng)部分是由往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)單元、往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力控制單元和往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力執(zhí)行單元組成。往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制單元根據(jù)計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行速度，產(chǎn)生周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)邏輯控制信號，控制往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)單元產(chǎn)生相對于速度變化的往復(fù)動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)油缸往復(fù)運(yùn)行。沖擊加載部分是有驅(qū)動(dòng)空氣系統(tǒng)、油箱供油系統(tǒng)和沖擊加載系統(tǒng)組成。升降部分主要是有渦輪絲桿升降平臺組成。液壓密封性能試驗(yàn)裝置基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

3 密封性能試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)

3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)密封性能試驗(yàn)裝置的要求，整個(gè)試驗(yàn)裝置的液壓系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)和加載裝置液壓系統(tǒng)組成。根據(jù)密封性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)整個(gè)密封性能試驗(yàn)裝置液壓原理圖如圖2所示。

3.2 試驗(yàn)油缸驅(qū)動(dòng)裝置

液壓密封性能試驗(yàn)臺的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。試驗(yàn)油缸驅(qū)動(dòng)裝置是由往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)單元、往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制單元和往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元組成。往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制單元根據(jù)計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行速度，產(chǎn)生周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)邏輯控制信號，控制往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)單元產(chǎn)生相對于速度變化的往復(fù)動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)油缸往復(fù)運(yùn)行。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)單元主要功能是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，從而為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)液壓缸所用液壓泵的額定壓力主要根據(jù)驅(qū)動(dòng)液壓缸缸本身缸體的摩擦力以及其所驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)缸的摩擦力兩部分的壓力之和來確定，再根據(jù)驅(qū)動(dòng)部分的液壓系統(tǒng)按正常速度運(yùn)行時(shí)所需要的液體流量來確定所選驅(qū)動(dòng)部分液壓泵的額定流量。對于驅(qū)動(dòng)油缸的運(yùn)行沒有特殊的要求而僅是進(jìn)行簡單的的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故對于所選電機(jī)沒有調(diào)速的要求。因此在選擇電動(dòng)機(jī)類型時(shí)選用交流異步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)根據(jù)選用的液壓泵的流量和工作壓力，計(jì)算出液壓泵的功率，按照功率的要求，選擇可以滿足使用要求的電動(dòng)機(jī)。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制單元在液壓系統(tǒng)中的主要作用是控制和調(diào)節(jié)液壓回路中工作液的壓力、流量和方向，從而可以對整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。壓力控制閥主要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力或輸出轉(zhuǎn)矩的大小，并確定液壓泵及整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作負(fù)載，在過載時(shí)起到保護(hù)系統(tǒng)的作用；流量控制閥主要根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度的要求供給所需的流量；方向控制閥控制油流的通、切斷或改變油流的方向，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向等；以上三類閥還可以互相組合，成為復(fù)合閥，以減少管路的連接，使結(jié)構(gòu)緊湊，提高系統(tǒng)的效率。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元主要作用是帶動(dòng)試驗(yàn)油缸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成性能檢測試驗(yàn)。由于試驗(yàn)缸的被試件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度相等，故選用液壓缸的選用方面需要選活塞兩端桿徑相同，活塞正、反向運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。故本文中所選驅(qū)動(dòng)油缸為雙作用雙活塞桿等速等行程式液壓缸。

3.3 試驗(yàn)油缸加載裝置

在實(shí)際工況中，液壓支架立柱和千斤頂中間的液壓缸實(shí)際工作時(shí)，通常其中間的活塞或者是活塞桿所受載荷并不是一成不變的，而是一直伴隨著工作時(shí)的壓力的加載和卸載而增壓和減壓的過程，簡而言之活塞或者是活塞桿所受載荷是沖擊性的載荷。液壓密封性能試驗(yàn)臺試驗(yàn)缸的沖擊加載是通過液壓沖擊加載裝置不斷的加壓與卸壓實(shí)現(xiàn)的。試驗(yàn)油缸沖擊加載系統(tǒng)是有驅(qū)動(dòng)空氣系統(tǒng)、油箱供油系統(tǒng)和沖擊加載系統(tǒng)組成。試驗(yàn)油缸加載裝置液壓原理圖如圖3所示。

