掘进机常用平衡阀的特性比较分析

王海亮

（潞安集团李村煤矿， 山西 长治 046600）

引言

平衡阀大多被配置在掘进机内液压系统的油缸回路之中，其主要发挥安全保护、维持负载等作用。平衡阀所配置的油缸主要有回转、升降、伸缩等几个类型，其中升降与回转两个油缸可以对截割部的运动进行控制。在煤岩截割的过程中，这两个油缸会因交变冲击的荷载力而受到冲击，进而使平衡阀受到极大的损坏。以上这些问题都与平衡阀所具有的性能存在一定的关系，但是平衡阀的生产商并没有提供具体的特性参数[1]，应当针对掘进机最常应用的三类平衡阀进行对比分析，即德国的力士乐、美国的升旭和国产的。本文通过对其进行结构对比、理论研究及试验检测，对平衡阀所具备的先导增益性及开启复位性进行详细的对比研究，为选择出最佳的平衡阀提供可靠依据。

1 平衡阀的结构

选择最常使用的3 种平衡阀：德国力士乐的平衡阀VBSN-12A、美国升旭的平衡阀CBEG-LJN、国产的平衡阀，其构造示意图分别为图1—图3。根据这些构造图可以充分掌握各个类型阀的特征，特别要重视主阀芯的构造及密封的形式[2]。这是因为主阀芯所形成的移动摩擦力将会受到密封形式的影响，而移动摩擦力与阀芯作出的动作响应之间存在一定的关系，平衡阀会因摩擦力的不同而产生不同的开启复位特征。

图1 VBSN-12A 的构造示意图

图2 美国升旭平衡阀CBEG-LJN 结构示意图

根据图1—图3 可知，力士乐内部所配置的主阀芯主要有三道密封，其中主要有斯特封和开口聚四氟乙烯环，分别为1 和2 道，但2 道所产生的移动摩擦力基本为零，1 道的移动也未形成较大的阻力，因此这类平衡阀的主阀不具备较大的摩擦阻力，升旭内部所配置的主阀芯主要有两道密封，其主要为开口聚四氟乙烯环和O 形圈，均为1 道。由于O 形圈存在严重的摩擦力[3]，阀芯也出现了过大的移动阻力，国内所制造的平衡阀中仅仅设置了1 道密封，即无开口聚四氟乙烯环，但是它可以在主阀芯与阀套之间产生过大的挤压力，因此，当阀芯产生运动时会出现较大的摩擦力，甚至于很难用手将主阀芯安装到阀套之中，因此必须采用相应的辅助设备。根据上文所进行的研究及装配的实际状况，这三种阀体中的主阀芯所形成的摩擦力，如表1 所示。

图3 国产平衡阀结构示意图

表1 三种阀体内主阀芯的摩擦力

2 平衡阀特性的理论研究和试验测试

分别将这三种类型的阀进行分解与分析，其结果如表2 所示。

表2 主要技术参数表

2.1 先导增益特性

由于先导压力所产生的改变将会对流量产生一定的影响，而该特性的作用就在于对这种影响进行有效的阐述。增益过小，先导压力产生的波动较大，流量变化较小，则其具备较强的稳定性，反之，将不具备良好的稳定性。

阀芯所具有的行程大小将会对流量造成较大的影响，同时对于先导增益性，可以运用单位行程中所需要的先导压力值来进行描述，详见表3 所示。

表3 先导增益特性的实际理论计算情况表

平衡阀从开启到输出定流量流体所需要的先导压力变化数值可以将阀所具有的先导增益性进行充分显示。因此，增益将会随着所需压力的减小（增大）而减小（增大）。将试验的流量设定为20 L/min，其结果见表4 所示。

表4 先导增益特性实际试验情况表

通过对表3 和表4 进行比较分析发现，对于以上三种阀的先导增益性而言，其理论数值与试验结果相一致。

2.2 开启复位特性

这种特性是对平衡阀的质量进行检测的一个关键指标，与油缸的安全性及保压性、对液压体系造成影响的实际压力等存在较大的关系，该特性可以利用复位/开启的压力值来进行判断，其数值越大，则表示该特性越好。

对该特性产生影响的因素主要有两种，分别为移动摩擦力和弹簧所具有的预紧力。摩擦力的数值会随着预紧力的增加而不断降低。开启复位所具有的比值也将会越高。

为了有利于对比分析，设定开启压力的数值为28 MPa，并依靠相关的数据来进行计算，下页表5 所表示的为弹簧的预紧力。

通过对这三种阀所具有的开启复位性进行试验检测，其结果如下页表6 所示。

通过对该表进行分析，国内所制造的平衡阀配置的弹簧具备较大的预紧力，但是根据上页表1 可知，当该阀芯具备较大的移动摩擦力时，其开启复位性及动态响应性将不具备较好的数值。而表6 中的结果也充分证实了这一观点，因此，对上述三种阀所具有的开启复位性开展的理论研究与试验检测具备一致的结果。

表5 弹簧预紧力的情况表

表6 开启复位特性实际试验情况表

3 结论

1）德国制造的力士乐不存在有效的先导增益，但是具备较好的稳定性及平衡性，弹簧有着较大的预紧力，阀芯不具备较高的移动阻力，但具备较好的开启复位性。

2）美国生产的升旭平衡阀因其主阀芯采取的密封形式为O 形圈，具备较强的摩擦力，可以将主阀芯出现的动态响应来进行客观反映，与力士乐平衡阀相比，该平衡阀要具备更高的先导增益性，且具有较好的可靠性及平衡性，但是其不具备较好的开启复位性。

3）国内生产的平衡阀具有较好的先导增益性，但不具备较强的稳定性及平衡性。启动与复位较为困难，因此该性能较差。

由上述可知，对于掘进机所需要的平衡阀，建议其选择具备先导增益性及启动复位性的德国力士乐平衡阀，确保设备可以持续稳定地运行。