掘進機常用平衡閥的特性比較分析

王海亮

（潞安集團李村煤礦， 山西 長治 046600）

引言

平衡閥大多被配置在掘進機內液壓系統的油缸回路之中，其主要發揮安全保護、維持負載等作用。平衡閥所配置的油缸主要有回轉、升降、伸縮等幾個類型，其中升降與回轉兩個油缸可以對截割部的運動進行控制。在煤巖截割的過程中，這兩個油缸會因交變沖擊的荷載力而受到沖擊，進而使平衡閥受到極大的損壞。以上這些問題都與平衡閥所具有的性能存在一定的關系，但是平衡閥的生產商并沒有提供具體的特性參數[1]，應當針對掘進機最常應用的三類平衡閥進行對比分析，即德國的力士樂、美國的升旭和國產的。本文通過對其進行結構對比、理論研究及試驗檢測，對平衡閥所具備的先導增益性及開啟復位性進行詳細的對比研究，為選擇出最佳的平衡閥提供可靠依據。

1 平衡閥的結構

選擇最常使用的3 種平衡閥：德國力士樂的平衡閥VBSN-12A、美國升旭的平衡閥CBEG-LJN、國產的平衡閥，其構造示意圖分別為圖1—圖3。根據這些構造圖可以充分掌握各個類型閥的特征，特別要重視主閥芯的構造及密封的形式[2]。這是因為主閥芯所形成的移動摩擦力將會受到密封形式的影響，而移動摩擦力與閥芯作出的動作響應之間存在一定的關系，平衡閥會因摩擦力的不同而產生不同的開啟復位特征。

圖1 VBSN-12A 的構造示意圖

圖2 美國升旭平衡閥CBEG-LJN 結構示意圖

根據圖1—圖3 可知，力士樂內部所配置的主閥芯主要有三道密封，其中主要有斯特封和開口聚四氟乙烯環，分別為1 和2 道，但2 道所產生的移動摩擦力基本為零，1 道的移動也未形成較大的阻力，因此這類平衡閥的主閥不具備較大的摩擦阻力，升旭內部所配置的主閥芯主要有兩道密封，其主要為開口聚四氟乙烯環和O 形圈，均為1 道。由于O 形圈存在嚴重的摩擦力[3]，閥芯也出現了過大的移動阻力，國內所制造的平衡閥中僅僅設置了1 道密封，即無開口聚四氟乙烯環，但是它可以在主閥芯與閥套之間產生過大的擠壓力，因此，當閥芯產生運動時會出現較大的摩擦力，甚至于很難用手將主閥芯安裝到閥套之中，因此必須采用相應的輔助設備。根據上文所進行的研究及裝配的實際狀況，這三種閥體中的主閥芯所形成的摩擦力，如表1 所示。

圖3 國產平衡閥結構示意圖

表1 三種閥體內主閥芯的摩擦力

2 平衡閥特性的理論研究和試驗測試

分別將這三種類型的閥進行分解與分析，其結果如表2 所示。

表2 主要技術參數表

2.1 先導增益特性

由于先導壓力所產生的改變將會對流量產生一定的影響，而該特性的作用就在于對這種影響進行有效的闡述。增益過小，先導壓力產生的波動較大，流量變化較小，則其具備較強的穩定性，反之，將不具備良好的穩定性。

閥芯所具有的行程大小將會對流量造成較大的影響，同時對于先導增益性，可以運用單位行程中所需要的先導壓力值來進行描述，詳見表3 所示。

表3 先導增益特性的實際理論計算情況表

平衡閥從開啟到輸出定流量流體所需要的先導壓力變化數值可以將閥所具有的先導增益性進行充分顯示。因此，增益將會隨著所需壓力的減小（增大）而減小（增大）。將試驗的流量設定為20 L/min，其結果見表4 所示。

表4 先導增益特性實際試驗情況表

通過對表3 和表4 進行比較分析發現，對于以上三種閥的先導增益性而言，其理論數值與試驗結果相一致。

2.2 開啟復位特性

這種特性是對平衡閥的質量進行檢測的一個關鍵指標，與油缸的安全性及保壓性、對液壓體系造成影響的實際壓力等存在較大的關系，該特性可以利用復位/開啟的壓力值來進行判斷，其數值越大，則表示該特性越好。

對該特性產生影響的因素主要有兩種，分別為移動摩擦力和彈簧所具有的預緊力。摩擦力的數值會隨著預緊力的增加而不斷降低。開啟復位所具有的比值也將會越高。

為了有利于對比分析，設定開啟壓力的數值為28 MPa，并依靠相關的數據來進行計算，下頁表5 所表示的為彈簧的預緊力。

通過對這三種閥所具有的開啟復位性進行試驗檢測，其結果如下頁表6 所示。

通過對該表進行分析，國內所制造的平衡閥配置的彈簧具備較大的預緊力，但是根據上頁表1 可知，當該閥芯具備較大的移動摩擦力時，其開啟復位性及動態響應性將不具備較好的數值。而表6 中的結果也充分證實了這一觀點，因此，對上述三種閥所具有的開啟復位性開展的理論研究與試驗檢測具備一致的結果。

表5 彈簧預緊力的情況表

表6 開啟復位特性實際試驗情況表

3 結論

1）德國制造的力士樂不存在有效的先導增益，但是具備較好的穩定性及平衡性，彈簧有著較大的預緊力，閥芯不具備較高的移動阻力，但具備較好的開啟復位性。

2）美國生產的升旭平衡閥因其主閥芯采取的密封形式為O 形圈，具備較強的摩擦力，可以將主閥芯出現的動態響應來進行客觀反映，與力士樂平衡閥相比，該平衡閥要具備更高的先導增益性，且具有較好的可靠性及平衡性，但是其不具備較好的開啟復位性。

3）國內生產的平衡閥具有較好的先導增益性，但不具備較強的穩定性及平衡性。啟動與復位較為困難，因此該性能較差。

由上述可知，對于掘進機所需要的平衡閥，建議其選擇具備先導增益性及啟動復位性的德國力士樂平衡閥，確保設備可以持續穩定地運行。