專利名稱：液壓支架安全閥動態(tài)特性試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及礦用液壓支架安全閥，特別是大流量安全閥的動態(tài)性能試驗和檢測。
煤炭生產(chǎn)中的支護設(shè)備，如液壓支架的液壓系統(tǒng)都需設(shè)置安全閥，以保證設(shè)備的安全使用。在有沖擊地壓和巖層震動劇烈的礦區(qū)，液壓系統(tǒng)中除設(shè)有中、小流量的安全閥外，還需設(shè)置大流量安全閥。各種規(guī)格的安全閥都必須進行型式試驗和出廠試驗，以確認其所達到的設(shè)計指標；另外，安全閥使用一定時間后，也必須進行性能試驗，以確定其工作可靠性。這種試驗主要是調(diào)定壓力測量和動態(tài)性能試驗。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗裝置有兩種類型其一，如圖4所示的試驗裝置，它設(shè)置有帶大型液壓蓄能器泵站的壓力機1，被試安全閥3裝在液壓支架的液壓缸2上，然后用壓力機對立柱活塞施加動態(tài)載荷，測量活塞的運動速度，換算成通過安全閥的瞬態(tài)流量，同時測量安全閥進口的動態(tài)壓力曲線，以確定壓力超調(diào)量。這種試驗設(shè)備龐大，試驗時的起重安裝工作十分繁重。聯(lián)幫德國的PQZ－1092沖擊試驗臺即屬此類，其最大瞬態(tài)流量只能達到0.0333m3／s～0.0416m3／s左右。其二，如圖5所示，高壓液體通過電機帶動的換向閥1直接對被試安全閥2施加壓力沖擊，測量安全閥進口壓力和瞬態(tài)流量以確定其動態(tài)特性。這種試驗裝置所能達到的最大流量一般只有8.33×10－4m3／s，換向閥的換向頻率只有1.33HZ。目前，國內(nèi)外設(shè)計的大流量安全閥的設(shè)計最大瞬態(tài)流量已達0.1666m3／s，顯然，上述兩類試驗裝置均不能滿足試驗要求。
本實用新型的目的是提供一種能對最大瞬態(tài)流量達0.1666m3／s的各種規(guī)格的液壓支架安全閥進行動態(tài)試驗和性能參數(shù)檢測的試驗裝置，以滿足現(xiàn)有規(guī)格的各種安全閥的試驗要求。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型設(shè)計有瞬態(tài)流量發(fā)生器、控制試驗過程的液壓系統(tǒng)、兩個獨立的高壓泵站、壓力和流量測量系統(tǒng)以及微機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。
瞬態(tài)流量發(fā)生器由高壓缸、加載活塞缸、小油缸、密封件等組成。高壓缸內(nèi)設(shè)置有高壓腔和低壓腔，兩腔室之間用錐閥隔開；在高壓缸上裝有壓力表；高壓缸的一端與加載活塞缸相聯(lián)，另一端與小油缸相聯(lián)。加載活塞缸內(nèi)的加載活塞與低壓腔相鄰，加載活塞桿的端部裝有加速度傳感器。錐閥上連接著細長的彈性預(yù)應(yīng)力桿，該桿的一端固連著小油缸活塞，在小油缸的底部有一可更換的薄金屬膜片，該膜片用膜片固定螺栓固定，小油缸的端部是泄油蓋。瞬態(tài)流量發(fā)生器的各部件的聯(lián)接部位均設(shè)置有密封元件。
控制試驗過程的液壓系統(tǒng)包含有4個單向閥、3個換向閥、2個溢流閥、2個壓力表、加載閥、手動換向閥和壓力繼電器等部件，各部件間通過輸油管相聯(lián)接。
壓力、流量測量系統(tǒng)和微機數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)由加速度傳感器、電荷放大器、濾波器、壓力傳感器、前置放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、微機以及打印機等外圍設(shè)備所組成。
高壓泵站由電機、油泵、單向閥、溢流閥、油箱等組成。
