高性能大流量抗冲击安全阀试验装置研制.pdf

第 1 7卷 第4期 总第 1 0 7期 2 0 1 2年 8月 煤矿 开采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 7 N o ． 4 S e r i e s N o ． 1 0 7 Au g us t 201 2 高性能大流量抗冲击安全 阀试验 装置研制 侯刚 天地科技股份有限公司 开采设计事业 部 ，北 京 1 0 0 0 1 3 [ 摘 要] 针对 目前国内高性能抗冲击大流量安全阀检测装置空白的问题，研制了可有效模拟 煤矿井下液压支架立柱在顶板瞬间冲击来压立柱全动态过程 的试验台，采用 N I多功能 D A Q模块和 L a b V I E W 软件开发 了试验台控制与采集处理系统，解决了大流量安全阀检测难题。 [ 关键词] 高性能；大流量安全阀；试验装置 [ 中图分类号]T H1 3 7 ． 5 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 2 0 4 0 0 4 1 ． 0 3 De v e l o pme nt o f Te s t De v i c e f o r An t i ． i mpa c t Sa f e t y Va l v e wi t h Hi g h Pe r f o r ma n c e a n d La r g e Fl o w H0U Ga n g C o a l Mi n i n g＆ D e s i g n i n g D e p a r tme n t ， T i a n d i S c i e n c e＆T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a Ab s t r a c t At p r e s e n t ，t h e r e i s n o t e s t d e v i c e f o r s a f e t y - v a l v e w i t h h i g h p e r f o r ma n c e a n d l a r g e f l o w i n Ch i n a ．A t e s t p l a t f o rm c o u l d s l m u l a t e p r o p ’S w h o l e d y n a m i c p r o c e s s o f u n d e r g r o u n d p o w e r e d s u p p o a t i m p a c t i n s t a n t w a s d e v e l o p e d ．N I m u l t i f u n c t i o n D A Q m o d u l e a n d L a b VI E W s o f t wa r e we r e a d o p t e d t o d e v e l o p c o n t r o l l i n g a n d c o l l e c t i n g s y s t e m o f t e s t p l a t f o r m ， wh i c h s o l v e d d i ffi c u l t p r o b l e m o f d e t e c t i n g s afe t y v a l v e wi t h l a r g e fl o w ． Ke y wo r d sh i g h p e rf o rm a n c e；l a r g e fl o w s afe t y v a l v e ；t e s t d e v i c e 1概 述 随着煤矿井下液压支架逐步向大吨位 、大缸径 方向发展 ，安全阀也在 向大流量时代转变 ，通常所 说的大流量安全阀是指工作流量在 1 0 0 0 L ／ mi n以上 的安全阀⋯。大 流量安 全 阀工作 过程具有短 时瞬 变性 、动作时间短、动作压力高、动作流量大等特 点。其主要技术参数是流量和工作压力 。 安全 阀的卸载流量越大对液压支架 的保护作用 就越好 j ，随着 高性 能大流量安 全 阀流量 的不断 增大，对安全阀盼 I生能的试验和检测装置就显得尤 为重要。 目前 国内对大流量安全阀的检测和试验基 本属于空 白_ 3 J ，国外也仅有极个 别 国家具 备基本 的试验和检’狈 4 能力。因此 ，研制高性能抗冲击大流 量安全阀试验装置尤为重要 ，该装置可以广泛应用 于煤矿大流量安全阀出厂试验 。 2 试验装置的工作原理 对小流量安全阀的性能测试是与工作面顶板缓 慢下沉相适应的，整个过程 比较缓慢 ，基本上是静 态的；大流量安全阀是针对液压支架瞬间冲击卸载 而设计的 ，是动态的性能测试 ，要能测出液压支架 在冲击荷载下立柱安全 阀从开启 、溢流到关闭的全 过程 ，这个过程一般在 2～ 3 s 内全部完成 。 本次研制 的试验装置能有效地模拟煤矿井下顶 板快速下沉及大面积垮落所具有 的能量 ，能在短时 间内释放 。随着能量的释放 ，压力应呈下降的趋势 与井下液压支架实际工况相符合 。试验装置主要 由 乳化液箱 、增压泵、精密过滤器、电磁 阀组 、蓄能 器 J 、液源集配器 、液控装置 、增压器 、安全阀、 传感器 、采集器和工控机等几部分组成 ，试验装置 组成框图如图 1所示。 