【正文】 38） 其中 : P 是進(jìn)油口的壓強(qiáng)， 背P 是背壓 （量綱： MPa） S1 是壓強(qiáng)差作用的面積 （量綱： mm2 ） 。 1F 是頂桿套對(duì)陶瓷球的上支撐力 （量綱： N） 。 壓F 是由于液壓油壓力差在 S1 面上產(chǎn)生的作用力 （量綱： N） 。 閥體各狀態(tài)下的力學(xué)分析 dd d12 3FcPFsFfOT球 閥 1球 閥 2 圖 31 整體受力圖示 Fig31 Picture shows the overall force （ 1） 當(dāng)電磁鐵未得電時(shí) 先取左邊陶瓷球做受力分析，陶瓷球處于靜止?fàn)顟B(tài)。sF m a x239。 PdCQ d ???? ??? （ 32） ?? ?? 2vCV （ 33） 式中 pPUCv ??? 2,1 將該式代入 31式，得 15 ??dC QU d ? ???? dCPQP Q UFds c osc os 2????? 當(dāng)然穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力得表達(dá)式還可以寫成 ??? c o PdCF ds ??? 1)產(chǎn)生最大穩(wěn)態(tài) 液動(dòng)力時(shí)得開口量 maxx ??? c o m a xm a x sds pdCF ??? （ 34） m ax2 c os Fd dC pQ ?? ??? sd PpdCQ a x ?? ?? dC 取 ， ? 取 33 / mKg? 637m a x 90010??????????? Fx )( 7 m??? 2） 最大穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力 maxsF ??? c o m a xm a x sFds pdCF ?? 673 ???????????? ??? ???? 負(fù)號(hào)表明穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力的方向是指向使閥口關(guān)閉的方向。 密度在常溫常壓下 0? =（ ~） ? 310 kg/ 3m ，取 0? =? 310 kg/ 3m 。 ? 為閥口通流截面母線的半錐角， cos? =d/2R， R 為閥芯鋼球半徑。 U 為流液速度。 穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力 因?yàn)??cosPQUFs ?? （ 31） 而 ppACQ xd ?? 2其中 Q為閥的流量， dC 為流量系數(shù)，取 。 14 第三章 先導(dǎo)閥的力學(xué)分析 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的計(jì)算 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是指閥開口一定時(shí)（穩(wěn)定流動(dòng)時(shí) ）由于流經(jīng)閥腔和閥口的液流截面積及其方向的改變而引起液流速度的變 化，導(dǎo)致液流動(dòng)量的變化而產(chǎn)生的液動(dòng)力，它可以分解為軸向分力和徑向分力。 7)目前主要用在超高壓小流量的液壓系統(tǒng)或作為二通插裝閥的先導(dǎo)閥。 5)球閥換向時(shí)，中間過渡位置三個(gè)油口互通，故不能像滑閥那樣具有多種中位機(jī)能。 2)密封為線密封，密封性能好，最高工作壓力可達(dá) 63MPa. 3)電磁吸力經(jīng)放大后傳給閥芯，推力大。 同時(shí)它還具有一些滑閥和錐閥所沒有的 特 點(diǎn)。磁路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)新穎，采用部分銜鐵在隔磁套內(nèi)動(dòng)作的新結(jié)構(gòu)。另外由于油液的潤滑作用和阻尼作用，減緩了銜鐵對(duì)閥體的撞擊，動(dòng)作平穩(wěn)，噪聲小，并減少了運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦，大大延長了電磁鐵的工作壽命。閥座采用不銹鋼材料淬硬，球采用高精度陶瓷材料，以防包括氣蝕在內(nèi)的各種腐蝕，提高電磁先導(dǎo)閥的工作壽命。它具有如下三個(gè)特點(diǎn)： 1）采用球閥結(jié)構(gòu)形式，閥內(nèi)設(shè)內(nèi)部流道，保證閥芯二端由油壓引起的壓力相互平衡，閥打開時(shí)電磁鐵僅需克服彈簧反力，另外電磁鐵推力經(jīng)杠桿放大。只是把錐面換成了球面。 