本實用新型通過瞬態(tài)流量發(fā)生器對被試安全閥輸入瞬態(tài)流量進行動態(tài)性能試驗，最大瞬態(tài)流量可達0.1666m3／s，從而滿足了目前各種規(guī)格安全閥的使用要求；流量和壓力測量系統(tǒng)可測量相應(yīng)的瞬態(tài)流量和150MPa以下安全閥的進口壓力，通過高精度(12Bit)高速A／D接口將數(shù)據(jù)送入微機，進行相應(yīng)的計算和單位換算，并將試驗結(jié)果(包括瞬態(tài)壓力、流量曲線和特征參數(shù))顯示在微機顯示屏上，或者打印輸出；同時，系統(tǒng)可對實驗數(shù)據(jù)作進一步處理，得到被試安全閥的頻響特性曲線，以便進行安全閥控制容積修正，從而預(yù)測該閥裝到液壓支架上的實際動態(tài)特性。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作一詳細說明。


圖1為液壓支架安全閥動態(tài)特性試驗裝置原理圖。圖中1、被試安全閥2、加載活塞3、低壓腔4、高壓腔5、錐閥6、壓力表7、彈性預(yù)應(yīng)力桿8、小油缸活塞9、爆破腔10、薄金屬膜片11、泄油蓋12、15、18、21、單向閥13、14、23、換向閥16、22、溢流閥17、20、壓力表19、加載閥24、手動換向閥25、26、高壓泵站27、加速度傳感器28、壓力傳感器29、前置放大器30、A／D轉(zhuǎn)換器31、電荷放大器32、濾波器33、微機、34、打印機等外圍設(shè)備35、壓力繼電器。
圖2是試驗系統(tǒng)電器原理圖；圖3是瞬態(tài)流量發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。
圖1所示的液壓支架安全閥動態(tài)特性試驗裝置包括瞬態(tài)流量發(fā)生器，控制試驗過程的液壓系統(tǒng)，兩個獨立的高壓泵站，壓力、流量測量系統(tǒng)和微機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)五大部分。
瞬態(tài)流量發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它主要由高壓缸43、加載活塞缸37、小油缸49、密封圈38、39、41、44、45、47等組成。高壓缸43內(nèi)設(shè)有充滿液體的高壓腔4和試驗開始前為低壓的低壓腔3，兩腔室間用錐閥5隔開，錐閥5上聯(lián)接著彈性預(yù)應(yīng)力桿7，在高壓缸上裝有壓力表6(見圖1)，高壓缸43的一端是加載活塞缸37，二者用螺栓36固定，加載活塞缸37內(nèi)有加載活塞2，它與低壓腔3相鄰，聯(lián)接處設(shè)有閥套40和閥座42，并通過密封圈38、39、41密封。高壓缸43的另一端是小油缸49，彈性預(yù)應(yīng)力桿7的一端與小油缸活塞8連接，通過爆破腔9的液體壓力對桿7加載，使其壓縮，產(chǎn)生預(yù)壓縮應(yīng)力，在小油缸的底部裝有可更換的薄金屬膜片10，該膜片用膜片固定螺栓48固定，小油缸的端部是泄油蓋11，其聯(lián)接處分別由密封圈44、45、47以及密封套46密封。
控制試驗過程的液壓系統(tǒng)包含有單向閥12、15、18、21，換向閥13、14、23，溢流閥16、22，壓力表17、20，加載閥19，手動換向閥24和壓力繼電器35等部件。手動換向閥24分別與泵站26、單向閥12、換向閥23聯(lián)接；換向閥23與換向閥14、單向閥21以及壓力繼電器35聯(lián)接；換向閥14與單向閥15、21換向閥13連接；單向閥15與壓力表17、溢流閥16、小油缸的爆破腔9聯(lián)接；單向閥21與壓力表20、加載閥19、溢流閥22聯(lián)接；加載閥19與單向閥18聯(lián)接，單向閥18又與高壓泵站25以及高壓缸43聯(lián)接。被試安全閥1的進口與加載活塞缸37左側(cè)的腔室相聯(lián)。
