掘進機常用平衡閥的特性比較分析

王海亮

（潞安集團李村煤礦， 山西 長治 046600）

引言

平衡閥大多被配置在掘進機內(nèi)液壓系統(tǒng)的油缸回路之中，其主要發(fā)揮安全保護、維持負載等作用。平衡閥所配置的油缸主要有回轉(zhuǎn)、升降、伸縮等幾個類型，其中升降與回轉(zhuǎn)兩個油缸可以對截割部的運動進行控制。在煤巖截割的過程中，這兩個油缸會因交變沖擊的荷載力而受到?jīng)_擊，進而使平衡閥受到極大的損壞。以上這些問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)商并沒有提供具體的特性參數(shù)[1]，應(yīng)當(dāng)針對掘進機最常應(yīng)用的三類平衡閥進行對比分析，即德國的力士樂、美國的升旭和國產(chǎn)的。本文通過對其進行結(jié)構(gòu)對比、理論研究及試驗檢測，對平衡閥所具備的先導(dǎo)增益性及開啟復(fù)位性進行詳細的對比研究，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：德國力士樂的平衡閥VBSN-12A、美國升旭的平衡閥CBEG-LJN、國產(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類型閥的特征，特別要重視主閥芯的構(gòu)造及密封的形式[2]。這是因為主閥芯所形成的移動摩擦力將會受到密封形式的影響，而移動摩擦力與閥芯作出的動作響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，平衡閥會因摩擦力的不同而產(chǎn)生不同的開啟復(fù)位特征。

圖1 VBSN-12A 的構(gòu)造示意圖

圖2 美國升旭平衡閥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)生的移動摩擦力基本為零，1 道的移動也未形成較大的阻力，因此這類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，其主要為開口聚四氟乙烯環(huán)和O 形圈，均為1 道。由于O 形圈存在嚴重的摩擦力[3]，閥芯也出現(xiàn)了過大的移動阻力，國內(nèi)所制造的平衡閥中僅僅設(shè)置了1 道密封，即無開口聚四氟乙烯環(huán)，但是它可以在主閥芯與閥套之間產(chǎn)生過大的擠壓力，因此，當(dāng)閥芯產(chǎn)生運動時會出現(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)上文所進行的研究及裝配的實際狀況，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測試

分別將這三種類型的閥進行分解與分析，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)生的改變將會對流量產(chǎn)生一定的影響，而該特性的作用就在于對這種影響進行有效的闡述。增益過小，先導(dǎo)壓力產(chǎn)生的波動較大，流量變化較小，則其具備較強的穩(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對流量造成較大的影響，同時對于先導(dǎo)增益性，可以運用單位行程中所需要的先導(dǎo)壓力值來進行描述，詳見表3 所示。

表3 先導(dǎo)增益特性的實際理論計算情況表

平衡閥從開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)增益性進行充分顯示。因此，增益將會隨著所需壓力的減小（增大）而減小（增大）。將試驗的流量設(shè)定為20 L/min，其結(jié)果見表4 所示。

表4 先導(dǎo)增益特性實際試驗情況表

通過對表3 和表4 進行比較分析發(fā)現(xiàn)，對于以上三種閥的先導(dǎo)增益性而言，其理論數(shù)值與試驗結(jié)果相一致。

2.2 開啟復(fù)位特性

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

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

為了有利于對比分析，設(shè)定開啟壓力的數(shù)值為28 MPa，并依靠相關(guān)的數(shù)據(jù)來進行計算，下頁表5 所表示的為彈簧的預(yù)緊力。

通過對這三種閥所具有的開啟復(fù)位性進行試驗檢測，其結(jié)果如下頁表6 所示。

通過對該表進行分析，國內(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)上頁表1 可知，當(dāng)該閥芯具備較大的移動摩擦力時，其開啟復(fù)位性及動態(tài)響應(yīng)性將不具備較好的數(shù)值。而表6 中的結(jié)果也充分證實了這一觀點，因此，對上述三種閥所具有的開啟復(fù)位性開展的理論研究與試驗檢測具備一致的結(jié)果。

表5 彈簧預(yù)緊力的情況表

表6 開啟復(fù)位特性實際試驗情況表

3 結(jié)論

1）德國制造的力士樂不存在有效的先導(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阻力，但具備較好的開啟復(fù)位性。

2）美國生產(chǎn)的升旭平衡閥因其主閥芯采取的密封形式為O 形圈，具備較強的摩擦力，可以將主閥芯出現(xiàn)的動態(tài)響應(yīng)來進行客觀反映，與力士樂平衡閥相比，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啟復(fù)位性。

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

由上述可知，對于掘進機所需要的平衡閥，建議其選擇具備先導(dǎo)增益性及啟動復(fù)位性的德國力士樂平衡閥，確保設(shè)備可以持續(xù)穩(wěn)定地運行。