硬密封液壓支架用安全閥的研究與開發(fā)

謝 瑞（巨隆集團蕪湖興隆液壓有限公司，安徽 蕪湖 241100）

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硬密封液壓支架用安全閥的研究與開發(fā)

謝 瑞
（巨隆集團蕪湖興隆液壓有限公司，安徽 蕪湖 241100）

摘 要：該文在對液壓支架用安全閥在煤礦綜采中的作用和使用的環(huán)境進行了簡要的介紹之后，詳細地分析了該閥的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和設計過程。采用理論和實際相結(jié)合的方法，成功地開發(fā)了一種新型大流量硬密封安全閥，該安全閥已經(jīng)大批量投入使用，用戶反應良好。

關(guān)鍵詞：煤礦液壓支架用閥；安全閥；溢流閥

1　背景技術(shù)

隨著煤礦綜采液壓支架的大規(guī)模的實施和發(fā)展，安全閥能否在承受高壓的情況下，短時間及時充分穩(wěn)定的卸荷直接影響支架的使用壽命和支護安全，它不僅會損害密封件、管道和液壓元件，而且還會引起震動和噪聲；有時使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn)生誤差?，F(xiàn)有安全閥的密封可靠性較差，閥芯與閥座之間的密封效果不理想，閥芯表面設置的用于安裝密封件的溝槽加工精度不易控制。另外，閥殼內(nèi)部的彈簧腔處于開放狀態(tài)，防塵、防水和防銹效果差，減少安全閥的使用壽命。為了有效提高煤礦綜采單位的問題，我公司在針對傳統(tǒng)產(chǎn)品密封機構(gòu)及裝配方式的基礎上，結(jié)合當前液壓支架使用實際情況，研制開發(fā)了該安全閥。

2　安全閥的設計內(nèi)容

本項目為設計一種硬密封安全閥，目的是提高密封可靠性。本項目的安全閥，閥芯和閥座均采用金屬材質(zhì)制成，閥芯與閥座之間實現(xiàn)小錐度金屬環(huán)線硬密封接觸，密封可靠性大大提高，密封性能好，而且設置閥芯組件用于控制進液孔至排液孔的油路的通斷，可實現(xiàn)大流量溢流，安全閥流量大大提高，短時間的快速溢流可以縮小閥芯組件的軸向位移，閥芯組件軸向位移縮小可以使復位彈簧的軸向形變減小，最終可以降低壓力波動。

3　附圖說明

本說明書包括以下附圖，所示內(nèi)容分別是：

圖1是本項目安全閥的剖視圖；圖2是處于關(guān)閉狀態(tài)時閥芯的受力示意圖；圖3是閥芯對高壓液體的反射示意圖；

圖中標記為：1、調(diào)壓螺絲；2、復位彈簧；3、閥殼； 4、彈簧座；5、閥墊； 6、閥芯； 7、閥座；8、接頭。

圖1

圖2　

圖3

4　具體實施方式

對照附圖，通過對實施例的描述，對本項目的具體實施方式作進一步詳細的說明，目的是幫助本領域的技術(shù)人員對本項目的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解，并有助于其實施。

如圖1所示，本項目安全閥中，閥芯與閥座均采用金屬材質(zhì)制成，當閥芯與閥座接觸且將過液孔關(guān)閉時時，閥芯與閥座之間實現(xiàn)硬密封，也即圓環(huán)線密封，相對于軟材質(zhì)的密封，硬密封不僅密封性能好，還能耐超高壓，可有效地延長密封副的使用壽命。

如圖2示，閥芯6具有對流向排液孔的油液起到反射作用的凹陷結(jié)構(gòu)。凹陷結(jié)構(gòu)為設置于閥芯6的朝向進液孔的端面上的凹槽，來自第一過液孔的高壓液體在曲面上會分成軸向分力Fn和徑向分力Fr，分力Fr與在外圓和背面由支撐件產(chǎn)生的作用力Fa和Fb的共同作用下，對接頭密封部位產(chǎn)生擠壓力，并隨液體壓力增加而增大，而端面為平面的閥芯就不能產(chǎn)生這樣的效果，因此相比較沒有凹陷結(jié)構(gòu)的閥芯，能夠承受更高的壓力。

如圖3示，當安全閥開啟并大流量溢流時，閥芯6因內(nèi)凹弧面的反射作用，流動的高壓液體在閥芯6的中心區(qū)域產(chǎn)生無序紊亂流動，這種無序紊亂流動的壓力液體對閥芯6接觸面形成持續(xù)的壓力作用，使得閥芯6穩(wěn)定的壓在背后的支撐面上，保證溢流通道的開度不變，解決安全閥開啟后液流不穩(wěn)定的問題，保證安全閥在開啟后系統(tǒng)壓力平穩(wěn)，確保實現(xiàn)快速溢流。

5　技術(shù)內(nèi)容

本項目主要適用于煤礦綜采對于液壓元件大流量和高可靠性要求，同時實施和發(fā)展的標準項目產(chǎn)品圍繞國家安全生產(chǎn)北京礦山支護設備檢測檢驗中心出具的相關(guān)安全標準為基礎展開。公司成立了研究開發(fā)小組，從產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性、高壽命等用戶關(guān)心的問題入手，在結(jié)構(gòu)設計、產(chǎn)品用材、配件選擇、生產(chǎn)工藝等方面進行選擇和創(chuàng)新，在充分調(diào)查和對比分析的基礎上，組織技術(shù)人員分組試驗，確定了產(chǎn)品整體設計方案、主要部件生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù)。在相關(guān)標準的指導下終于開發(fā)出符合國家安全標準認證要求的新型安全閥。

6　結(jié)束語

我公司的新型安全閥采用小錐度金屬環(huán)線硬密封，較傳統(tǒng)橡膠密封結(jié)構(gòu)大大提高了安全閥的耐用性能。采用單向閥式開啟結(jié)構(gòu)，單位截面液流通徑大，從而減小了整個閥殼的直徑，閥殼體積小更緊湊。整體分別由接頭、閥芯、閥座、彈簧、閥殼等零件組合而成，零件數(shù)量少，從而累計誤差更少，可靠性更高。該閥目前已經(jīng)各項性能測試并已經(jīng)成熟應用，具有很好的市場開發(fā)優(yōu)勢和推廣應用價值。

參考文獻：

［1］王積偉.現(xiàn)代控制理論與工程［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.019

作者簡介：謝瑞（1988-），男，安徽懷寧人，本科，中級工程師，研究方向：機械機電。