1、2015年第5期 煤矿机电 83 徐琦密封件超高压及冲击试验台的设计J煤矿机电，2015(5)：83-85doi：1016545jcnkicruet2015 05024 密封件超高压及冲击试验台的设计水 徐琦 (天地科技股份有限公司开采事业部，北京100013) 摘 要： 考虑到液压支架密封件在实际工作时，承受超高压强的同时伴随有压力载荷的波动。在 现有液压支架立柱千斤顶密封件性能检测试验台的基础上，设计出具有冲击加载功能的性能检测 试验台，模拟密封件的现场工作受力情况。该试验台加载最高压力可达60 MPa，更贴近实际生产 时液压支架的工作情况。 关键词： 液压支架；密封件；超高压；冲击加载
2、中图分类号：TH703 文献标识码：B 文章编号：10010874(2015)05008303 Design of Seal Test Rig for Super High Pressure and Impact Xu Qi (Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science&Technology Co，Ltd，Beijing 100013，China) Abstract： In consideration of that the seals of hydraulic support sustain super high pressure
3、accompanied by fluctuation in actual working conditions，a test rig has been designed on the basis of existing one for post and cylinder of hydraulic supportThe rig serves the function of impact loading to simulate the working condition of the seals in siteThe max loading pressure of the rig can be 6
4、0 MPa，which is more close to the actual work condition of the hydraulic support Keywords：hydraulic suppo；seal；super high pressure；impact loading 0 引言 科学合理地解决液压支架的密封问题，保证液 压支架立柱千斤顶密封可靠性是当务之急。本文通 过实验合理选择密封圈，解决液压支架的泄漏问题。 1原始试验台方案 现有的密封件性能检测试验台(图1)，是由泵 站通过控制额定工作压力为16 MPa的驱动油缸来 推动试验油缸，而试验缸内的压力则是由超高压手 动液压
5、泵手动加压到315 MPa后，通过截止阀保持 恒定压力，实际试验时，中间活塞和活塞杆随着加载 和卸载承受冲击载荷。 高压及冲击性能试验台需要用增压式液压缸， “十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAK04B08) 差动提供超高压及冲击载荷。可利用驱动部分油缸 和冲击增压部分液压缸合成一体的组合式增压液压 缸设计，用驱动部分油缸带动不同缸径的冲击增压 液压缸，达到高压及冲击加载的要求，如图2所示。 1一驱动油缸；2一试验缸 图1现有试验台液压原理图 84 煤矿机 电 2015年第5期 F1=P1Sl=Fz=P2S 式中，F 为驱动部分液压缸受力；P 为驱动部 分液压缸内部压强；S 为驱动
6、部分液压缸有效作用 截面积；F2为冲击增压部分液压缸所受力；P 为冲 击增压部分液压缸内部压强；S：为冲击增压部分液 压缸有效作用截面积。 n 油 L厂 一 F1=尸1 1 扎化散ll罕气 油 冲丰憎,g-r 驱动油缸 图2冲击加载缸示意图 2密封件性能试验台设计 考虑到两个不同截面液压缸焊接的困难，以及 试验台的工作可靠性。将原有的组合式液压缸简化 成单活塞杆差动式液压缸，如图3所示。 图3单活塞杆差动式液压缸示意图 试验台液压原理图如图4。驱动油缸和冲击加 载缸所用的工作介质都是液压油，可用同一个油箱。 手动高压泵的箱体内的介质为综采液压支架所使用 的乳化液，各箱体内部都载有过滤装置。试验
