液壓支架用立柱綜合試驗臺的改進

馬強，趙越，徐堯

(1．中國礦業大學機電與信息工程學院，北京100083;2．煤炭科學研究總院檢測研究分院，北京100013;3．煤炭資源開采與環境保護國家重點實驗室，北京100013)

近年來，隨著煤礦綜采設備的快速發展，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，甚至會危及煤礦工作人員的生命安全。因此，相應的檢測手段要不斷地進行更新，以保證各項性能均達到要求后方可投入使用。

隨著新的國家標準GB 25974．2-2010《煤礦用液壓支架:第2部分:立柱和千斤頂技術條件》的頒布，試驗項目發生一定的變化，試驗設備的試驗能力將無法滿足要求，針對這種情況，對其進行技術改造已是勢在必行。新設計的液壓支架立柱綜合試驗臺可進行新國標中的所有型式試驗項目;試驗過程由計算機控制;所有數據均由計算機通過高精度傳感器采集;實時繪制曲線、編制檢測報告。

1 試驗臺系統具有的主要功能及參數確定

該試驗臺設計依據GB 25974．2-2010《煤礦用液壓支架:第2部分:立柱和千斤頂技術條件》的要求。

1．1 試驗臺系統的主要功能

空載行程試驗、啟動壓力試驗、密封性能試驗、讓壓性能試驗、過載性能試驗、耐久性能試驗、外伸限位試驗及功能試驗。

1．2 試驗臺參數的確定

(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:乳化液 (5%油，95%水);

(4)工作用液選用0．125 mm精度的過濾系統;

(5)試驗臺試驗壓力為0～100 MPa;

(6)加載速度≥2 mm/min。

2 原試驗系統的問題

按照新的國家標準的要求，試驗過程中應測出相應的壓力值并繪制曲線，同時對加載環境也做出了相應的規定。系統改造之前，部分試驗過程仍需要人工直讀壓力表進行數據記錄，有一定誤差且效率低;原系統無法實現新標準中規定的超低速慢加載的要求。

3 改進后的試驗系統組成及特點

3．1 液壓系統

液壓系統由外加載油系和內加載乳化液系統組成，其主要是為了能夠滿足液壓缸試驗過程中的所有項目要求。

(1)外加載系統。液壓系統基本加載原理如圖1所示。加載系統主要由一臺油泵、加載油缸、高精度伺服比例閥 (小流量及大流量)、電控換向閥和比例溢流閥組成。系統工作時，油泵啟動為系統提供動力及工作液，系統壓力由泵出口處的比例溢流閥調節，工作液通過電控換向閥，經過高精度伺服比例閥進行流量控制，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，實現加載過程。

圖1 外加載液壓系統

根據新國標的要求，系統在不同的試驗項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:系統實現高速加載時，電液控換向閥1得電，電液控換向閥2失電，液壓油經過伺服比例閥1進入液壓缸，控制伺服比例閥1的流量，實現快速加載的控制;當需要進行慢速加載時，電液控換向閥1失電，電液控換向閥2得電，液壓油經過伺服比例閥2進入液壓缸，通過對伺服比例閥2進行精細調節來控制進入加載缸的流量，從而實現低速慢加載的試驗過程。

(2)內加載系統。其主要作用一是在外加載過程中為被試件充液;二是完成新的國家標準中增加的內加載試驗項目。其液壓系統基本加載原理如圖2所示。系統由一臺乳化液泵、增壓器、控制閥等組成。試驗過程中其基本動作流程為:初撐—充液—增壓—卸荷，具體過程為:乳化液泵開啟后，DF1動作，被試件初撐并達到一定的初撐力;DF2動作，為增壓器及被試件充液;DF3動作，增壓器為被試件加載;DF4動作，為被試件卸載。該系統由計算機調用程序，依次完成上述循環動作。

圖2 內加載液壓系統

3．2 電氣控制及計算機測控系統

液壓支架立柱試驗臺的所有電氣控制組件均安裝在實驗室內部的電氣控制柜內，控制柜中主要包括泵站系統電機的啟、停控制、泵站壓力卸荷控制、各電磁閥手動控制、壓力及位移等數顯表以及其他相關的輔助指示裝置。系統試驗過程由計算機自動控制，實時采集、顯示及保存實驗數據，系統顯示直觀，操作簡便。

各種試驗項目均已編寫入程序之中，檢驗人員可以根據所需進行的試驗項目，選擇不同的參數設置界面，并輸入相對應的技術指標數據。設置完成后，可分別進行手動或自動循環動作。具體原理如圖3所示。

圖3 控制系統原理

3．3 計算機軟件系統組成

試驗臺測控系統采用VB語言開發，測控軟件實現功能，即數據控制及采集、人機交互界面和數據庫三大部分組成，其軟件流程圖如圖4。實現了計算機與數據采集卡的通信和控制功能。

圖4 軟件流程圖

3．4 部分程序應用實例

部分程序的運行界面如圖5—7所示。

圖5 系統自動運行測試程序運行界面

圖6 外伸限位試驗運行界面

圖7 讓壓試驗運行界面

3．5 試驗臺的特點

(1)在原有試驗臺的基礎上進行技術改造，使之滿足新國標的綜合性實驗要求;(2)采用兩個不同額定流量的伺服比例閥并聯的方式，結合切換調節控制，滿足流量大小的調節要求，從而實現快速或慢速加載;(3)采用壓力變送器及位移傳感器，結合計算機自動檢測、控制技術，記錄試驗數據，實時進行壓力及速度反饋，保證了試驗系統的高精度;(4)計算機人機交互界面信息全面、功能齊全，測試系統界面數據及曲線等參數顯示清晰明確，測試結果查詢簡單、快捷。

4 結束語

上述主要介紹了液壓支架立柱試驗測試系統，其按照新的國家標準要求進行了改進。隨著煤礦對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展，因此對立柱檢測設備的要求也隨之提高。為使檢測技術適應液壓支架立柱技術的發展，不斷改進液壓支架立柱的檢測手段、提高檢測設備的性能，對液壓支架立柱的發展有著積極的意義。

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