阀控偶合器高压先导外控型电液阀组动态性能试验研究毕业设计.doc

阀控偶合器高压先导外控型电液阀组动态性能试验研究- 8 -摘要：电液控制阀组是阀控充液型液力偶合器的关键元件之一，液力偶合器工作时，电液控制阀组应能够在极短时间内完成充液或换液过程，对先导式电液控制阀及主阀的动作响应时间和可靠性及稳定性有很高的要求，因此，有必要对阀控充液型液力偶合器电液控制阀组进行设计与性能研究，以确保液力偶合器可靠、安全运行。本文介绍了阀控偶合器在刮板输送机上的应用优势，阐述了阀控偶合器高压先导外控型电液阀组的组成与工作原理，并搭建试验平台，测试了电液控制阀组的电磁铁得电与失电响应时间以及主阀压力变化情况，并将采集到的数据进行图表化处理。关键词：流体传动与控制；液力偶合器；纯水；电液控制阀组；先导式电磁控制阀中图分类号：TH137.9Experimenta Study on Dynamic Characteristic in High-pressure Pilot External Controlled Electro-hydraulic Valve Group of Valve-controlled Fluid CouplingQI Houbao, ZHAO Jiyun, WANG Zhenxing(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology,Xuzhou,221008)Abstract: Electro-hydraulic control valve is one of the key components of valve-controlled fluid coupling, when the fluid coupling is working, electro-hydraulic control valve should be able to complete liquid filling or changing process in a very short time. it has great requirement for the pilot type electro-hydraulic control valve and the main valves movement response time and reliability and stability, so it is necessary to study its performance to ensure it reliable and safely working.。This paper introduces the application advantages about the valve-controlled fluid coupling on the scraper conveyor,.expounds its composition and working principle. And last built the test system of electro-hydraulic control valve, design the data acquisition system by using LabVIEW software. Experiment test the electro-hydraulic control valve solenoid s response time of the energized power and off ,and the pressure change of the main valve, and chart processing the collected data.Key words: Fluid power transmission and control; fluid coupling; pure water; electro-hydraulic control valve; pilot solenoid control valve0 引言刮板输送机是煤炭综合机械化开采的关键设备之一，在很大程度上影响了综采工作面的生产能力和生产效率。目前刮板输送机正朝着大型化、智能化、高可靠性及元部件标准化等方向发展1。装机功率和运输距离的增加必然导致刮板输送机的重载启动困难，因此刮板输送机配置“软启动”装置十分必要。采用“软启动”是大功率刮板机的必然趋势2。 “软启动”技术种类很多，双速电机驱动、阀控充液型液力偶合器、CST减速器、交流电机变频调速等在不同功率的输送机上得到应用3。双速电机驱动、变频调速和液粘传动等软启动技术在软启动性能、低速稳定性、过载保护和工作可靠性上都有各自的局限性，从工业技术和经济上考虑都不适合在大功率刮板输送机软启动中应用4，而阀控充液型液力偶合器以其软启动性能和低速运行稳定性好，传递功率大，有效过载保护及工作可靠性能好等优势，目前已在国内各大煤矿综采面刮板输送机上得到了应用，并起到了良好的效果5。阀控充液型液力偶合器与普通液力偶合器的传动原理相同，同为液力传动元件，但其结构与控制机理与通常的调速型液力偶合器截然不同。阀控充液型液力偶合器充液量按照运行要求可以随时调整，并可根据液力偶合器的工作温度及时更换工作液（水），达到可控调速和限制工作温度的目的6。阀控充液型液力偶合器工作时，其充、排液与调速功能都是通过电液控制阀组来实现的，电液控制阀组是偶合器的“心脏”，其静态性能和动态性能以及使用寿命等因素对偶合器有着重要的影响。电液控制阀组直接控制偶合器的充、排液及自循环过程，是阀控液力偶合器的关键元件之一，液力偶合器工作时，电液阀组应能够在较短时间内完成充液或换液等一系列过程，对电液控制阀组的动作响应时间和可靠性及稳定性有很高的要求。研究电液阀组的动态性能，是确保液力偶合器安全、可靠运行的重要手段。本文搭建试验平台，对电液阀组的动态性能进行研究。1 高压先导外控型电液阀组组成及工作原理阀控偶合器高压先导外控型电液控制阀组的系统原理如图1所示。图1中所示阀控液力偶合器高压先导外控型电液控制阀组由充液阀1.1、循环1.2和排液阀1.3以及先导式电磁控制阀2.1、2.2组成，其中，充液阀1.1、循环1.2和排液阀1.3为主阀，与先导式电磁控制阀2.1和2.2通过控制连接板集成在一个阀块上。先导阀2.1控制充液阀1.1的开启与关闭，先导阀2.2控制循环阀1.2和排液阀1.3的开启与关闭，循环阀1.2和排液阀1.3在先导式电磁控制阀2.2的控制下只有一个能同时打开。1.1 充液阀；1.2 循环阀；1.3 排液阀；2.1、2.2 先导式电磁控制阀3 阀控充液型液力偶合器图1 阀控偶合器电液控制阀组原理图Fig.1 Schematic of valve-controlled coupling electro-hydraulic control valve group该电液控制阀组具有以下一些优点：（1） 充液阀阀芯打开后，水由此进入偶合器工作腔，通过充液阀的控制，建立平稳加速力矩，启动刮板输送机并提供限矩保护，启动平稳，冲击小，同时可以实现多机驱动时的顺序启动，避开了启动电流的叠加，降低对电网冲击，保护刮板机电器元件。（2） 排液时，通过打开排液阀将箱体内残余的水排出，电动机带着几乎排空工作介质的液力偶合器空载运行。对电机无特殊要求，较小的电网冲击，多机顺序启动，并可长时间空车运转，减小开机频率，节省大量电能，延长电机使用寿命。（3） 当偶合器工作中发热过大时，通过安装在偶合器内的温度传感器及压力开关的监测作用，循环阀阀芯打开，对偶合器进行冷却换水，控制偶合器内水的温度，避免水温过高，减少水介质的泄漏，起到保护偶合器及其它元器件的作用，同时实现多次连续启动而没有任何热容量问题。（4） 通过组合阀块，水可以在控制系统中进行闭路循环，最大限度的减小了耗水量，节省了水资源。（5） 单独控制源，先导式电磁控制阀直接采用井下高压乳化液，取用方便。2 高压先导外控型电液阀组试验平台的搭建搭建试验平台对电液阀组进行试验研究，采用高压乳化液泵为先导式电磁控制阀提供压力，控制主阀的各动作，研究阀组充液阀的启闭特性与响应时间，以及阀组循环功能与排液功能的联动与转换。主阀的工作介质由清水泵提供。为了便于对先导阀试验进行数据采集处理，本文基于LabVIEW设计了数据采集试验系统，数据采集程序如图2、图3所示。图2 数据采集程序前面板Fig.2 Front panel of data acquisition图3 模拟量采集程序Fig.3 Acquisition program of analog signal3 试验结果分析试验分为两部分：充液阀性能试验、排液阀与循环阀性能试验。给定试验条件：高压乳化液泵给定压力：10MPa；先导阀给定电压：12VDC；电液阀组给定压力：0.65MPa。通过数据采集环节，将试验系统中电液阀组的入口压力与先导式电磁控制阀电磁铁的电压值采集，并进行图表化处理，分析阀组的动态响应性。