7、台工 作时，液压泵站经过三位四通阀控制驱动油缸来驱 动试验缸进行往复运动，试验缸是由泵站经过两位 三通阀来实现控制冲击加载。 1 洄 非 ( 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一J 一一一一 一一一一 一一一一一一 J 1一驱动油缸；2一试验缸；3一冲击加载缸；4一手动高压泵； 5一K型二位三通阀；6一溢流阀；7一M型三位四通阀 图4试验台液压原理图 3冲击加载缸设计 冲击加载缸的作用是为试验缸提供超高压冲击 载荷。冲击加载缸液压原理图如图5所示，A区为 液压泵站部分；B区为添液部分。 1、2一压力传感器 图5冲击加载缸液压原理图 (1)液压缸内径D 冲击加载缸所用液压泵流量为25 Lmin
8、，执 行机构的速度 25 dinrain，则： D：874生 V 式中：D液压缸内径，m； q 液压泵流量，tit。s； 液压缸输出速度，rnmin。 计算出的液压缸直径按缸筒内径尺寸系列圆 整，冲击加载缸的内径D取8O mm。 (2)液压缸外径D 对于中高压系统，或 932时，液压缸厚度一 般按厚壁筒计算。当缸体有塑性材料制造时，缸筒 厚度应该按第四强度理论计算： 6 ( 一 ) 式中：6液压缸缸筒厚度，m； p 试验缸压力，工作压力P16 MPa时， P =125p； 液压缸的内径，m； 缸体的许用应力，MPa 为了满足超高强度的需求，选取的材料为 27SiMn，并经过调质处理， =200
9、250 MPa。计 算的厚度值按GB 8713-1988圆整后为20 inm。故 缸体外径D =D+26为120 mm。 2015年第5期 煤矿机 电 85 (3)活塞杆直径d 当系统工作处于稳定的状况下，活塞杆仅承受 轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉、压强度来计算。 d35710 式中： 活塞杆材料的许用应力，MPa； 对于冲击加载缸的增压比初步要求 2。计 算出来的活塞杆的直径按活塞杆外径系列圆整成标 准值，d取63 mm。 (4)液压缸行程s 液压缸行程S主要依据机构的运动要求来选 取，经过综合考虑液压缸行程取100 mm。 (5)液压缸油口直径 液压缸的油口直径应根据液压缸中活塞运行的
10、最高运动速度 和油口最高液流速度V。而定。 一o 3。 式中：do液压油口直径，m； D液压缸内径，m； 液压缸最大输入速度，mmin； 油口液流速度，ms。 经计算冲击加载缸的油口直径为M22 X 15。 (6)液压缸的联接 缸头法兰采用螺栓联接，螺栓材料选用高强度 27SiMn。 缸体和缸盖采用螺栓联接时，螺纹处拉应力为： KF 一4 dz Z 螺纹处的切应力为： K1KFdo 02 Z 合成的应力为： = +3r 13 】 式中：P缸体内部压力，Pa； s缸内液体有效作用面积，m 。 z螺栓数； 螺纹处的拉应力，Pa； 螺纹拧紧系数，静载时，取K=125 15；动载时，取K=254； 螺
11、纹摩擦因数，一般取K =012； dn螺纹外径，m； d 螺纹内径，m。当采用普通螺纹时：d = d01082 5t； 螺纹螺距，m； D液压缸的内径，m； 螺纹处的切应力，Pa； 【 螺纹材料的许用应力，Pa； F缸体螺丝处所受拉力，N。 由于为动载荷，螺纹拧紧系数 取4，缸体螺丝 处所受拉力为： F=P X S 经过计算得出，当螺栓数Z=4时，螺栓的螺纹 内径d ：2758 mm，为M30高强度螺栓，其性能等 级要求为109或129。 4结语 综采液压支架的运用大大的提高了煤矿生产的 效率，对于液压支架的相关研究有着实质性的意义。 而密封件高压及冲击性能试验台在原有的密封件性 能检测试验台
12、上做了进一步的设计改进，为选用密 封件提供了一定的依据，该试验台加载压力最高可 达60 MPa，并且能够进行冲击加载，更加的贴近实 际生产时液压支架的工作情况。但还有可以进一步 改进。如减小冲击加载缸的缸筒直径，试验台的电 控系统可以用PLC控制，这样会使整个电控系统更 加简洁，可靠性更高。 参考文献： 1 王国法煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展J 煤炭科学技术2010，38(1)：6369 2李秀轩液压支架立柱、千斤顶用新型密封件的研究J煤矿 机械，2001(1)：15 16 3张唏，刘杰，徐琦，等液压支架液压缸密封件密封性能评价技 术研究J煤炭科学技术，2011，39(6)：557 4 马晓东液压支架用密封技术的现状和发展J煤矿开采 2006，11(2)：80-81 5王国法液压支架技术体系研究与实践J煤炭学报2010， 35(11)：1903-1908 6陈启松液压传动与控制手册M上海：上海科学技术出版 社，2006 7 王积伟，章宏甲，黄谊液压传动M北京：机械工业出版社， 2011 作者简介：徐琦(1988一)，男，助理工程师。2012年毕业于中国矿 业大学(硕士学位)，现主要从事采矿技术相关研究工作。 (收稿日期：20150323；责任编辑：陶弛东)
