液压支架用大流量安全阀及试验系统设计

金焕成

摘 要：为满足大采高大工作阻力液压支架的发展需要，对高压大流量安全阀进行了相关研究，绘制了液压支架大流量安全阀的液压系统回路简图和大流量安全阀结构图，介绍了安全阀的工作原理，并对安全阀的主要零件进行了结构设计；结合高压大流量安全阀的特点，设计了安全阀试验系统，通过试验验证，该安全阀和试验系统满足设计要求。

关键词：大流量安全阀 结构设计 试验系统

中图分类号：TD35 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（c）-0075-02

煤矿液压支架的工作可靠性对煤炭的安全生产非常重要，而液压支架上面的安全阀是确保支架安全性及使用寿命的关键控制元件，尤其大流量、高压安全阀，对大支撑高度和工作阻力的液压支架尤为重要，是安全阀研究的重点。

高压大流量液压支架安全阀有卸荷和支撑两种作用。在液压支架正常工作时，安全阀处于关闭状态，维持支架液压系统的压力，保证液压支架可靠工作；当开采工作面出现地压冲击时，大流量安全阀在压力作用下，要迅速开启卸荷，防止支架顶板被压坏，强烈地压结束后安全阀立刻关闭，继续保持支架的恒压。

当前液压支架的发展方向是大工作阻力和大采高，这对高压大流量液压支架安全阀的特性提出了更高的要求。安全阀的工作灵敏性（动态特性）在液压支架工作过程中至关重要，顶板突然来压或出现冲击载荷时安全阀能够快速开启、顶板来压结束或冲击载荷消失后，安全阀能够迅速关闭是其正常工作的必要特性。对大流量液压支架安全阀进行现场试验有各种各样的困难，因此，在地面建立大流量安全阀的试验系统对具有理论和实践意义。

1 大流量安全阀工作原理及结构组成

图1为液压支架安全阀液压系统回路简化图。在采煤过程中，由于井下地质条件的变化，顶板作用在支架顶梁上的压力会突然增大，远远超过液压支架的正常工作阻力，致使支架立柱内压力迅速升高并超过安全阀的调定压力，这时大流量安全阀迅速打开，将立柱下腔的乳化液泄出，实现卸载，保护立柱不被压坏。顶板来压结束后，安全阀迅速关闭，保证支架的恒阻性。

大流量安全阀主要结构有阀体、阀芯、阀芯座、弹簧、先导阀芯、先导阀体和调压旋钮等组成，如图2所示。顶板来压时速度影响着安全阀的动作顺序。顶板来压速度小时则安全阀开启主阀芯小卸油口；顶板来压速度大时，高压油则通过阻尼孔作用先开启先导阀芯，进而主阀芯迅速卸荷，保护液压支架。该试验系统设计的安全阀开启压力为60 MPa、流量为500 L/min。

2 大流量安全閥主要结构尺寸设计

安全阀采用先导式结构，适合高压大流量工况。

主阀结构采用二级同心结构。考虑到水压传动介质的物理化学特性的特殊性，先导阀采用了锥阀结构。同时在先导阀芯处加阻尼腔，以加大先导阀芯的运动阻尼、控制先导阀的稳定性，达到降低降低振动及噪声的目的。

阀的进油口通径计算公式为：

式中为公称流量（L/min），为进液口的流速（m/s）。经计算取d值为50 mm。

该安全阀出油口采用在主阀体上环形均布小圆孔结构，出油口为20个，每个出油口直径为15 mm。

3 大流量安全阀试验系统设计

液压源由柱塞泵提供；采用双作用增压缸配合符合一定压力要求的增压阀来实现系统压力连续的调节作用，可方便地实现连续的试验功能；采用手动操纵阀组控制，这样可根据被试阀的具体情况来调节试验的时间，在检测的过程中适当地解决一些表面显现出来的问题，同时可以在检测的过程中发现问题的位置以便进行维修。对于密封性试验项目，根据试验标准的要求，需要进行低压（2 MPa）和高压密封试验（安全阀公称压力），为使得高低压密封性试验能够一次性完成，操纵阀组实现了高压与低压交替转换。因为该次试验台的被测阀压力达到60 MPa，回路上的小流量卸荷阀降低系统卸荷过程中产生的冲击。

通过试验系统验证，该安全阀在顶板来压时，压力快速升高，超过压力峰值后，能够在很短的时间内溢流卸荷，阀的动态压力超调率为15%，压力峰值时间为15 ms，系统稳定时间为95 ms，表明该大流量安全阀的动态响应特性和稳定性较好，满足设计要求。该安全阀试验系统达到了设计目的。

4 结语

设计了液压支架用大流量安全阀，并对主要零件进行了结构和尺寸设计；设计了大流量安全阀使用系统，并进行了验证试验。结果表明，该大流量安全阀的动态响应特性和稳定性较好，安全阀试验系统能够很好的对大流量安全阀进行试验。

参考文献

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