馬強(qiáng),趙越,徐堯
(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院,北京100083;2.煤炭科學(xué)研究總院檢測(cè)研究分院,北京100013;3.煤炭資源開采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100013)
近年來,隨著煤礦綜采設(shè)備的快速發(fā)展,液壓支架的工作阻力越來越高,而液壓支架立柱作為液壓支架的主要承載部件,不僅是液壓支架的執(zhí)行元件,而且還要承受煤礦頂板來壓的所有載荷。因此,其性能的好壞直接影響到了液壓支架的可靠性,甚至?xí)<懊旱V工作人員的生命安全。因此,相應(yīng)的檢測(cè)手段要不斷地進(jìn)行更新,以保證各項(xiàng)性能均達(dá)到要求后方可投入使用。
隨著新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 25974.2-2010《煤礦用液壓支架:第2部分:立柱和千斤頂技術(shù)條件》的頒布,試驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)生一定的變化,試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)?zāi)芰o法滿足要求,針對(duì)這種情況,對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造已是勢(shì)在必行。新設(shè)計(jì)的液壓支架立柱綜合試驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行新國(guó)標(biāo)中的所有型式試驗(yàn)項(xiàng)目;試驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)控制;所有數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)通過高精度傳感器采集;實(shí)時(shí)繪制曲線、編制檢測(cè)報(bào)告。
該試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)依據(jù)GB 25974.2-2010《煤礦用液壓支架:第2部分:立柱和千斤頂技術(shù)條件》的要求。
空載行程試驗(yàn)、啟動(dòng)壓力試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、讓壓性能試驗(yàn)、過載性能試驗(yàn)、耐久性能試驗(yàn)、外伸限位試驗(yàn)及功能試驗(yàn)。
(1)油泵壓力 0 ~ 31.5 MPa,流量 3.7 L/min、63 L/min;
(2)乳化液泵壓力0~31.5 MPa,流量400 L/min;
(3)被試件工作介質(zhì):乳化液 (5%油,95%水);
(4)工作用液選用0.125 mm精度的過濾系統(tǒng);
(5)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)壓力為0~100 MPa;
(6)加載速度≥2 mm/min。
按照新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,試驗(yàn)過程中應(yīng)測(cè)出相應(yīng)的壓力值并繪制曲線,同時(shí)對(duì)加載環(huán)境也做出了相應(yīng)的規(guī)定。系統(tǒng)改造之前,部分試驗(yàn)過程仍需要人工直讀壓力表進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,有一定誤差且效率低;原系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的超低速慢加載的要求。
液壓系統(tǒng)由外加載油系和內(nèi)加載乳化液系統(tǒng)組成,其主要是為了能夠滿足液壓缸試驗(yàn)過程中的所有項(xiàng)目要求。
(1)外加載系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)基本加載原理如圖1所示。加載系統(tǒng)主要由一臺(tái)油泵、加載油缸、高精度伺服比例閥 (小流量及大流量)、電控?fù)Q向閥和比例溢流閥組成。系統(tǒng)工作時(shí),油泵啟動(dòng)為系統(tǒng)提供動(dòng)力及工作液,系統(tǒng)壓力由泵出口處的比例溢流閥調(diào)節(jié),工作液通過電控?fù)Q向閥,經(jīng)過高精度伺服比例閥進(jìn)行流量控制,從而控制加載速度,作用于加載油缸,油缸克服摩擦力及被試件初撐力向前移動(dòng),實(shí)現(xiàn)加載過程。
圖1 外加載液壓系統(tǒng)
根據(jù)新國(guó)標(biāo)的要求,系統(tǒng)在不同的試驗(yàn)項(xiàng)目中需要提供不同的加載速度,即快速加載及慢速加載。其工作原理如下:系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速加載時(shí),電液控?fù)Q向閥1得電,電液控?fù)Q向閥2失電,液壓油經(jīng)過伺服比例閥1進(jìn)入液壓缸,控制伺服比例閥1的流量,實(shí)現(xiàn)快速加載的控制;當(dāng)需要進(jìn)行慢速加載時(shí),電液控?fù)Q向閥1失電,電液控?fù)Q向閥2得電,液壓油經(jīng)過伺服比例閥2進(jìn)入液壓缸,通過對(duì)伺服比例閥2進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)來控制進(jìn)入加載缸的流量,從而實(shí)現(xiàn)低速慢加載的試驗(yàn)過程。
