液壓支架用大流量安全閥及試驗系統設計

金煥成

摘 要：為滿足大采高大工作阻力液壓支架的發展需要，對高壓大流量安全閥進行了相關研究，繪制了液壓支架大流量安全閥的液壓系統回路簡圖和大流量安全閥結構圖，介紹了安全閥的工作原理，并對安全閥的主要零件進行了結構設計；結合高壓大流量安全閥的特點，設計了安全閥試驗系統，通過試驗驗證，該安全閥和試驗系統滿足設計要求。

關鍵詞：大流量安全閥 結構設計 試驗系統

中圖分類號：TD35 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（c）-0075-02

煤礦液壓支架的工作可靠性對煤炭的安全生產非常重要，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鍵控制元件，尤其大流量、高壓安全閥，對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。

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，安全閥處于關閉狀態，維持支架液壓系統的壓力，保證液壓支架可靠工作；當開采工作面出現地壓沖擊時，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，強烈地壓結束后安全閥立刻關閉，繼續保持支架的恒壓。

當前液壓支架的發展方向是大工作阻力和大采高，這對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（動態特性）在液壓支架工作過程中至關重要，頂板突然來壓或出現沖擊載荷時安全閥能夠快速開啟、頂板來壓結束或沖擊載荷消失后，安全閥能夠迅速關閉是其正常工作的必要特性。對大流量液壓支架安全閥進行現場試驗有各種各樣的困難，因此，在地面建立大流量安全閥的試驗系統對具有理論和實踐意義。

1 大流量安全閥工作原理及結構組成

圖1為液壓支架安全閥液壓系統回路簡化圖。在采煤過程中，由于井下地質條件的變化，頂板作用在支架頂梁上的壓力會突然增大，遠遠超過液壓支架的正常工作阻力，致使支架立柱內壓力迅速升高并超過安全閥的調定壓力，這時大流量安全閥迅速打開，將立柱下腔的乳化液泄出，實現卸載，保護立柱不被壓壞。頂板來壓結束后，安全閥迅速關閉，保證支架的恒阻性。

大流量安全閥主要結構有閥體、閥芯、閥芯座、彈簧、先導閥芯、先導閥體和調壓旋鈕等組成，如圖2所示。頂板來壓時速度影響著安全閥的動作順序。頂板來壓速度小時則安全閥開啟主閥芯小卸油口；頂板來壓速度大時，高壓油則通過阻尼孔作用先開啟先導閥芯，進而主閥芯迅速卸荷，保護液壓支架。該試驗系統設計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構尺寸設計

安全閥采用先導式結構，適合高壓大流量工況。

主閥結構采用二級同心結構。考慮到水壓傳動介質的物理化學特性的特殊性，先導閥采用了錐閥結構。同時在先導閥芯處加阻尼腔，以加大先導閥芯的運動阻尼、控制先導閥的穩定性，達到降低降低振動及噪聲的目的。

閥的進油口通徑計算公式為：

式中為公稱流量（L/min），為進液口的流速（m/s）。經計算取d值為50 mm。

該安全閥出油口采用在主閥體上環形均布小圓孔結構，出油口為20個，每個出油口直徑為15 mm。

3 大流量安全閥試驗系統設計

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現系統壓力連續的調節作用，可方便地實現連續的試驗功能；采用手動操縱閥組控制，這樣可根據被試閥的具體情況來調節試驗的時間，在檢測的過程中適當地解決一些表面顯現出來的問題，同時可以在檢測的過程中發現問題的位置以便進行維修。對于密封性試驗項目，根據試驗標準的要求，需要進行低壓（2 MPa）和高壓密封試驗（安全閥公稱壓力），為使得高低壓密封性試驗能夠一次性完成，操縱閥組實現了高壓與低壓交替轉換。因為該次試驗臺的被測閥壓力達到60 MPa，回路上的小流量卸荷閥降低系統卸荷過程中產生的沖擊。

通過試驗系統驗證，該安全閥在頂板來壓時，壓力快速升高，超過壓力峰值后，能夠在很短的時間內溢流卸荷，閥的動態壓力超調率為15%，壓力峰值時間為15 ms，系統穩定時間為95 ms，表明該大流量安全閥的動態響應特性和穩定性較好，滿足設計要求。該安全閥試驗系統達到了設計目的。

4 結語

設計了液壓支架用大流量安全閥，并對主要零件進行了結構和尺寸設計；設計了大流量安全閥使用系統，并進行了驗證試驗。結果表明，該大流量安全閥的動態響應特性和穩定性較好，安全閥試驗系統能夠很好的對大流量安全閥進行試驗。

參考文獻

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