响应性主要指从电磁铁到完全打开（关闭）所需要的时间。该试验主要通过接通或切断电磁铁的控制电压，测试电磁阀进口压力的变化，以此作为电磁阀响应的依据。开启时间为电磁阀电压接通后至被试阀压力稳定的90%的时间间隔。3.1 充液阀性能试验充液阀开启和关闭所得出的相关参量曲线图如图4和图5所示。图4 充液阀开启响应曲线Fig.4 Response curve of filling valves open图4是给定先导阀电压信号，先导阀电磁铁得电，主阀阀芯在先导阀高压的作用下开启的压力响应曲线。其中，曲线1代表充液阀入口压力的变化情况；曲线2代表先导阀电压的变化情况。从曲线2可以看出，在53ms时，电磁铁得电，在125ms时达到峰值，最大值约为13V，历经时间为ms，这是由于电磁铁线圈电感的反抗作用，电压的升高受一定的阻碍。由曲线2所表示的充液阀入口压力可以看出，在155ms时入口压力开始下降，在211ms时下降到初始入口压力的10%，可以以此作为阀组开启的响应终止时间。通过以上可以看出，电液控制阀组的开启响应时间为ms，开启响应快，满足偶合器的工况要求。 图5是撤销先导阀电压信号，先导阀电磁铁失电，主阀阀芯在复位弹簧复位力与液动力的合力作用下将阀芯关闭过程的压力响应曲线。其中，曲线1代表充液阀入口压力的变化情况；曲线2代表先导阀电压的变化情况。从曲线2可以看出，在124ms时，PLC截断电磁铁电压信号，在178ms时降到最低，最大值约为0.04V，历经时间为，这是由于电磁铁线圈具有一定的感抗，从而在闭路中产生感应电动势，电压的降低受一定的阻碍。图5 充液阀关闭响应曲线Fig.5 Response curve of filling valves close由曲线2所表示的充液阀入口压力可以看出，在572ms时入口压力开始回升，在1054ms时升高到给定入口压力的90%，可以以此作为阀组关闭的响应终止时间。通过以上可以看出，电液控制阀组的关闭响应时间为ms。3.2 排液阀与循环阀性能试验排液阀与循环阀具有相同的入口，因此入口压力相同，只需测量一个压力两即可。排液阀阀芯为常开形式，循环阀阀芯常闭，它们组成联动形式，当循环阀打开时，排液阀关闭；反之依然。图6表示循环阀开启和关闭时所得出的相关参量曲线图。图6 排液阀响应曲线Fig.6 Response curve of drain valve初始状态为先导式电磁控制阀得电，此时循环阀阀芯在高压作用下保持开启，排液阀阀芯为关闭状态，阀组通过循环阀将温度较高的水输运到冷却器中，并重新流回偶合器对偶合器进行供液。在500ms时，通过PLC截断电磁阀的电压信号，先导阀迅速转为非高压工作状态，经过一定的延迟，循环阀在复位弹簧及液动力的作用下关闭，排液阀在液动力作用下打开，在1618ms时达到稳定状态，此时偶合器中的水经过排液阀排出，为排液状态。由图6可以看出，阀组的由循环供液状态转换到排液状态所需要的时间为ms，约为1.1ms。在3097ms时对先导阀电磁铁提供电压，此时先导阀为高压工作状态，经过短暂的延迟，循环阀在高压的作用下开启，排液阀被关闭，此时为偶合器的循环工作状态。在3322ms时达到稳定状态。可以看出，阀组由排液状态转入到循环状态所需要的时间为ms，响应较为迅速。4 结论本文介绍了刮板输送机的发展以及阀控偶合器在刮板输送机上的应用优势，阐述了阀控偶合器高压先导外控型电液阀组的组成与工作原理，并搭建试验平台，分别对电液阀组充液阀、排液阀与循环阀的动态性能进行试验研究，对试验所采集到的数据进行分析。试验表明，阀控偶合器高压先导外控型电液阀组充液阀启闭特性好，阀组排液与循环状态的转换响应较为迅速，适用于阀控偶合器的工作环境。参考文献 (References)1 于学谦.矿山运输机械M.徐州：中国矿业大学出版社，1998.2 方佳雨，张国柱.软启动及其在刮板输送机上的应用J.煤炭科学技术，1993（7）：46-63.3 张以都.国内外重载机械设备软启动技术的研究J.煤炭科学技术，2001,29（9）：23-27.4 陆文程，赵继云等.大功率刮板输送机软启动技术分析J.煤炭科学技术，2009,10（10）：68-79.5 刘应城.杨乃乔.液力偶合器应用与节能技术M.北京：化学工业出版社，2006.6 韩纪志.用于放顶煤后部刮板机的阀控充液型液力偶合器J.煤炭工程，2006（6）：89-91. 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