壓力、流量測量系統(tǒng)包括加速度傳感器27、壓力傳感器28、前置放大器29、電荷放大器31、濾波器32等元件。加載活塞2的活塞桿端裝著加速度傳感器27，以加速度信號經(jīng)電荷放大器31放大后通過抗混低通濾波器32及轉(zhuǎn)換器30進入微機33，完成流量測量。被試安全閥1的進口壓力通過壓力傳感器28，經(jīng)前置放大器29及轉(zhuǎn)換器30進入微機33，完成壓力測量。
微機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括有十二位高速A／D轉(zhuǎn)換器30、微機33和打印機等外圍設(shè)備34。
高壓泵站25、26則是由電動機、油泵、單向閥、溢流閥、油箱等組成。
當泵站26通過液壓閥24→閥23→閥14→閥15向爆破腔9供油時，壓力上升，彈性預(yù)應(yīng)力桿7的壓縮應(yīng)力逐漸增大，當增大到接近桿7材料的屈服限時，薄金屬膜片10破裂，腔9內(nèi)的壓力急劇下降到大氣壓力，彈性桿7突然卸載，彈性波以聲速沿桿7的軸向傳播，到達桿端時將錐閥5快速打開，致使高壓腔4的壓力通過加載活塞2和其左腔預(yù)先充滿的液體沖擊被試閥1，使它開啟，產(chǎn)生很大的泄放流量。加載活塞2的活塞桿端裝有加速度傳感器27，該加速度傳感器的加速度信號經(jīng)電荷放大器31放大后，通過抗混低通濾波器32，A／D轉(zhuǎn)換器30進入微機33，然后經(jīng)數(shù)字濾波和積分運算后乘以加載活塞2左側(cè)的環(huán)形面積，得到瞬態(tài)流量數(shù)據(jù)。被試安全閥1的進口壓力由壓力傳感器28測量，經(jīng)前置放大器29和十二位高速A／D轉(zhuǎn)換器30進入微機33。被試安全閥的最高調(diào)定壓力為63MPa，高壓腔4由高壓泵站25供液，最高壓力為80MPa，改變高壓腔壓力與被試安全閥調(diào)定壓力之差值，可使被試安全閥通過不同的瞬態(tài)流量，瞬態(tài)流量的最大值可達0.1666m3／s。由加速度傳感器27、壓力傳感器28、前置放大器29、電荷放大器31、A／D轉(zhuǎn)換器30和微機33以及打印機等外圍設(shè)備34等組成的壓力、流量測量、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，用來實現(xiàn)瞬態(tài)壓力和流量信號的測量、數(shù)據(jù)采集、瞬態(tài)壓力和流量曲線顯示，部分曲線段的擴展；用雙游標讀曲線上任一點的數(shù)值；曲線上選定的特征點數(shù)據(jù)以及被試閥的開啟壓力，最大瞬態(tài)流量、最高瞬態(tài)壓力、壓力超調(diào)率等測量結(jié)果的自動打印輸出。同時，系統(tǒng)軟件具有對安全閥裝在支架上的實際工作特性的預(yù)測功能，即根據(jù)測得的壓力、流量信號，經(jīng)快速富里葉變換和其它相應(yīng)的運算，得出被試安全閥的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)安全閥實際控制容積修正后，得到安全閥在實際工作狀態(tài)下的頻響曲線，由此預(yù)測實際工作特性。
下面結(jié)合圖1和圖2敘述本實用新型的工作過程和操作方法。初始狀態(tài)加載活塞2處于右側(cè)，換好新的膜片10，系統(tǒng)全部電機和電磁換向閥的電磁鐵均處于斷電狀態(tài)，壓力繼電器35的調(diào)定壓力低于膜片10的爆破壓力。工作過程使手動換向閥24處于右側(cè)狀態(tài)，按開關(guān)Sa，泵站26啟動，它所供的油液經(jīng)閥23、14、13回油。按開關(guān)S2、K2通電，K2常開觸點閉合，ZDT通電，泵站26經(jīng)單向閥15向爆破腔9供油，活塞8左移，通過彈性預(yù)應(yīng)力桿7使錐閥5關(guān)閉，當腔9及相應(yīng)管道的壓力上升到壓力繼電器35的調(diào)定壓力時，K2斷開，ZDT斷電，泵站26輸出的油經(jīng)閥13回油，單向閥15使腔9保持壓力，錐閥5繼續(xù)關(guān)閉；同時泵站25啟動，打出的油液經(jīng)單向閥18和加載閥19回油，此時泵站25、26均處于卸荷狀態(tài)。