硬密封液壓支架用安全閥的研究與開發

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

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境進行了簡要的介紹之后，詳細地分析了該閥的結構特點、工作原理和設計過程。采用理論和實際相結合的方法，成功地開發了一種新型大流量硬密封安全閥，該安全閥已經大批量投入使用，用戶反應良好。

關鍵詞：煤礦液壓支架用閥；安全閥；溢流閥

1　背景技術

隨著煤礦綜采液壓支架的大規模的實施和發展，安全閥能否在承受高壓的情況下，短時間及時充分穩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生誤差。現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，閥殼內部的彈簧腔處于開放狀態，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，我公司在針對傳統產品密封機構及裝配方式的基礎上，結合當前液壓支架使用實際情況，研制開發了該安全閥。

2　安全閥的設計內容

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制成，閥芯與閥座之間實現小錐度金屬環線硬密封接觸，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，所示內容分別是：

圖1是本項目安全閥的剖視圖；圖2是處于關閉狀態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人員對本項目的構思、技術方案有更完整、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制成，當閥芯與閥座接觸且將過液孔關閉時時，閥芯與閥座之間實現硬密封，也即圓環線密封，相對于軟材質的密封，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構。凹陷結構為設置于閥芯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生的作用力Fa和Fb的共同作用下，對接頭密封部位產生擠壓力，并隨液體壓力增加而增大，而端面為平面的閥芯就不能產生這樣的效果，因此相比較沒有凹陷結構的閥芯，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因內凹弧面的反射作用，流動的高壓液體在閥芯6的中心區域產生無序紊亂流動，這種無序紊亂流動的壓力液體對閥芯6接觸面形成持續的壓力作用，使得閥芯6穩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定的問題，保證安全閥在開啟后系統壓力平穩，確保實現快速溢流。

5　技術內容

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，同時實施和發展的標準項目產品圍繞國家安全生產北京礦山支護設備檢測檢驗中心出具的相關安全標準為基礎展開。公司成立了研究開發小組，從產品的安全性、穩定性、高壽命等用戶關心的問題入手，在結構設計、產品用材、配件選擇、生產工藝等方面進行選擇和創新，在充分調查和對比分析的基礎上，組織技術人員分組試驗，確定了產品整體設計方案、主要部件生產工藝路線和工藝參數。在相關標準的指導下終于開發出符合國家安全標準認證要求的新型安全閥。

6　結束語

我公司的新型安全閥采用小錐度金屬環線硬密封，較傳統橡膠密封結構大大提高了安全閥的耐用性能。采用單向閥式開啟結構，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，零件數量少，從而累計誤差更少，可靠性更高。該閥目前已經各項性能測試并已經成熟應用，具有很好的市場開發優勢和推廣應用價值。

參考文獻：

［1］王積偉.現代控制理論與工程［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。