王海亮

（潞安集團(tuán)李村煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046600）

引言

平衡閥大多被配置在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)液壓系統(tǒng)的油缸回路之中，其主要發(fā)揮安全保護(hù)、維持負(fù)載等作用。平衡閥所配置的油缸主要有回轉(zhuǎn)、升降、伸縮等幾個(gè)類(lèi)型，其中升降與回轉(zhuǎn)兩個(gè)油缸可以對(duì)截割部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。在煤巖截割的過(guò)程中，這兩個(gè)油缸會(huì)因交變沖擊的荷載力而受到?jīng)_擊，進(jìn)而使平衡閥受到極大的損壞。以上這些問(wèn)題都與平衡閥所具有的性能存在一定的關(guān)系，但是平衡閥的生產(chǎn)商并沒(méi)有提供具體的特性參數(shù)[1]，應(yīng)當(dāng)針對(duì)掘進(jìn)機(jī)最常應(yīng)用的三類(lèi)平衡閥進(jìn)行對(duì)比分析，即德國(guó)的力士樂(lè)、美國(guó)的升旭和國(guó)產(chǎn)的。本文通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)對(duì)比、理論研究及試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)平衡閥所具備的先導(dǎo)增益性及開(kāi)啟復(fù)位性進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比研究，為選擇出最佳的平衡閥提供可靠依據(jù)。

1 平衡閥的結(jié)構(gòu)

選擇最常使用的3 種平衡閥：德國(guó)力士樂(lè)的平衡閥VBSN-12A、美國(guó)升旭的平衡閥CBEG-LJN、國(guó)產(chǎn)的平衡閥，其構(gòu)造示意圖分別為圖1—圖3。根據(jù)這些構(gòu)造圖可以充分掌握各個(gè)類(lèi)型閥的特征，特別要重視主閥芯的構(gòu)造及密封的形式[2]。這是因?yàn)橹鏖y芯所形成的移動(dòng)摩擦力將會(huì)受到密封形式的影響，而移動(dòng)摩擦力與閥芯作出的動(dòng)作響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，平衡閥會(huì)因摩擦力的不同而產(chǎn)生不同的開(kāi)啟復(fù)位特征。

圖1 VBSN-12A 的構(gòu)造示意圖

圖2 美國(guó)升旭平衡閥CBEG-LJN 結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1—圖3 可知，力士樂(lè)內(nèi)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(kāi)口聚四氟乙烯環(huán)，分別為1 和2 道，但2 道所產(chǎn)生的移動(dòng)摩擦力基本為零，1 道的移動(dòng)也未形成較大的阻力，因此這類(lèi)平衡閥的主閥不具備較大的摩擦阻力，升旭內(nèi)部所配置的主閥芯主要有兩道密封，其主要為開(kāi)口聚四氟乙烯環(huán)和O 形圈，均為1 道。由于O 形圈存在嚴(yán)重的摩擦力[3]，閥芯也出現(xiàn)了過(guò)大的移動(dòng)阻力，國(guó)內(nèi)所制造的平衡閥中僅僅設(shè)置了1 道密封，即無(wú)開(kāi)口聚四氟乙烯環(huán)，但是它可以在主閥芯與閥套之間產(chǎn)生過(guò)大的擠壓力，因此，當(dāng)閥芯產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)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(yīng)的輔助設(shè)備。根據(jù)上文所進(jìn)行的研究及裝配的實(shí)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(guó)產(chǎn)平衡閥結(jié)構(gòu)示意圖

表1 三種閥體內(nèi)主閥芯的摩擦力

2 平衡閥特性的理論研究和試驗(yàn)測(cè)試

分別將這三種類(lèi)型的閥進(jìn)行分解與分析，其結(jié)果如表2 所示。

表2 主要技術(shù)參數(shù)表

2.1 先導(dǎo)增益特性

由于先導(dǎo)壓力所產(chǎn)生的改變將會(huì)對(duì)流量產(chǎn)生一定的影響，而該特性的作用就在于對(duì)這種影響進(jìn)行有效的闡述。增益過(guò)小，先導(dǎo)壓力產(chǎn)生的波動(dòng)較大，流量變化較小，則其具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，反之，將不具備良好的穩(wěn)定性。