2） 錐閥內(nèi) 的流體阻力比較大，開啟和關(guān)閉需要的力較大，這就對(duì)材料的要求比較高，而且由于錐閥本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在一些方面明顯不如球閥好用。造成流量的壓力脈動(dòng) ,使系統(tǒng)剛性降低 ,以及油液變質(zhì)等等不良后果。 以下是錐閥先階段存在的一些問題，也是此次沒有選錐閥的的原因。 但 流體阻力大，開啟和關(guān)閉時(shí)所需力較大 ， 不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。錐面密封閥具有密封性好，結(jié)構(gòu)簡單， 制造和維修比較方便。 11 錐面密封型 其結(jié)構(gòu)如下圖 行 程 0 . 4 圖 22 錐面密封的 閥芯 結(jié)構(gòu)圖 Fig22 Sealed spool cone structure 錐面密封閥與平面密封的工作原理類似。但是由于加工、安裝等原因造成的誤差，使得閥芯與閥體的徑向間隙不可能處處相等，因而徑向力也不可能按線 性規(guī)律分布。這種由于受到徑向不平衡液壓力將閥芯推壓在閥孔的某一側(cè)產(chǎn)生的摩擦阻力叫液壓卡緊力。 2） 一般滑閥的閥孔和閥芯之間有很小的縫隙，當(dāng)縫隙中有油液時(shí)，移動(dòng)閥心所需的力只須克服粘性摩擦力，數(shù)值應(yīng)該是相當(dāng)小的，可是實(shí)際情況并非如此，特別是中、高壓系統(tǒng)中，當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后 (一般的說， 5分鐘以后 )，這個(gè)阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯重新移動(dòng)十分費(fèi)勁，這就是所謂滑閥的液壓卡 緊現(xiàn)象。另外，油液中的污染物不僅園淤積堵塞而產(chǎn)生污染卡緊力．同時(shí)也對(duì)滑閥運(yùn)動(dòng)副的配合表面產(chǎn)生磨損，使表面 粗糙度和間隙增大，泄漏量增大． 閥的工作性能下降。對(duì)于比例閥來說， 污染卡緊力改變了輸入電流與輸出參數(shù) (如流量、壓力等 )之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使閥失去比例控制的作用。大量事實(shí)表明，滑閥在使用過程中， 經(jīng)常發(fā)生污染卡緊現(xiàn)象。當(dāng)閥芯換向時(shí)， 在間隙中的枵染顆粒就會(huì)對(duì)閥芯產(chǎn)生附加的阻力，這就是枵染卡緊力。 但是滑閥有一些問題是亟待解決的，也因?yàn)橐韵略虼舜螞]有選擇滑閥結(jié)構(gòu)。平面密封具有摩擦力大， 切換動(dòng)作迅速、精確，并可微調(diào)，但密封性較差。因柱塞塊與進(jìn)液套接觸均為平面。當(dāng)電磁鐵得電時(shí)，彈簧 7 推動(dòng)推動(dòng)柱塞 8 運(yùn)動(dòng)，柱塞推動(dòng)頂桿 9 運(yùn)動(dòng)，頂桿推動(dòng)柱塞塊，從而使其在柱塞塊在另一端形成密封。交流電磁鐵的換向時(shí)間約為 ，直流電磁鐵的換向時(shí)間約為 。中位機(jī)能為 H、 Y型的電磁換向閥，因液壓缸兩腔同時(shí)通回油，換向經(jīng)過中位時(shí)壓力沖擊值迅速下降，因此換向平穩(wěn)。 4）換向平穩(wěn)性 要求換向閥換向平穩(wěn)，實(shí)際上就是要求換向時(shí)壓力沖擊要小。在間隙和封釉長度一定時(shí) ，內(nèi)泄漏量隨工作壓力的增高而增大。 3）內(nèi)泄漏量 滑閥式換向閥為間隙密封，內(nèi)漏不可避免。 對(duì)電磁換向閥，因電磁鐵行程較小，因此閥口開度僅 ，閥口流速較高，閥口壓力損失較大。 2）壓力損失 換向閥的壓力損失包括閥口壓力損失和流道壓力損失。同一通徑的電磁換向閥，機(jī)能不同，可靠換向的壓力和流量范圍不同。 換向閥換向需要克服的阻力包括摩擦力（主要是液壓卡緊力）、液動(dòng) 力和彈簧力。 4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試 、維護(hù)方便，通用性好。 2）閥口開啟時(shí)，作為換向閥，液流的壓力損失要小；作為壓力閥，閥芯工作地穩(wěn)定性要好。對(duì)壓力控制閥，實(shí)際最高壓力有時(shí)還與閥的調(diào)壓范圍有關(guān)；對(duì)換向閥，實(shí)際最高壓力還可以受其功率極限的限制。閥工作時(shí)的實(shí)際流量應(yīng)小于或等于它的額定流量，最大不得大于額定流量的 。 