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择要:现在井下矿山设置装备摆设已普遍接纳液压传动和液压控制技能来完成设置装备摆设所必要的举措,因而井下矿山设置装备摆设遥控利用的一个要害题目是,怎样把多路电信号输出转换成多路液压能输入。6DBF-10 型六联电液比例阀正是为办理这一题目而研制的新产品。该产品不光完成了多路电信号到多路液压能的成比例转换,还具有体积小、质量轻、输入线性好、反复精度高、呼应快等好处。木文就该阀的布局设计、事情原理、设计盘算、功能测试、加工制造、使用等方面举行了叙述。

要害词电液比例阀比例控制遥控设置装备摆设

1 弁言

地下矿山有些所在的作业情况非常恶劣,为了掩护操纵职员的宁静,利用遥控利用的矿山设置装备摆设黑白常须要的。在外洋,无线遥控的铲运机、有线遥控的混凝土放射车、电脑控制的全主动凿岩台车等矿山设置装备摆设曾经失掉普遍使用,获得了精良的利用结果,改进了作业条件,低落了休息强度,在保证作业职员宁静的同时又进步了作业服从。在国际,遥控利用的矿山设置装备摆设的研制消费还处于起步阶段,存在的一个紧张题目是怎样把多路控制电信号成比例地转换成多路液压能输入,完成电-液的转换事情。为完成这一打破,北京矿冶研讨总院、枫阳液压电磁元件厂、白银有色金属公司、北京重型汽车制造厂互助研制了合适矿山机器利用的 6DBF-10 型六联电液比例阀[1],该阀在实行室的测试数据到达外洋同类产品的先辈程度。为了验证该阀的实践利用功能,在中国有色金属产业总公司矿山机器化攻关项目 HPC-11 型混凝土放射车研制历程中,替换入口比例阀产品,获得了精良的利用结果,包管了该攻关项目标顺遂完成[2]。

2 布局设计和事情原理

2.1 布局设计

6DBF-10 型六联电液比例阀次要由主阀、先导减压阀、比例电磁铁和帮助阀四局部构成,见图1。主阀是该比例阀的主体,包罗主阀体、主阀芯和弹簧等。

6DBF-10型六联电液比例阀主体布局(图1)
图1 6DBF-10 型六联电液比例阀主体布局

(1)主阀体。其巨细间接影响整个比例阀的体积,因而主阀体应尽大概设计得小些。国际一样平常接纳每联一片的分片式主阀体或全体式主阀体两种情势。由于主阀体外部通油孔道许多,又是主阀芯和帮助阀的包涵壳体,在毗连螺栓及外部高压油的作用下容易变形。比例阀是靠电磁力及先导油压控制的,利用力较小,容易卡阀,因而要求主阀体有较好的强度和刚度,避免阀芯卡住。分片式阀体比力薄弱,很难同时满意强度、刚度大而体积又小的要求。固然可接纳全体式的主阀体,加大主阀体的刚度,减小主阀体的体积,但多联阀共用一个主阀体,主阀体的分量很大,外部布局过于庞大,大大增长了加工难度,铸件的废品率也明显增长,招致消费本钱进步。别的,用户在选用比例阀为差别的主机配套时,比拟例阀的联数及阀的中位性能会有差别要求,全体式主阀体的机动性、交换性、通用性都很差,难以满意要求。以是,在比例阀的设计中,接纳每两联阀利用一个主阀体,即构成块式的主阀体,如许就分身了铸造、加工、强度、刚度几方面的要求,同时也有利于用该阀体构成差别联数的比例阀,满意用户的差别需求。

别的,主阀体上还设计了帮助阀(包罗过载阀、防空穴阀、单向阀)插装孔,以便依据液压体系必要插装差别的帮助阀,使体系全体布局非常紧凑。

在主阀体与主阀体之间毗连螺栓孔处,设计了薄垫片,减小主阀体在螺栓顶紧力下的全体变形,避免卡阀。

(2)主阀芯。接纳圆弧节省槽作为主阀阀口,与三角形节省阀口相比,具有输入线性好、抗污才能强、主阀芯不易被卡住等好处,这对包管比例阀牢靠事情是很紧张的。

(3)先导减压阀。部署在主阀体的两侧,每一联主阀用两个先导减压阀来控制,每一个先导减压阀控制主阀芯位移的一个偏向和巨细,到达控制流量巨细和偏向的目标。由于先导减压阀是压力控制元件,反应的是油压,对阀体沉割槽尺寸精度要求不高,设计中接纳钻阀通油孔同时构成阀体沉割槽的方法,增加机加工量,低落本钱。