閥芯所具有的行程大小將會(huì)對(duì)流量造成較大的影響，同時(shí)對(duì)于先導(dǎo)增益性，可以運(yùn)用單位行程中所需要的先導(dǎo)壓力值來(lái)進(jìn)行描述，詳見(jiàn)表3 所示。

表3 先導(dǎo)增益特性的實(shí)際理論計(jì)算情況表

平衡閥從開(kāi)啟到輸出定流量流體所需要的先導(dǎo)壓力變化數(shù)值可以將閥所具有的先導(dǎo)增益性進(jìn)行充分顯示。因此，增益將會(huì)隨著所需壓力的減?。ㄔ龃螅┒鴾p?。ㄔ龃螅?。將試驗(yàn)的流量設(shè)定為20 L/min，其結(jié)果見(jiàn)表4 所示。

表4 先導(dǎo)增益特性實(shí)際試驗(yàn)情況表

通過(guò)對(duì)表3 和表4 進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于以上三種閥的先導(dǎo)增益性而言，其理論數(shù)值與試驗(yàn)結(jié)果相一致。

2.2 開(kāi)啟復(fù)位特性

這種特性是對(duì)平衡閥的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，與油缸的安全性及保壓性、對(duì)液壓體系造成影響的實(shí)際壓力等存在較大的關(guān)系，該特性可以利用復(fù)位/開(kāi)啟的壓力值來(lái)進(jìn)行判斷，其數(shù)值越大，則表示該特性越好。

對(duì)該特性產(chǎn)生影響的因素主要有兩種，分別為移動(dòng)摩擦力和彈簧所具有的預(yù)緊力。摩擦力的數(shù)值會(huì)隨著預(yù)緊力的增加而不斷降低。開(kāi)啟復(fù)位所具有的比值也將會(huì)越高。

為了有利于對(duì)比分析，設(shè)定開(kāi)啟壓力的數(shù)值為28 MPa，并依靠相關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，下頁(yè)表5 所表示的為彈簧的預(yù)緊力。

通過(guò)對(duì)這三種閥所具有的開(kāi)啟復(fù)位性進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，其結(jié)果如下頁(yè)表6 所示。

通過(guò)對(duì)該表進(jìn)行分析，國(guó)內(nèi)所制造的平衡閥配置的彈簧具備較大的預(yù)緊力，但是根據(jù)上頁(yè)表1 可知，當(dāng)該閥芯具備較大的移動(dòng)摩擦力時(shí)，其開(kāi)啟復(fù)位性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性將不具備較好的數(shù)值。而表6 中的結(jié)果也充分證實(shí)了這一觀點(diǎn)，因此，對(duì)上述三種閥所具有的開(kāi)啟復(fù)位性開(kāi)展的理論研究與試驗(yàn)檢測(cè)具備一致的結(jié)果。

表5 彈簧預(yù)緊力的情況表

表6 開(kāi)啟復(fù)位特性實(shí)際試驗(yàn)情況表

3 結(jié)論

1）德國(guó)制造的力士樂(lè)不存在有效的先導(dǎo)增益，但是具備較好的穩(wěn)定性及平衡性，彈簧有著較大的預(yù)緊力，閥芯不具備較高的移動(dòng)阻力，但具備較好的開(kāi)啟復(fù)位性。

2）美國(guó)生產(chǎn)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(qiáng)的摩擦力，可以將主閥芯出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)進(jìn)行客觀反映，與力士樂(lè)平衡閥相比，該平衡閥要具備更高的先導(dǎo)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(kāi)啟復(fù)位性。

3）國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的平衡閥具有較好的先導(dǎo)增益性，但不具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性及平衡性。啟動(dòng)與復(fù)位較為困難，因此該性能較差。

由上述可知，對(duì)于掘進(jìn)機(jī)所需要的平衡閥，建議其選擇具備先導(dǎo)增益性及啟動(dòng)復(fù)位性的德國(guó)力士樂(lè)平衡閥，確保設(shè)備可以持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。