液壓支架用大流量安全閥及試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金煥成

摘 要：為滿足大采高大工作阻力液壓支架的發(fā)展需要，對(duì)高壓大流量安全閥進(jìn)行了相關(guān)研究，繪制了液壓支架大流量安全閥的液壓系統(tǒng)回路簡(jiǎn)圖和大流量安全閥結(jié)構(gòu)圖，介紹了安全閥的工作原理，并對(duì)安全閥的主要零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)合高壓大流量安全閥的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了安全閥試驗(yàn)系統(tǒng)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，該安全閥和試驗(yàn)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：大流量安全閥 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（c）-0075-02

煤礦液壓支架的工作可靠性對(duì)煤炭的安全生產(chǎn)非常重要，而液壓支架上面的安全閥是確保支架安全性及使用壽命的關(guān)鍵控制元件，尤其大流量、高壓安全閥，對(duì)大支撐高度和工作阻力的液壓支架尤為重要，是安全閥研究的重點(diǎn)。

高壓大流量液壓支架安全閥有卸荷和支撐兩種作用。在液壓支架正常工作時(shí)，安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，維持支架液壓系統(tǒng)的壓力，保證液壓支架可靠工作；當(dāng)開采工作面出現(xiàn)地壓沖擊時(shí)，大流量安全閥在壓力作用下，要迅速開啟卸荷，防止支架頂板被壓壞，強(qiáng)烈地壓結(jié)束后安全閥立刻關(guān)閉，繼續(xù)保持支架的恒壓。

當(dāng)前液壓支架的發(fā)展方向是大工作阻力和大采高，這對(duì)高壓大流量液壓支架安全閥的特性提出了更高的要求。安全閥的工作靈敏性（動(dòng)態(tài)特性）在液壓支架工作過程中至關(guān)重要，頂板突然來壓或出現(xiàn)沖擊載荷時(shí)安全閥能夠快速開啟、頂板來壓結(jié)束或沖擊載荷消失后，安全閥能夠迅速關(guān)閉是其正常工作的必要特性。對(duì)大流量液壓支架安全閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有各種各樣的困難，因此，在地面建立大流量安全閥的試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)具有理論和實(shí)踐意義。

1 大流量安全閥工作原理及結(jié)構(gòu)組成

圖1為液壓支架安全閥液壓系統(tǒng)回路簡(jiǎn)化圖。在采煤過程中，由于井下地質(zhì)條件的變化，頂板作用在支架頂梁上的壓力會(huì)突然增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過液壓支架的正常工作阻力，致使支架立柱內(nèi)壓力迅速升高并超過安全閥的調(diào)定壓力，這時(shí)大流量安全閥迅速打開，將立柱下腔的乳化液泄出，實(shí)現(xiàn)卸載，保護(hù)立柱不被壓壞。頂板來壓結(jié)束后，安全閥迅速關(guān)閉，保證支架的恒阻性。

大流量安全閥主要結(jié)構(gòu)有閥體、閥芯、閥芯座、彈簧、先導(dǎo)閥芯、先導(dǎo)閥體和調(diào)壓旋鈕等組成，如圖2所示。頂板來壓時(shí)速度影響著安全閥的動(dòng)作順序。頂板來壓速度小時(shí)則安全閥開啟主閥芯小卸油口；頂板來壓速度大時(shí)，高壓油則通過阻尼孔作用先開啟先導(dǎo)閥芯，進(jìn)而主閥芯迅速卸荷，保護(hù)液壓支架。該試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全閥開啟壓力為60 MPa、流量為500 L/min。

2 大流量安全閥主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

安全閥采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，適合高壓大流量工況。

主閥結(jié)構(gòu)采用二級(jí)同心結(jié)構(gòu)?？紤]到水壓傳動(dòng)介質(zhì)的物理化學(xué)特性的特殊性，先導(dǎo)閥采用了錐閥結(jié)構(gòu)。同時(shí)在先導(dǎo)閥芯處加阻尼腔，以加大先導(dǎo)閥芯的運(yùn)動(dòng)阻尼、控制先導(dǎo)閥的穩(wěn)定性，達(dá)到降低降低振動(dòng)及噪聲的目的。

閥的進(jìn)油口通徑計(jì)算公式為：

式中為公稱流量（L/min），為進(jìn)液口的流速（m/s）。經(jīng)計(jì)算取d值為50 mm。

該安全閥出油口采用在主閥體上環(huán)形均布小圓孔結(jié)構(gòu)，出油口為20個(gè)，每個(gè)出油口直徑為15 mm。

3 大流量安全閥試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓源由柱塞泵提供；采用雙作用增壓缸配合符合一定壓力要求的增壓閥來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力連續(xù)的調(diào)節(jié)作用，可方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)的試驗(yàn)功能；采用手動(dòng)操縱閥組控制，這樣可根據(jù)被試閥的具體情況來調(diào)節(jié)試驗(yàn)的時(shí)間，在檢測(cè)的過程中適當(dāng)?shù)亟鉀Q一些表面顯現(xiàn)出來的問題，同時(shí)可以在檢測(cè)的過程中發(fā)現(xiàn)問題的位置以便進(jìn)行維修。對(duì)于密封性試驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要進(jìn)行低壓（2 MPa）和高壓密封試驗(yàn)（安全閥公稱壓力），為使得高低壓密封性試驗(yàn)?zāi)軌蛞淮涡酝瓿?，操縱閥組實(shí)現(xiàn)了高壓與低壓交替轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵摯卧囼?yàn)臺(tái)的被測(cè)閥壓力達(dá)到60 MPa，回路上的小流量卸荷閥降低系統(tǒng)卸荷過程中產(chǎn)生的沖擊。

通過試驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證，該安全閥在頂板來壓時(shí)，壓力快速升高，超過壓力峰值后，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)溢流卸荷，閥的動(dòng)態(tài)壓力超調(diào)率為15%，壓力峰值時(shí)間為15 ms，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間為95 ms，表明該大流量安全閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性較好，滿足設(shè)計(jì)要求。該安全閥試驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)了液壓支架用大流量安全閥，并對(duì)主要零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)了大流量安全閥使用系統(tǒng)，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果表明，該大流量安全閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性較好，安全閥試驗(yàn)系統(tǒng)能夠很好的對(duì)大流量安全閥進(jìn)行試驗(yàn)。

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