液压支架密封性能试验装置的研究

摘 要：针对目前液压支架立柱、千斤顶实际工作过程中，承受超高压强的同时伴随着压力载荷的起伏波动，本文设计了一种矿业液压支架密封性能试验台。介绍了液压支架密封性能试验台的总体结构和工作原理，并对驱动部分、冲击加载部分和升降部分进行了研究。

关键词：液压支架；压力波动；密封性能；试验台

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.030

1 引言

目前，国内液压支架生产厂家在生产立柱和千斤顶时，主要是采用的国外厂商的密封件，虽然能够满足质量方面的要求，但是价格却一直居高不下，而且对国外同等价格的密封件，也无法对其密封性能做一个客观的评价[1-2]。近几年国内液压支架生产厂商之间竞争激烈，生产力的发展，高科技技术的运用，使得各厂商对于成本的降低有了新的要求[3-4]。在这种情况下，本文深入分析了液压支架立柱、千斤顶密封的实际工作环境，经过现场的实践分析，发现密封件在实际工作时，所受的不是纯粹的高压，而是承受超高压强的同时伴随着压力载荷的起伏波动[5-6]。为了能够模拟液压支架的现场工作情况，本文设计的密封性能试验装置加入了高压冲击载荷，使得乳化液在试验缸内部所承受的压力随着时间变化而变化[7-8]。

2 密封性能试验台基本结构

液压支架密封性能试验装置主要由驱动部分，冲击加载部分，升降部分组成。驱动部分是由往复运动动力传动单元、往复运动动力控制单元和往复运动动力执行单元组成。往复运动控制单元根据计算机测控系统设定的运行速度，产生周期性的往复运动逻辑控制信号，控制往复运动动力传动单元产生相对于速度变化的往复动力，从而驱动试验油缸往复运行。冲击加载部分是有驱动空气系统、油箱供油系统和冲击加载系统组成。升降部分主要是有涡轮丝杆升降平台组成。液压密封性能试验装置基本结构设计如图1所示。

3 密封性能试验台设计

3.1 液压系统设计

根据密封性能试验装置的要求，整个试验装置的液压系统是由驱动装置液压系统和加载装置液压系统组成。根据密封性能试验标准要求，设计整个密封性能试验装置液压原理图如图2所示。

3.2 试验油缸驱动装置

液压密封性能试验台的往复运动是通过液压油缸驱动装置的驱动实现的。试验油缸驱动装置是由往复运动传动单元、往复运动控制单元和往复运动执行单元组成。往复运动控制单元根据计算机测控系统设定的运行速度，产生周期性的往复运动逻辑控制信号，控制往复运动传动单元产生相对于速度变化的往复动力，从而驱动试验油缸往复运行。

往复运动传动单元主要功能是将原动机的机械能转换成液体的压力能，从而为整个液压系统提供动力。驱动液压缸所用液压泵的额定压力主要根据驱动液压缸缸本身缸体的摩擦力以及其所驱动的试验缸的摩擦力两部分的压力之和来确定，再根据驱动部分的液压系统按正常速度运行时所需要的液体流量来确定所选驱动部分液压泵的额定流量。对于驱动油缸的运行没有特殊的要求而仅是进行简单的的往复运动，故对于所选电机没有调速的要求。因此在选择电动机类型时选用交流异步电动机。同时根据选用的液压泵的流量和工作压力，计算出液压泵的功率，按照功率的要求，选择可以满足使用要求的电动机。

往复运动控制单元在液压系统中的主要作用是控制和调节液压回路中工作液的压力、流量和方向，从而可以对整个液压系统进行控制。压力控制阀主要控制执行机构的输出力或输出转矩的大小，并确定液压泵及整个液压系统的工作负载，在过载时起到保护系统的作用；流量控制阀主要根据执行机构的运动速度的要求供给所需的流量；方向控制阀控制油流的通、切断或改变油流的方向，以控制绦谢构的运动方向等；以上三类阀还可以互相组合，成为复合阀，以减少管路的连接，使结构紧凑，提高系统的效率。

往复运动执行单元主要作用是带动试验油缸进行往复运动，完成性能检测试验。由于试验缸的被试件往复运动的速度相等，故选用液压缸的选用方面需要选活塞两端杆径相同，活塞正、反向运动速度和推力相等。故本文中所选驱动油缸为双作用双活塞杆等速等行程式液压缸。

3.3 试验油缸加载装置

在实际工况中，液压支架立柱和千斤顶中间的液压缸实际工作时，通常其中间的活塞或者是活塞杆所受载荷并不是一成不变的，而是一直伴随着工作时的压力的加载和卸载而增压和减压的过程，简而言之活塞或者是活塞杆所受载荷是冲击性的载荷。液压密封性能试验台试验缸的冲击加载是通过液压冲击加载装置不断的加压与卸压实现的。试验油缸冲击加载系统是有驱动空气系统、油箱供油系统和冲击加载系统组成。试验油缸加载装置液压原理图如图3所示。

该冲击加载系统主要配置美国进口高压气动液体增压泵一台、气控减压阀、电控减压阀、过滤器、保压/泄压三通电磁阀、手动保压/泄压阀、压力表和压力变送器等部件。测试过程中，先确认工件所需测试压力，如果在低于35MPa 则需要启动增压泵，高于150MPa 停止增压泵，则需通过高压输出端压力传感器反馈，并设置压力信号，进行系统的上、下限增压、降压的循环过程。增压过程中驱动气管路上的气控减压阀在电-气比例阀的作用下，会逐渐升高驱动气压力，以控制增压泵的增压速度。当达到测试压力时，保压气动阀会自动关闭保压，试验结束后通过流量调节阀缓慢泄压到增压泵启动下限压力，如系统完成工件的测试，也可手动打开泄压阀，完成系统的压力泄放。

3.4 升降装置

蜗轮丝杆升降机又称WL升降机广泛应用于机械、冶金、建筑、水利设备等行业，具有起升、下降及借助辅件推进、翻转及各种高度位置调整等诸多功能.蜗轮丝杆升降机是一种基础起重部件，具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。可以单台或组合使用，能按一定程序准确地控制调整提升或推进的高度，可以用电动机或其他动力直接带动，也可以手动。它有不同的结构形式和装配形式，且提升高度可按用户的要求定制。该装置可以自锁。蜗轮丝杆丝杠升降机理论上具有自锁功能，但工作在振动较大的场合会导致自锁功能失灵，因此须外加一制动装置或选择带有制动的驱动源。

4 结论

本文根据制定的液压支架立柱、千斤顶密封性能试验标准，设计一台密封性能试验装置，该试验装置可以模拟实际工况，对密封件进行测试。通过试验，我们可以对不同厂家生产的密封件进行客观的评价，同时也可以促进密封技术的改进和发展。

参考文献：

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[4]梁天才等.一种新型筑路工程机械液压元件测试装置[J].山西交通科技，2000（01）：33-34

[5]ISO7986-1997.Hydraulic fluid power-Sealing devices-Standard test methods to assess the performance of seals used in oil hydraulic reciprocating applications.

[6]于淼等.活塞杆密封试验缸设计[J].液压气动与密封，2014（04）：24-26

[7]MT/T 985-2006.煤矿用立柱、千斤顶聚氨酯密封圈技术条件[S].

[8]GB/T25974.2-2010.煤矿用液压支架第二部分：立柱和千斤顶技术条件[S].

作者简介：燕成义（1985-），男，山西朔州人，工学学士。