液压支架用阀综合试验台的研制

时间：2024-08-31

靳建

（中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原 030006）

0 引言

液压支架用阀类产品是液压支架的关键控制元件，其工作性能的好坏直接影响到液压支架的支撑能力和采煤工作面的安全性。因此，液压阀成为液压支架大修的重点检修对象。要保证液压阀的检修质量，就必须有可靠的检验检测手段。

本试验台针对液压支架主要用阀——安全阀、截止阀、液控单向阀及换向阀的各项性能进行试验。在综合MT419－1995《液压支架用阀》规定的试验回路基础上，设计出适合本试验台要求的液压回路。

1 试验台液压系统

如图1 所示，试验台液压系统由液压源、试验系统、被试液压件3部分组成。液压源部分主要由油泵、低压乳化液泵、压力控制系统和增压回路组成，油泵出口压力由阀6调定，然后液压油通过增压缸进行10倍增压，最大压力可达60MPa。乳化液泵站输出压力由阀14调定，其为被试阀提供压力进行低压密封试验，并为被试换向阀进行换向功能试验。试验系统由压力传感器、稳压罐、单向阀、截止阀、换向阀、压力表及4个压力出口（A、B、P、T）等组成。被试液压件可以是安全阀、截止阀、液控单向阀及换向阀，它们的进、出液口分别与试验系统的A、B、P、T口相连。

2 关键元件的设计与选用

2.1 低压乳化液泵的选取

低压乳化液泵站为被试阀提供压力进行低压密封试验，并为被试换向阀进行换向功能试验。泵站的具体参数为：最高压力6MPa，额定流量15L／min。泵站出口压力由系统溢流阀调定，选配电机额定功率为1.6kW。

2.2 控制系统油泵的选取

油泵是压力控制系统的液压源，液压油通过增压缸进行10倍增压，最大压力可达60MPa。油泵的具体参数为：最高压力6MPa，额定流量15L／min。油泵出口压力由系统溢流阀调定，选配电机额定功率为2.2kW。

图1 试验台液压原理图

2.3 管路的设计计算

鉴于试验台是在超高压条件下运行，为保证液压系统的安全，液压管路采用由冷拔无缝钢管制作的集成管路，以减少管路压力损失，提高安全性。

钢管的通径dT（mm）由下式确定：

其中：Q为通过钢管的液体流量，m3／s；v为钢管中液体流速，m／s，吸油管路流速为1.5m／s≤v≤5m／s，压力油管路流速为2.5m／s≤v≤5m／s。

钢管的壁厚δ（mm）由下式确定：

其中：pG为钢管承受压力，MPa；［σ］为钢管材料的许用应力，MPa，［σ］＝σb／n，σb为抗拉强度，n为安全系数。

由式（1）、式（2）可计算出连接管路的主要尺寸。

2.4 增压缸设计

增压缸常用于超高压场合，它可以使液压系统在没有高压油源的情况下获得高压。增压缸工作原理如图2 所示，大腔的输入压力为p，利用活塞和活塞杆的面积差，在两侧小腔输出高压p′，两者之间的压力关系如下：

其中：D为增压缸缸筒内径；d为增压缸活塞杆直径。

通过电磁换向阀的不断换向，由4个单向阀控制，增压缸就能连续地输出高压液体。

本试验台液压测试系统对流量没有具体的要求，且本文设计为连续型增压缸，增压缸的容量不需要设计得很大。试验台液压测试系统所需最高压力为60 MPa，控制系统油泵最高压力可达6MPa，故本文所设计的增压缸的增压比需10∶1。增压缸缸筒材料选用27SiMn，按照厚壁缸进行设计，根据材料力学第二强度理论计算增压缸的壁厚：

其中：［σ］为缸筒材料的许用应力，［σ］＝，n为安全系数，σbz为缸筒材料的抗拉强度，σbz≈850N／mm2。

选定增压缸缸筒内径D，通过式（3）计算得到活塞杆直径d；取p＝60MPa，nz＝5，σbz≈850N／mm2，将数值代入式（4）计算得到增压缸活塞杆腔缸筒壁厚。