(4)比例电磁铁。比例电磁铁是电流一机器力转换器件,铁芯的纯度、扼铁的尺寸精度和摩擦功能都有很高要求。为了少走弯路,延长研制周期,接纳 GP 系列比例电磁铁,该产品是德国 BSO 控制技能有限公司允许证产品,线性好、滞环小、质量牢靠,可以满意利用要求。

(5)帮助阀。为了简化液压体系,增加管路毗连,该电液比例阀除主阀、先导减压阀、比例电磁铁外,还在主阀体上集成有单向阀、减压阀、宁静阀、过载阀和防空穴阀,构成了多功效电液比例阀。

各帮助阀的功效为:①单向阀。安置在每一联的进油路上,可避免事情时各联的互相搅扰,制止“摇头”征象。②减压阀。减压阀用来把事情体系高压油减到 3.5MPa,作为控制油源,免却专门的先导供油回路,简化液压体系。③宁静阀。该阀是用来避免液压体系油压过高,掩护液压阀及体系宁静。④过载阀和防空穴阀。该电液比例阀的每一联都可插装过载阀和防空穴阀。过载阀可避免实行机构因受过大外力而惹起的回路油压过高,掩护比例阀、液压实行元件及管路的宁静。防空穴阀可对油路举行补油,避免空穴发生。假如某一联阀不必要过载阀或防空穴阀,可在插装过载阀或防空穴阀的地位上加堵即可。

2.2事情原理

电液比例阀液压原理见图2。

电液比例阀液压原理(图2)
图2 电液比例阀液压原理(1.先导减压阀 2.比例电磁铁 3.主阀 4.宁静阀 5.单向阀 6.减压阀 7.过载阀 8.防空穴阀)

起首,比例电磁铁与先导减压阀之间以比例电磁铁定力-先导减压阀定压的方法相干连。比例电磁铁在输出电流后输入机器力,推进先导减压阀阀芯举措,封闭泄油口,接通先导供油油源,有先导油压发生。先导油压力反向作用于先导减压阀阀芯,使其反向挪动,直至与机器力均衡,发生与输出电流成比例的先导控制油压。

其次,主阀与先导减压阀之间以先导定压--主阀弹簧定位的方法耦连。由先导减压阀输入的控制油压,在主阀芯端面上发生一个液压作用力,使主阀芯克制弹簧弹力而挪动,封闭中位泄荷阀口,开启负载阀口。当主阀芯上液压作用力与弹簧力到达均衡时,主阀芯停顿在与先导控制油压绝对应的地位上,使主阀负载阀口发生肯定的开度,有响应的流量输入。

总之,在额外电流范畴内,改动比例电磁铁控制电流,先导减压阀控制油压随之改动,主阀的负载阀口及输入流量巨细也随之改动,从而起到成比例控制流量的作用。

当比例阀某些联不必要成比例控制时,只需把这些联上的比例电磁铁和先导减压阀换成平凡的电磁换向阀,就可改动成没有两头形态、只要开和关两种形态的平凡液压阀。

3 设计盘算

比例电磁铁、先导减压阀及主阀三者之间的公道婚配是设计的要害关键。

3.1 先导控制油压与主阀芯位移

六联电液比例阀输入流量是由主阀芯位移量来控制的,主阀芯的位移量又是由先导控制油压发生的作用力,克制主阀芯复位弹簧弹力、摩擦力、液动力的后果。因摩擦力、液动力均很小,疏忽不计。主阀芯有大、小两个复位弹簧。取主阀芯直径为 16mm,经过弹簧布局参数的选取和弹簧弹力的设计盘算,可得上面盘算公式:

p=0.13+0.28x

此中:p 为先导控制油压;x 为主阀芯的位移(x≤6)

当主阀芯挪动到行程尽头时(x=6mm),对应的先导控制油压为最大值 pmax=0.13+0.28×6=1.8MPa。由于有 2mm 的去世区,对应阀口行将开启时的先导控制油压为最小值 pmin=0.13+0.28×2=0.7MPa。先导控制油压变革范畴应为 0.7~1.8MPa。

3.2 先导减压阀阀芯所需推力

为了使主阀芯正常换向,先导减压阀输入油压应在 0.7~1.8MPa 之间变革。取减压阀阀芯直径为 5mm,经过减压阀复位弹簧参数的选取可盘算出先导减压阀阀芯所需的推力范畴是 19~40.6N。

3.3 比例电磁铁额外事情电流

比例电磁铁选用型号为 GP35-4-A,该比例电磁铁最大输出电流为 1.2A,最大输入推力可达 63N。由该产品样本特征曲线可得,当输入推力为 40.6N 时,对应的输出电流为 800mA,此即为比例电磁铁额外事情电流。