液壓閥的基本知識(shí) 液壓閥的性能參數(shù) 1）公稱通徑 公稱通徑代表閥的通流能力大小，對(duì)應(yīng)于閥的額定流量。而本論文研究的是電液換向閥，而根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為滑閥、錐 閥和球閥。 7 第二章 總體方案的設(shè)計(jì) 液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。 3）根據(jù)所給的初始數(shù)據(jù)以及先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行電磁鐵的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 1）對(duì)比平面密封先導(dǎo)閥、錐面密封先導(dǎo)閥和球面密封先導(dǎo)閥的優(yōu)缺點(diǎn)，確定最后所 用的方案 。 液壓系統(tǒng)中，用各種液壓閥來控制流體的流動(dòng)方向、壓力、流量等，閥的工作性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能有直接的影響。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，它不僅可以充當(dāng)一種傳動(dòng)方式，而且可以作為一種控制手段，充當(dāng)了連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和 大功率控制對(duì)象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中不可缺少的重要技術(shù)手段。 4） 受基礎(chǔ)工業(yè)水平的制約 ,元件的可靠性、材料、加工水平存在較大差距。 2） 設(shè)計(jì)存在不確定性，電磁先導(dǎo)閥整體的可靠性指標(biāo)較低，對(duì)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)重視程度不高。 電磁先導(dǎo)閥存在的問題 在不增大電磁先導(dǎo)閥外形尺寸的前提下，提高閥的通流能力 和換向性能，減少壓力 6 損失和電磁鐵的消耗功率，以及節(jié)能、小型化等 一直是各大電磁閥生產(chǎn)廠家要解決的主要技術(shù)問題。由于受液壓支架電液控制系統(tǒng)和本質(zhì)安全型條件的約束，其主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)體現(xiàn)在小功率 (小于 1． 5 w)驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)高水基介質(zhì)高壓閥的可靠密封、動(dòng)作靈活、響應(yīng)及時(shí)和耐久性高。 液壓支架用電磁先導(dǎo)閥的概述及其存在的問題 電磁先導(dǎo)閥的概述 電磁先導(dǎo)閥是電液控制系統(tǒng)的核心控制元件，其主要作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換放大為液壓控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多功能換向閥的控制。此外，國產(chǎn)的電液控制閥在性能上與國外相比也存在較大差距，主要表現(xiàn)在使用壽命、可靠性和制造精度上。 我 國液壓支架電液控制系統(tǒng)的攻關(guān)難點(diǎn) 德國、美國、波蘭等國家的液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，我國無論從理論上還是從當(dāng)前技術(shù)水準(zhǔn)上來說，開發(fā)電液控制系統(tǒng)是完全可行的。這不僅可以 及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除支架 5 本身的故障 , 而且對(duì)整個(gè)工作面的頂板管理也是十分重要的。 3)由于在支架之間只有電訊號(hào)的傳輸 , 易于實(shí)現(xiàn)雙向鄰架和成組或遠(yuǎn)距離操作 , 尤其是在薄煤層、急傾斜煤層工作面更可大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 , 改善工作條件 , 保證安全 , 還可防止誤動(dòng)作 ,增加工作可靠性。