該沖擊加載系統(tǒng)主要配置美國進(jìn)口高壓氣動(dòng)液體增壓泵一臺、氣控減壓閥、電控減壓閥、過濾器、保壓/泄壓三通電磁閥、手動(dòng)保壓/泄壓閥、壓力表和壓力變送器等部件。測試過程中，先確認(rèn)工件所需測試壓力，如果在低于35MPa 則需要啟動(dòng)增壓泵，高于150MPa 停止增壓泵，則需通過高壓輸出端壓力傳感器反饋，并設(shè)置壓力信號，進(jìn)行系統(tǒng)的上、下限增壓、降壓的循環(huán)過程。增壓過程中驅(qū)動(dòng)氣管路上的氣控減壓閥在電-氣比例閥的作用下，會逐漸升高驅(qū)動(dòng)氣壓力，以控制增壓泵的增壓速度。當(dāng)達(dá)到測試壓力時(shí)，保壓氣動(dòng)閥會自動(dòng)關(guān)閉保壓，試驗(yàn)結(jié)束后通過流量調(diào)節(jié)閥緩慢泄壓到增壓泵啟動(dòng)下限壓力，如系統(tǒng)完成工件的測試，也可手動(dòng)打開泄壓閥，完成系統(tǒng)的壓力泄放。

3.4 升降裝置

蝸輪絲桿升降機(jī)又稱WL升降機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、建筑、水利設(shè)備等行業(yè)，具有起升、下降及借助輔件推進(jìn)、翻轉(zhuǎn)及各種高度位置調(diào)整等諸多功能.蝸輪絲桿升降機(jī)是一種基礎(chǔ)起重部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動(dòng)力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)?？梢詥闻_或組合使用，能按一定程序準(zhǔn)確地控制調(diào)整提升或推進(jìn)的高度，可以用電動(dòng)機(jī)或其他動(dòng)力直接帶動(dòng)，也可以手動(dòng)。它有不同的結(jié)構(gòu)形式和裝配形式，且提升高度可按用戶的要求定制。該裝置可以自鎖。蝸輪絲桿絲杠升降機(jī)理論上具有自鎖功能，但工作在振動(dòng)較大的場合會導(dǎo)致自鎖功能失靈，因此須外加一制動(dòng)裝置或選擇帶有制動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源。

4 結(jié)論

本文根據(jù)制定的液壓支架立柱、千斤頂密封性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一臺密封性能試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置可以模擬實(shí)際工況，對密封件進(jìn)行測試。通過試驗(yàn)，我們可以對不同廠家生產(chǎn)的密封件進(jìn)行客觀的評價(jià)，同時(shí)也可以促進(jìn)密封技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晞等.液壓支架立柱密封件性能測試系統(tǒng)研究[J].液壓氣動(dòng)與密封，2012（05）：39-42

[2]黃勇理.液壓往復(fù)密封試驗(yàn)及數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27（02）：34-36.

[3]黃勇理.往復(fù)密封試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)現(xiàn)簡介[J].液壓與氣動(dòng)，1999（03）：47-53.

[4]梁天才等.一種新型筑路工程機(jī)械液壓元件測試裝置[J].山西交通科技，2000（01）：33-34

[5]ISO7986-1997.Hydraulic fluid power-Sealing devices-Standard test methods to assess the performance of seals used in oil hydraulic reciprocating applications.

[6]于淼等.活塞桿密封試驗(yàn)缸設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2014（04）：24-26

[7]MT/T 985-2006.煤礦用立柱、千斤頂聚氨酯密封圈技術(shù)條件[S].

[8]GB/T25974.2-2010.煤礦用液壓支架第二部分：立柱和千斤頂技術(shù)條件[S].

作者簡介：燕成義（1985-），男，山西朔州人，工學(xué)學(xué)士。