4 加工制造

该比例阀的中心构成局部是阀体和阀芯,这也是加工制造的要害。由于主阀体和主阀芯较先导阀体和先导阀芯在布局上庞大得多,因此是加工制造的重点。

4.1 主阀体

主阀体由于外部布局庞大、通油孔道许多,对铸件质量要求很高。设计中主阀体接纳高强度球墨铸铁质料,这种质料具有强度高、韧性好的特点,另有较好的铸造功能、机加工功能和减磨功能。在制造历程中接纳特别的电化学清砂办法,在化学腐化和热应力的配合作用下,无论是阀体外表照旧深孔中的砂子都将从铸件上剥离上去,清砂结果很好。

4.2 主阀芯

主阀芯事情时换向频仍,易发生磨损,要求很高的外表硬度。为此接纳 38CrMoAl 合金质料,共同渗氮处置,HV 到达 1000 以上,较好地满意了利用要求。

4.3 共同间隙包管

主阀体与主阀芯共同间隙有很高要求。外洋一样平常接纳金刚石铰刀加工阀孔,包管其尺寸公役和形位公役。由于制造公用金刚石铰刀用度很高,因而在研制历程中接纳研配工艺,阀孔研好,用气动量头准确丈量阀孔的尺寸,然后依据该尺寸配磨阀芯,直至到达共同间隙 0.008~0.015mm。

5 功能测试及次要技能参数

5.1 功能测试

六联电液比例阀在举行组装和出厂调试后,在浙江大学液压实行室举行了功能测试[4]。

输入流量(Q)与稳态输出电流(I)特征曲线见图 3。经过屡次 Q--I 曲线测试失掉,,滞环 6.1%,反复精度 1.9%,到达设计要求。外洋同类产品该项的测试后果为:滞环 6.2%,反复精度 1.8%。国产元件与外洋同类产品功能目标基木相反。

Q-I特征曲线(图3)
图3 Q-I特征曲线

5.2 次要技能参数

6DBF-10 型六联电液比例阀的次要技能参数为:公称通径 10mm、额外压力 20MPa、额外流量 4OL/min、先导控制油源压力 3.5MPa、回油口容许背压 2MPa、比例电磁铁额外电流 800mA、开关电磁铁额外电压 12V、滞环 <7%、反复精度 <2%、频宽 5Hz、质量 31kg。

6 使用

为了稽核 6DBF-10 型六联电液比例阀的实践利用功能,将其使用在新研制的 HPC-11 型混凝土放射车上,用来控制该车上的有线遥控放射机器手。放射机器手的液压体系原理见图4。

放射机器手的液压体系(图4)
图4 放射机器手的液压体系(1.油泵 2.背压溢流阀 3.六联电液比例阀 4.双向均衡阀 5.举升油缸 6.油马达 7.制动器 8.液动次序换向阀 9.梭阀 10.伸缩油缸 11.倾动油缸 12.折迭油缸 13.摆动油缸)

该比例阀的特点是可吸收电控信号,而电控信号在运算、处置、传输方面上风突出。因而,与该比例阀配套的有线遥控器上只必要两个利用手柄,即可完成对六联比例阀的控制。放射机器手上的六个举措油缸是由该比例阀控制的,因而实践事情时工人只需利用有线遥控器上的两个手柄,即可完成对放射机器手六个举措的利用控制。

HPC-11 型混凝土放射车在矿山井下举行了 400h 的产业实验。该车由于接纳了六联电液比例控制,放射机器手完成了有线遥控功效,放射机器手的举措可远间隔无级调治与控制,利用自若。经过利用有线遥控器,操纵者可在现场选择相宜的事情所在,以取得较好的察看角度,也使反弹的放射料不会打到操纵者身上,在进步作业宁静性的同时,还进步了作业服从,加重了工人的休息强度,因而深受现场工人的接待。在整个产业实验时期,该六联电液比例阀事情精良,未呈现任何以障,为混凝土放射车研制事情的顺遂完成发明了有利条件。

7 结语

(1)6DBF-10 型六联电液比例阀是一种新型的电液接口元件,完成了多路电信号到多路液压能的成比例转换。该阀的滞环、反复精度和频宽等次要技能目标到达国际先辈程度,可以替换同类入口产品,为国度浪费外汇。

(2)该比例阀与传统的手动利用液压阀相比,体系部署柔性加大、利用利便、宁静性好,可有线或无线遥控主机。由于以电信号为控制输出信号,可以将盘算机技能、数字技能、主动控制技能引入到主机的控制之中,使主机上品级,扩展利用范畴,进步工效,进步竞争才能。

(3)该比例阀合适在多种矿山设置装备摆设上利用,如混凝土放射车、凿岩台车、铲运机等。别的,还合适工程机器及修建机器利用,如地面作业车、小型发掘机、小型装载机等,其推行使用远景非常宽广。


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