根據(jù)目前的技術(shù)水平 , 直接手動(dòng)控制的液壓系統(tǒng)一般平均每架移設(shè)時(shí)間大約為 2025s, 而電液控制系統(tǒng)配以合理的供液系統(tǒng)等可使移架速度縮短到 10s左右 , 據(jù)介紹最快的可達(dá) 6s 左右， 可以提高 13倍 。當(dāng)前國際上主流的液壓支架電液控制系統(tǒng)主要有：德國 DBT 公司的PM4 型、德國 MARCO 公司的 PM31型、 JOY 公司的 RS20 型 3種，這 3 種系統(tǒng) 占總數(shù)的 90%以上。 近年來我國神華集團(tuán)神東公司、晉城煤業(yè)集團(tuán)分別引進(jìn)了德國 DBT 公司、美國 JOY公司多套大采高自動(dòng)化工作面成套設(shè)備。 國內(nèi)雖取得了一些進(jìn)步，然而液壓支架及其液控 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、液壓支架電液控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的研究起步較晚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)國家。例如美國使用電液控制的 4 比例已接近 100%，澳大利亞、南非占 60%左右，德國占 30%，而且這些國家新裝備的工作面的液壓支架幾乎全部采用電液控制。液壓支架采用電液控制技術(shù)，到 20 世紀(jì) 80年代中期已趨于成熟，應(yīng)用功能不斷擴(kuò)大，對(duì)礦 井煤層地質(zhì)條件的適用性不斷增強(qiáng)，工作可靠性大幅度提高，因而發(fā)展十分迅速，已成為綜采工作面支護(hù)設(shè)備的主要發(fā)展方向。 20 世紀(jì) 90年代威斯特伐利亞 — 貝考瑞特公司研制出更為先進(jìn)的 PM3和 PM4 電液控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有靈活的編程能力，采用專門的 CPU 處理機(jī)和性能較高的、能耗較低的 MCS80C單片機(jī)，操作面板采用全塑密封、輕觸按鍵、 LCD參數(shù)、故障顯示。 1995年底英國原道銻公司又研制出全工作面集中電液控制系統(tǒng)。 液壓支架電液控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程 20 世紀(jì) 70 年代中期，英國煤炭局首先提出研制電液控制液壓支架，最先將電液控制液壓支架用于長壁工作面的是澳大利亞的科里曼爾煤礦， 由 74 架英國原道銻公司研制的四柱垛式液壓支架組成， 1981 年工作面投產(chǎn)，但技術(shù)尚不夠完善。支架電液控制系統(tǒng)中每 4個(gè)控制器構(gòu)成一個(gè)信息子網(wǎng)，相同信息子網(wǎng)中的控制器可以通過鄰架線或總線進(jìn)行通信，不同信息子網(wǎng)可以通過耦合器進(jìn)行通信，構(gòu)成了工作面控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。電磁先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并通過主閥控制各油缸的動(dòng)作 。電液控制單元的核心部件有入機(jī)界面、控制器、電源箱、電磁先導(dǎo)閥、主閥、傳感器及電纜連接器等。 采用電液控制系統(tǒng)大大加快了支架移動(dòng)速度，改善了支架整體支護(hù)質(zhì)量和性能； 電磁先導(dǎo)閥 使得工人非常容易、靈活地操作設(shè)備 ，而且性能可靠、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了勞動(dòng)環(huán)境， 便于實(shí)現(xiàn)支架的工況監(jiān)測(cè)和工作面的自動(dòng)化控制 。由于支架電液控制系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，電液控制閥的研究便十分重要。支架電液控制系統(tǒng)使煤礦綜采工作面自動(dòng)化程度達(dá)到一個(gè)新水平，極大改善綜采工作面的工作環(huán)境和安全性，在減少液壓支架操作人員的同時(shí)，能很好協(xié)調(diào)綜采設(shè)備之間的運(yùn)行，充分發(fā)揮綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力，提高綜采工作面的產(chǎn)量，給煤礦帶來明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 液壓支架作為綜合機(jī)械化回采