本试验装 置采用 了 9个 1 0 0 L 、3 1 ． 5 MP a的蓄 能器组成 高压 源 ，分成 2组能量 集 中到液源集配 器 ，再 由液控装置来完成大流量安全阀在冲击状态 下测试的全过程 。被测安全 阀接 在增压 器的高压 腔 ，试验开始时开启增压泵 ，液控装置使增压器复 位 ，打开电磁阀向蓄能器充液和增压缸高压腔加压 到安全阀的预设压力 ，一般在 6 0 ％左右调定压力 ， 当蓄能器和被试 阀达到设定压力时 ，打开快速开关 阀向增压器供液 ，给被试安全阀快速加载 ，完成安 全阀的开启 一 溢流 一 关闭 的全过程 ，同时采集器实 时采集各类传感器的实时信号并将信号传送至工控 机完成数据处理 。最后测 出安全阀调定压力 、最高 [ 收稿 日期 ]2 0 1 2 0 4 1 3 [ 作者简介]侯刚 1 9 8 2 - ，男， 辽宁丹东人，助理工程师，主要从事煤矿自动化研究。 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 7期 煤矿 开 采 2 0 1 2年第 4期 图 1 试验装置组成 压力 、开启压 力 、关 闭压力 、最大流 量、平均 流 量 、开启响应时间等参数。同时研制了液压控制装 置活塞技术 ，解决 了蓄能器能量瞬问释放 ，并将高 压液体接到增压器给安全阀瞬间加载 ，实现 了安全 阀的快速开启及最小的阻力损失。考虑到实验过程 压力高 、流量大 ，采取了一定的安全措施 ，提高了 试验装置的耐压能力 ，并在液压系统中加了起保护 作用的超高安全阀，防止安全阀不能开启时造成系 统的压力过载。 3试验装置控制与采集系统下位机设计 3 ． 1 试验装置检测的数据 安全阀的冲击试验是在动态 中完成的，配置测 试 的传感器及数据采集 系统 ，具有 良好 的动态特 性 。高性能大流量抗冲击安全阀试验装置需要测试 的数据是压力和流量。压力需要测得安全阀的实时 压力、增压缸压力和储能器压力 ，选用 3个量程 0 ～ 8 0 MP a 、精度 0 ． 5 ％F S 、输 出信号为 0～ 5 V的压 力传感器。流量的测量是通过测得立柱内活塞位移 量获得的 ，流量计算公式 一盯 一r h 6 1 0 t 式 中，， J 为流 量，L ／ mi n ；R为立柱 半径 ，m m；r 为位移传感 器杆半 径 ，mm；h为活塞 移动位 移 ， mm；t 为活塞移动时间，S 。 由式中可以看 出 ，r 为衡量 ，只要测得活塞 的位移量和对应的时间即可算得流量的大小 ，选用 42 量程 0～8 0 0 r n m、精度 0 ． 1 ％F S 、输 出信号 0～5 V 的位移传感器 。 3 ． 2 下位机 的选择 大流量安全阀的工作过程非常短 ，一般在几百 毫秒 内即可完成整个卸压过程 ，要求采集装置具有 采样精度高 、响应速度快等特点。本次试验装置需 高精度快速采集 3 个压力模拟量信号和 1 个位移模 拟量信号，同时需要输出 4个数字量信号去控制电 磁阀。本次试验装置选用美 国 国家仪器 N I 有 限公司产品 U S B - 6 2 1 0多功能 D A Q模块 ，该模 块 拥有 1 6路模拟量输人 1 6位 ，2 5 0 k s ／ s ，可 以满 足对 4路模拟量信号的高速精确采集 ，该模块拥有 4路数字量输出，可以满足对 4个电磁 阀的及时控 制，同时拥有 2个 3 2位计数器／ 定时器 ，采用灵活 移动的 U S B总线供 电方 式 ，同时 U S B一 6 2 1 0多功 能 D A Q模块能与上位机 L a b V I E W 软件完美兼容 。 4 试验装置控制与采集系统上位机设计 4 ． 1 L a b V I E W 数据采集系统简介 上位 机 选 用 L a b V I E W 数 据 采 集 系 统，L a b ． V I E w 是基于计算 机系统的数字化测量测试仪器 ， 其利用数据采集模块完成一般测量测试仪器的数据 采集功能，利用上位机系统完成对所获得数据 的分 析 、处理 、显示和打印等功能。 4 ． 2 L a b V I E W 数据采集系统控制及显示界面设计 为了方便对试验参数和控制过程的设定 ，上位 机采用了压力和时间 2种控制方式 ，对立柱 、增压 缸 、储能器既可分别设定压力也可 以分别设定充液 时间，当检测压力值或者充液时间有一个达到设定 值时即执行相应控制动作 ，考虑到电磁阀动作需要 时间，上位机分别对立柱 、增压缸 、储能器设计了 等待时间设定窗口，为了便于观察纪录曲线，设计 了采集及采样时间设定窗 口，上位机可 以对采样频 率 、采样最大压力及最小压力进行设定。为了方便 数据归类存储 ，上位机设 计了生成文件名的窗 口， 以及对系统运行过程的参数修改 、开始 、退出等功 能按钮。 4 ． 3 报表的设计 试验结束 时将 自动生成报表 ，报表将 以 Wo r d 形式保存 ，在试验开始前通 过上位机输入报 告编 号 、样品名称 、样品型号 、试验 次数 、样品编号 、 公称压力、公称流量 、调节压力 、试验人员 、审核 等相关数据。试验报表除了上述基本数据外，在对 试验测得数据进行处理后得 到最大压力 、开启 压 力 、关闭压力 、最大流量及 其对应位移 和对应 时 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m