液壓換向閥機械部分設計探討

李改華

（乾日安全科技(北京)有限公司，北京 101100）

煤炭供煤炭工業作為我國經濟的基礎產業之一，占據了國民經濟當中的重大比重，我國的化石能源儲量中，煤炭高達90%以上，成為我國的主要應用能源。在煤礦的開采和開發使用中，由于其生產條件相對復雜、環境惡劣，因此，對于生產工具的質量有更高的技術性以及質量性要求。實現煤炭工業高校集約化生產，能夠為我國的國民經濟發展起到非常重要的推動作用。

在計算機技術以及自動化技術迅速發展的當下，液壓電壓控制在煤炭行業的開發和生產中得到了良好的使用，為更高效安全地利用煤礦資源提供了可能性。電壓控制技術是自動化變革的一大重要標志，液壓電系統作為集約化生產的最重要技術設備之一，是21 世紀煤礦行業的重要高新技術，其核心是用計算機程序發送電子信號代替手工操作來控制換向閥。通過傳感器對于其他部件工作狀態的信號傳輸，以及計算機分析之后對換向閥發出控制信號指令，進而實現整體控制工作。在這樣的電液控制系統中，換向閥是主要執行元件。由于液壓換向閥有高密度、高精度、結構復雜等的技術壁壘，以及其工作環境較為嚴酷，對于技術和質量的要求更上一層樓。目前，現存國內生產液壓換向閥，在使用的過程中，經常出現動作不靈活、使用壽命短、閥芯別卡等一系列問題。

1 分模塊設計

為了提高液壓換向閥的實際可用新，本文將整體液壓系統分為幾個部分進行調試。

1.1 被試閥

液壓換向閥主要有先導閥和主閥兩部分組成可以將液壓換向閥等效視為由三位四通的電磁先導閥控制的三位四通閥。測試的主要目的是能夠進行出液口的壓力測試，需要出液口能夠及時對先導閥的通斷電情況進行反映，因此，加裝了輔助連接板，將主閥與先導閥通過連接板相連接。等效原理圖，見圖1。

1.2 液壓源

液壓源的主要作用在標準要求中是為換向閥提供被試閥的公稱壓力以及流量，通過大流量的液泉配備來保證結果穩定有效，但是，不同的實驗項目由于目的不同，對于性能的側重點也有所不同。綜采中常用的乳化液工程壓力為315MPa，流量為400 升每分鐘，而在此次實驗中，乳化液泉的配備采用液壓源的流量提供要求并不高，因此，適宜采用小流量泵進行供液工作。

圖1

1.3 增壓

低壓的乳化液不能滿足設計實驗的要求，因此，需要增加模塊為液壓的壓力進行較大提升和壓力保障。增壓模塊的主要回路是利用高壓油泵、雙向增壓缸等相關零部件組成，進行循環驅動雙向增壓缸工作，將液壓保持在油泵壓力的6倍及其以上水平。

1.4 實驗

為了滿足對液壓換向閥的高性能測試，完成液壓換向閥智能實驗設備機械化設計，需要對液壓換向閥的各項性能進行有效測定的同時，進行計算機測控系統需要對實驗數據進行采集分析。因此，此次設計實驗的液壓系統不僅需要符合行業標準，同時，需要完成計算機測試的實驗對接條件，并聯傳感器以及機械儀表進行流量信號采集，將電磁閥作為液壓回路的控制元件，得出以下的液壓系統原理圖，見圖2。

2 液壓缸

本機械設計部分的液壓系統具有高壓以及大流量的顯著特征，因此，液壓缸需要有高于一般水平的性能，增壓缸的設計需要單獨來完成。

2.1 雙向增壓缸

液壓換向閥的高密封試驗，對于整體系統的供液壓力要求相對較高，相對于一般的壽命試驗和密封試驗，本次實驗的要求達到了47.25MPa 和31.5MPa。由于用來供應的液源乳化液額定壓力較小，無法滿足實驗要求，因此，通過高壓油和連續雙向增壓實現對整體系統的增壓。增壓缸的設計是通過三位四通電磁換向閥控制進入油缸大腔，承受更大的壓力面積，油壓推動活塞運動在液壓缸內一側進行，使得該側小腔的體積迅速增大，液體因為壓力差被直擊吸入備用，借由電磁閥的控制增壓將活塞在缸內的運動來回循環進行，進而實現對高壓乳化的連續輸出。

圖2

2.2 雙作用指示缸

雙作用指示缸是在液壓換向閥的性能測試中，包括換向以及控制力測定等，進行換向閥動作指示，實際上，在整個過程中并不做功，因此，考慮到成本因素本次設計采用的是尺寸較小的活塞桿。采用干燥連接法進行指示缸的兩端蓋之間的連接，增強液壓缸高度強度高壓工作下的安全性以及可操作性。雙作用指示缸內部全部采用密封形式，兩端安裝防塵圈，活塞用導向環來與缸筒之間進行連接，以快速接頭實現回進液體。

3 驗證與調試

完成電液換向閥的系統搭建后，進行部分項目測試，需要對系統功能進行驗證。

在換向性能和壓力測定的實驗中，為了保證實驗結果的可靠性和可行性，采取了手動實驗以及自動實驗兩種方式。手動實驗是通過點擊壓力開關按鈕，并且記錄換向閥的壓力值，與額定值進行允許誤差范圍內的合理比較，如果沒有超過誤差范圍則為合格。同時，用同樣的方法進行ab 兩個位置的壓力測試，重復上述操作后，進行壓力口的靈敏度觀察。自動實驗只要在試驗的界面按照手動試驗方法，點擊自動試驗，由系統自身進行性能測試和壓力測試。不同的是，供液路徑在手動實驗中為二路，而在自動實驗中為一路。

由于元器件安裝問題及部分實際條件限制，無法進行全面的項目測試，但是，通過對系統軟硬件的整體信號采集處理以及電子信號分析，通過實驗臺能夠驗證相同工作原理下的系統功能是有效并且可行的。與此同時，在對換向閥的換向性能以及密封性和壓力方面進行小流量測驗以后，發現液壓換向閥的實驗結果與相應試劑參數保持一致，該性能符合相關要求。在達到一定的精度下，仍然能夠保持較好的抗干擾能力。相關員期間能夠在控制按鈕的點擊后，及時做出正確響應。需要注意的是測試壓力時的波動需要采取措施進行回路脈動干擾的減少。

4 結語

液壓支架的電液控制系統是綜采工作方面最為集約化生產的重要代表，也是綜采工作當中重要的技術設備。

液壓換向閥作為整個系統的核心控制元件和組件，其工作性能能夠對整體電液控制系統產生較大的影響。本文通過模塊化的設計以及實驗驗證等環節，進行了機械部分的內容設計實驗，在該系統中，手動溢流閥控制工作壓力，手動節流閥控制流量，在各項實驗之前，需要調整壓力與流量到合適的水平。在部分實驗中，需要不停手動操作，變換流量的大小，進行實驗的干擾。

同時，這一環節也是自動化程度受制約部分。電液溢流閥，一些流量閥能夠代替手動的溢流閥和節流閥，進而實現測控系統的自動化。本次機械部分的實驗設計值對于電液控制系統的部分功能進行驗證，由于實驗要求較高，系統較為復雜，實驗要求較為嚴謹，實際工作中的性能能否被較好地滿足需要，是實際投入使用的過程中進行完善的過程。