液压换向阀机械部分设计分析

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摘要：电液压换向阀作为液压控制系统中的主要控制部件，它的性能直接对整体工作的安全以及效率产生重大影响。本文通过研究相关行业对于液压换向阀的工作标准要求，结合实际工作需要制定了换向阀机械部分设计的整体方案。通过模块化的设计思想，利用虚拟仪器测控软件实现数据的输入、处理、储存以及输出，同时，对于所设计的机械部分实验进行实验验证。

关键词：换向阀；机械；设计

煤炭供煤炭工业作为我国经济的基础产业之一，占据了国民经济当中的重大比重，我国的化石能源储量中，煤炭高达90%以上，成为我国的主要应用能源。在煤矿的开采和开发使用中，由于其生产条件相对复杂、环境恶劣，因此，对于生产工具的质量有更高的技术性以及质量性要求。实现煤炭工业高校集约化生产，能够为我国的国民经济发展起到非常重要的推动作用。在计算机技术以及自动化技术迅速发展的当下，液压电压控制在煤炭行业的开发和生产中得到了良好的使用，为更高效安全地利用煤矿资源提供了可能性。电压控制技术是自动化变革的一大重要标志，液压电系统作为集约化生产的最重要技术设备之一，是21世纪煤矿行业的重要高新技术，其核心是用计算机程序发送电子信号代替手工操作来控制换向阀。通过传感器对于其他部件工作状态的信号传输，以及计算机分析之后对换向阀发出控制信号指令，进而实现整体控制工作。在这样的电液控制系统中，换向阀是主要执行元件。由于液压换向阀有高密度、高精度、结构复杂等的技术壁垒，以及其工作环境较为严酷，对于技术和质量的要求更上一层楼。目前，现存国内生产液压换向阀，在使用的过程中，经常出现动作不灵活、使用寿命短、阀芯别卡等一系列问题。

1分模块设计

为了提高液压换向阀的实际可用新，本文将整体液压系统分为几个部分进行调试。1.1被试阀。液压换向阀主要有先导阀和主阀两部分组成可以将液压换向阀等效视为由三位四通的电磁先导阀控制的三位四通阀。测试的主要目的是能够进行出液口的压力测试，需要出液口能够及时对先导阀的通断电情况进行反映，因此，加装了辅助连接板，将主阀与先导阀通过连接板相连接。等效原理图，见图1。1.2液压源。液压源的主要作用在标准要求中是为换向阀提供被试阀的公称压力以及流量，通过大流量的液泉配备来保证结果稳定有效，但是，不同的实验项目由于目的不同，对于性能的侧重点也有所不同。综采中常用的乳化液工程压力为315MPa，流量为400升每分钟，而在此次实验中，乳化液泉的配备采用液压源的流量提供要求并不高，因此，适宜采用小流量泵进行供液工作。1.3增压。低压的乳化液不能满足设计实验的要求，因此，需要增加模块为液压的压力进行较大提升和压力保障。增压模块的主要回路是利用高压油泵、双向增压缸等相关零部件组成，进行循环驱动双向增压缸工作，将液压保持在油泵压力的6倍及其以上水平。1.4实验。为了满足对液压换向阀的高性能测试，完成液压换向阀智能实验设备机械化设计，需要对液压换向阀的各项性能进行有效测定的同时，进行计算机测控系统需要对实验数据进行采集分析。因此，此次设计实验的液压系统不仅需要符合行业标准，同时，需要完成计算机测试的实验对接条件，并联传感器以及机械仪表进行流量信号采集，将电磁阀作为液压回路的控制元件，得出以下的液压系统原理图，见图2。

2液压缸

本机械设计部分的液压系统具有高压以及大流量的显著特征，因此，液压缸需要有高于一般水平的性能，增压缸的设计需要单独来完成。2.1双向增压缸液压换向阀的高密封试验，对于整体系统的供液压力要求相对较高，相对于一般的寿命试验和密封试验，本次实验的要求达到了47.25MPa和31.5MPa。由于用来供应的液源乳化液额定压力较小，无法满足实验要求，因此，通过高压油和连续双向增压实现对整体系统的增压。增压缸的设计是通过三位四通电磁换向阀控制进入油缸大腔，承受更大的压力面积，油压推动活塞运动在液压缸内一侧进行，使得该侧小腔的体积迅速增大，液体因为压力差被直击吸入备用，借由电磁阀的控制增压将活塞在缸内的运动来回循环进行，进而实现对高压乳化的连续输出。2.2双作用指示缸双作用指示缸是在液压换向阀的性能测试中，包括换向以及控制力测定等，进行换向阀动作指示，实际上，在整个过程中并不做功，因此，考虑到成本因素本次设计采用的是尺寸较小的活塞杆。采用干燥连接法进行指示缸的两端盖之间的连接，增强液压缸高度强度高压工作下的安全性以及可操作性。双作用指示缸内部全部采用密封形式，两端安装防尘圈，活塞用导向环来与缸筒之间进行连接，以快速接头实现回进液体。

3验证与调试

完成电液换向阀的系统搭建后，进行部分项目测试，需要对系统功能进行验证。在换向性能和压力测定的实验中，为了保证实验结果的可靠性和可行性，采取了手动实验以及自动实验两种方式。手动实验是通过点击压力开关按钮，并且记录换向阀的压力值，与额定值进行允许误差范围内的合理比较，如果没有超过误差范围则为合格。同时，用同样的方法进行ab两个位置的压力测试，重复上述操作后，进行压力口的灵敏度观察。自动实验只要在试验的界面按照手动试验方法，点击自动试验，由系统自身进行性能测试和压力测试。不同的是，供液路径在手动实验中为二路，而在自动实验中为一路。由于元器件安装问题及部分实际条件限制，无法进行全面的项目测试，但是，通过对系统软硬件的整体信号采集处理以及电子信号分析，通过实验台能够验证相同工作原理下的系统功能是有效并且可行的。与此同时，在对换向阀的换向性能以及密封性和压力方面进行小流量测验以后，发现液压换向阀的实验结果与相应试剂参数保持一致，该性能符合相关要求。在达到一定的精度下，仍然能够保持较好的抗干扰能力。相关员期间能够在控制按钮的点击后，及时做出正确响应。需要注意的是测试压力时的波动需要采取措施进行回路脉动干扰的减少。

4结语

液压支架的电液控制系统是综采工作方面最为集约化生产的重要代表，也是综采工作当中重要的技术设备。液压换向阀作为整个系统的核心控制元件和组件，其工作性能能够对整体电液控制系统产生较大的影响。本文通过模块化的设计以及实验验证等环节，进行了机械部分的内容设计实验，在该系统中，手动溢流阀控制工作压力，手动节流阀控制流量，在各项实验之前，需要调整压力与流量到合适的水平。在部分实验中，需要不停手动操作，变换流量的大小，进行实验的干扰。同时，这一环节也是自动化程度受制约部分。电液溢流阀，一些流量阀能够代替手动的溢流阀和节流阀，进而实现测控系统的自动化。本次机械部分的实验设计值对于电液控制系统的部分功能进行验证，由于实验要求较高，系统较为复杂，实验要求较为严谨，实际工作中的性能能否被较好地满足需要，是实际投入使用的过程中进行完善的过程。

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作者:李改华 单位:乾日安全科技(北京)有限公司