(2)內(nèi)加載系統(tǒng)。其主要作用一是在外加載過程中為被試件充液;二是完成新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中增加的內(nèi)加載試驗(yàn)項(xiàng)目。其液壓系統(tǒng)基本加載原理如圖2所示。系統(tǒng)由一臺(tái)乳化液泵、增壓器、控制閥等組成。試驗(yàn)過程中其基本動(dòng)作流程為:初撐—充液—增壓—卸荷,具體過程為:乳化液泵開啟后,DF1動(dòng)作,被試件初撐并達(dá)到一定的初撐力;DF2動(dòng)作,為增壓器及被試件充液;DF3動(dòng)作,增壓器為被試件加載;DF4動(dòng)作,為被試件卸載。該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)調(diào)用程序,依次完成上述循環(huán)動(dòng)作。
圖2 內(nèi)加載液壓系統(tǒng)
液壓支架立柱試驗(yàn)臺(tái)的所有電氣控制組件均安裝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的電氣控制柜內(nèi),控制柜中主要包括泵站系統(tǒng)電機(jī)的啟、停控制、泵站壓力卸荷控制、各電磁閥手動(dòng)控制、壓力及位移等數(shù)顯表以及其他相關(guān)的輔助指示裝置。系統(tǒng)試驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,實(shí)時(shí)采集、顯示及保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),系統(tǒng)顯示直觀,操作簡(jiǎn)便。
各種試驗(yàn)項(xiàng)目均已編寫入程序之中,檢驗(yàn)人員可以根據(jù)所需進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目,選擇不同的參數(shù)設(shè)置界面,并輸入相對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)。設(shè)置完成后,可分別進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作。具體原理如圖3所示。
圖3 控制系統(tǒng)原理
試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)采用VB語言開發(fā),測(cè)控軟件實(shí)現(xiàn)功能,即數(shù)據(jù)控制及采集、人機(jī)交互界面和數(shù)據(jù)庫三大部分組成,其軟件流程圖如圖4。實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡的通信和控制功能。
圖4 軟件流程圖
部分程序的運(yùn)行界面如圖5—7所示。
圖5 系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試程序運(yùn)行界面
圖6 外伸限位試驗(yàn)運(yùn)行界面
圖7 讓壓試驗(yàn)運(yùn)行界面
(1)在原有試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造,使之滿足新國(guó)標(biāo)的綜合性實(shí)驗(yàn)要求;(2)采用兩個(gè)不同額定流量的伺服比例閥并聯(lián)的方式,結(jié)合切換調(diào)節(jié)控制,滿足流量大小的調(diào)節(jié)要求,從而實(shí)現(xiàn)快速或慢速加載;(3)采用壓力變送器及位移傳感器,結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)、控制技術(shù),記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)進(jìn)行壓力及速度反饋,保證了試驗(yàn)系統(tǒng)的高精度;(4)計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面信息全面、功能齊全,測(cè)試系統(tǒng)界面數(shù)據(jù)及曲線等參數(shù)顯示清晰明確,測(cè)試結(jié)果查詢簡(jiǎn)單、快捷。
上述主要介紹了液壓支架立柱試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),其按照新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了改進(jìn)。隨著煤礦對(duì)液壓支架高工作阻力、大采高的要求,所配套的立柱及千斤頂必須隨之發(fā)展,因此對(duì)立柱檢測(cè)設(shè)備的要求也隨之提高。為使檢測(cè)技術(shù)適應(yīng)液壓支架立柱技術(shù)的發(fā)展,不斷改進(jìn)液壓支架立柱的檢測(cè)手段、提高檢測(cè)設(shè)備的性能,對(duì)液壓支架立柱的發(fā)展有著積極的意義。
【1】國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 25974.2-2010煤礦用液壓支架:第2部分:立柱和千斤頂技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.
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