新型矿用电磁先导阀驱动器的开发

曾成达，任瑞，董芙蓉

（1.山西平阳广日机电有限公司，山西侯马 043000；2.山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马 043000）

新型矿用电磁先导阀驱动器的开发

曾成达1，任瑞2，董芙蓉2

（1.山西平阳广日机电有限公司，山西侯马 043000；2.山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马 043000）

分析了矿用本质安全型电磁先导阀驱动器在井下使用时所出现的失效形式及故障，总结出在最初设计时，选用电缆连接方式、密封件的密封形式的注意事项，避免了后期使用时产生故障，为以后的矿用电磁先导阀驱动器设计、生产工艺的改进和完善提供了借鉴。

电磁先导阀驱动器；失效形式；现场故障；可靠性；电连接器

随着采煤业趋于智能化方向发展，各种设备之间通过有线和无线的互连形成一个庞大的信息网络。要保证各子系统之间通讯稳定，必须在每一个连接环节保证可靠。矿用电磁先导阀驱动器是矿用液压支架电液控制系统的重要组成部分。电磁先导阀驱动器作为液压支架控制器与电磁先导阀通讯中转站与控制器及先导阀通过矿用通讯电缆连接。目前，煤矿井下驱动器到电磁先导阀通讯电缆均采用德国赫斯曼方形连接器，然而因煤矿井下条件恶略，空气湿度大，地下水酸碱度高等因素，常出现矿用电缆与驱动器连接处密封失效，导致大面积通讯中断等现象。总结市场现有产品的不足，新型矿用电磁先导阀驱动器的结构设计避免了以上问题，为此类产品的发展趋势提供了新思路。

1 矿用电磁先导阀驱动器现场故障及失效分析

1.1 矿用电磁先导阀驱动器现场故障

图1是液压支架上电液控制系统控制及连接方式，整个系统运行中出现故障频率最高的部位在电磁先导阀驱动器处，而电磁先导阀驱动器故障大多表现为电连接器失效。电连接器失效分为两种，一种为电接触失效；另一种为电绝缘失效。

1）电接触失效。电接触失效是电连接器主要失效形式，据统计约占试验和现场失效总数的45.1%[1]，失效形式表现为接触电阻增大和接触对瞬断等。北京邮电大学电接触研究室在电接触基础理论研究方面取得了丰硕的成果[2-3]，研究指出引起电接触失效的主要因素分为环境污染（灰尘、腐蚀）和微动磨损。

2）绝缘失效。绝缘失效是电连接器另一种主要的失效形式，据统计约占试验和现场失效总数的22.3%,绝缘失效主要是电连接器与驱动器外壳之间绝缘电阻下降或出现短路现象。

1.2 故障原因分析

电缆插头与驱动器插座端面的密封通过中间的密封垫保证,密封垫为矩形垫，压缩量仅通过中心的紧固螺钉预紧，连接结构为电磁先导阀驱动器与电缆连接方式，见图2。此种密封方式在静态环境下密封效果尚可，但在动态环境下，如电缆被拉扯时，紧固螺钉作为杠杆支点，电缆插头会相对转动，导致密封垫一个或者多个面失效，井下酸碱水流入插座内对接插件接触点进行腐蚀。此种失效形式正是电接触失效中微动及腐蚀因素引起的，因此，采用以上方式的连接及密封不可靠，在工作面正常开采时出现大面积故障时，不但有安全隐患，而且对客户及厂家都将造成不可估量的经济损失。

目前，国内外矿用电磁先导阀驱动器产品材料大多为不锈钢。通过分析产品使用环境、接插件表面缺陷、接插件内部缺陷以及接插件、产品外壳材料等，产生绝缘失效的主要因素为煤矿井下潮湿的环境和产品材料。如杨奋为[4-5]在其发表的多篇关于电连接器失效分析的文章中分析了绝缘失效问题，从失效的案例中总结出绝缘失效的原因包括设计质量、材料质量、工艺质量、检验质量和使用质量等方面的问题。

2 新型矿用电磁先导阀驱动器优点

新型矿用电磁先导阀驱动器结构，见图3。通过分析现有电磁先导阀驱动器连接失效原因，借鉴国内在电连接器可靠性研究结果及试验方法标准，如陈文华等[6-9]对航天电连接器在振动、温度、湿度综合应力下的模拟实验结果。电磁先导阀驱动器连接方式采用M12四芯航空插头，见图4，通过内部O型圈密封，螺纹连接更可靠，其防护等级为IP67，接触件材料为铜合金，材料接触表面为镍金，插座外壳材料为铜合金。

新型矿用电磁先导阀驱动器外壳材料为PPS（Phenylene sulfide），通过模具精铸而成，PPS材料电绝缘性优良，着色性、耐水性、化学稳定性良好，有优良的阻燃性，通过加入玻璃纤维改性后，冲击强度大为提高，耐热性和机械性能也有所提高，最主要的是价格低廉，具有较大的市场竞争力。

3 结束语

影响液压支架电液控制系统的稳定性因素很多，因产品之间通讯电连接器出现故障的频率最高。电磁先导阀驱动器电连接器出现故障是现场使用中较严重的问题。新型电磁先导阀驱动器所采用的电连接器及外壳材料将避免或者减少以上故障现象，同时提升整个电液控制系统的可靠度。由此总结类似经验，改进支架电液控制系统其它部位连接方式。在新产品的开发过程中我们必须通过理论分析、型式试验、工业试验等手段选择可靠性更高的电连接器，设计和开发出性能更加稳定的矿用产品。

[1]潘骏.航天电连接器震动可靠性建模与评估[D].杭州：浙江大学，2002.

[2]张继高.大力发展电接触科学-一门重要交叉科学[J].中国机械工程，1999,10（9）：966-968.

[3]李雪清，张继高.镀金表面微孔腐蚀的电接触特点[J].电工技术学报，2004,19（9）：51-56.

[4]杨奋为.航天用电连接器的失效分析[J].机电元件，1996,16（1）：40-43,47.

[5]杨奋为.航天电连接器的失效预防[J].机电元件，2001,21（4）：41-47.

[6]陈文华，潘骏，卢献彪，等.航天电连接器的振动可靠性建模[J].航天学报，1997,18（16）：732-734.

[7]陈文华，崔杰，潘骏，等.航天电连接器的振动可靠性试验与分析[J].航天学报，2003,24（4）：342-345.

[8]陈文华，李红石，连文志，等.航天电连接器环境综合应力加速寿命试验与统计分析[J].浙江大学学报（工学版），2006,40（2）：348-351.

[9]陈文华，柴新，潘骏，等.Weibull寿命型产品可靠性加速验证试验方法[J].浙江大学学报（工学版），2001,35（1）：5-8.

Development of Electromagnetic Pilot Valve Drive in Mines

ZENG Chengda1,REN Rui2,DONG Furong2
(1.Shanxi Pingyang Guangri Electromechanical Co.,Ltd.,Houma 043000,China; (2.Shanxi Pingyang Industry Machinery Co.,Ltd.,Houma 043000,China)

Failuremodes of intrinsically safe electromagnetic pilot valve drive inmines were studied. It concluded precautions for the connection of electrical cables and the sealing of seals in initial design so as to avoid the failure in later application,which could be a reference to the future design of the drive and the improvement ofproduction techniques.

electromagnetic pilot valve drive;failuremode;field failure;reliability;electrical connector

TD63

A

1672-5050（2015）05-0075-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.025

（编辑：樊敏）

2014-04-22

曾成达（1984-），男，甘肃白银人，大学本科，工程师，从事矿用产品设计与开发工作。