操縱手動換向閥24，使其處于左側(cè)位置，泵站26經(jīng)單向閥12向被試閥1的進口腔供油，使其壓力上升，此時可測量被試閥1的開啟壓力或設(shè)定動態(tài)試驗時被試閥1的初始壓力。然后將手動換向閥24回到右側(cè)位置，按開關(guān)S3，使K3、3DT通電，將經(jīng)換向閥13的回油路切斷，壓力油經(jīng)單向閥21進入加載閥19的活塞腔，將此閥關(guān)閉，泵站25向高壓腔4供油，使其壓力上升。溢流閥22的調(diào)定壓力低于壓力繼電器35的調(diào)定壓力，故壓力繼電器35復(fù)位。觀察壓力表6，當壓力上升到試驗所需的壓力時，按開關(guān)Sb，泵站25停止工作，由單向閥18保持高壓腔4的壓力。當按下開關(guān)S2時，K2、2DT通電，泵站26向爆破腔9供油，腔內(nèi)壓力上升，直至膜片10爆破。膜片爆破，彈性預(yù)應(yīng)力桿7突然卸荷，由于應(yīng)力波的反射，使錐閥5迅速離開閥座開啟，于是加載活塞2受到高壓腔4壓力的沖擊作用，此壓力沖擊通過加載活塞2左側(cè)的液體傳遞到被試閥1的進口，使閥1開啟，液體通過被試閥1泄放，加載活塞2左移，其左右腔和高壓腔4壓力下降，當壓力降到被試閥1的關(guān)閉壓力時，被試閥關(guān)閉，加載活塞2停止左移，試驗過程結(jié)束。按開關(guān)S2、2DT斷電，按開關(guān)S3、3DT斷電；按開關(guān)S1、1DT通電，液控單向閥21開啟，高壓腔4通過加載閥19卸壓。操縱手動閥24，使其處于左側(cè)狀態(tài)，泵站26的高壓油經(jīng)單向閥12進入加載活塞2的左側(cè)腔，使加載活塞2右移，右腔油液經(jīng)錐閥5回到高壓腔4，加載活塞2移到最右位置，回到起始狀態(tài)。這里泵站25只有在泵站26運行的情況下才能啟動。在試驗過程中數(shù)據(jù)自動采集，試驗結(jié)束后將結(jié)果顯示，打印輸出或作二次處理。
權(quán)利要求1.一種礦用液壓支架安全閥動態(tài)特性試驗裝置，其壓力、流量測量和微機數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)包括
→A/D轉(zhuǎn)換器30→微機33及打印機等外圍設(shè)備34，其特征是該試驗裝置設(shè)計有瞬態(tài)流量發(fā)生器、控制試驗過程的液壓系統(tǒng)、兩個獨立的高壓泵站；a、瞬態(tài)流量發(fā)生器包含有高壓缸、分別與高壓缸兩端相聯(lián)的加載活塞缸、小油缸以及各缸體聯(lián)接部位所設(shè)置的密封件等，高壓缸內(nèi)設(shè)置有高壓腔和低壓腔，兩腔室之間用錐閥隔開，高壓缸上裝有壓力表，加載活塞缸內(nèi)的加載活塞與低壓腔相鄰，加載活塞桿的端部是加速度傳感器，錐閥上連接著彈性預(yù)應(yīng)力桿，該桿的一端與小油缸活塞聯(lián)接，在小油缸的底部有一可更換的薄金屬膜片，該膜片用螺栓固定，小油缸的端部是泄油蓋；b、控制試驗過程的液壓系統(tǒng)包括單向閥、換向閥、溢流閥、壓力表、加載閥、手動換向閥和壓力繼電器等，各部件之間通過輸油管相聯(lián)，其聯(lián)接方式是
專利摘要一種礦用液壓支架安全閥動態(tài)特性試驗裝置，由瞬態(tài)流量發(fā)生器、液壓控制系統(tǒng)、高壓泵站、壓力、流量測量系統(tǒng)以及微機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)所組成。本實用新型可以對被試安全閥輸入瞬態(tài)流量進行動態(tài)性能試驗，最大瞬態(tài)流量可達0.1666m
文檔編號G01D21/00GK2083741SQ90200910
公開日1991年8月28日 申請日期1990年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月20日
發(fā)明者熊詩波, 杜嵐松, 張宗熙, 賈躍峰, 楊艾奇 申請人:山西礦業(yè)學(xué)院