导航： >> 安全论文>> 机械安全论文>>正文

液压支架用差动式高压大流量安全阀的研究

文档作者：李阁强曹中玉邓伟森高有进文档来源： 1．河南科技大学机电工程学院 2．郑煤机博士后工作站		点击数：	更新时间： 2021年05月20日
下载地址：点击这里	文件大小： 805.73 KB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：805.73 KB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：液压支架井下故障个案分析

上一篇：转子支架铸造工艺研究

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

2013年11月
第41卷第21期
机床与液压
MACHINE TOOL&amp;amp; HYDRAULICS
NOV．2013
Vo1．41 No．21
DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．21．018
液压支架用差动式高压大流量安全阀的研究
李阁强 ，曹中玉 ，邓伟森 ，高有进
(1．河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003；
2．郑煤机博士后工作站，河南郑州450016)
摘要：在传统安全阀设计方法的基础上，设计～种新型差动式高压大流量安全阀。详细介绍该安全阀的工作原理和结
构特点，并对其关键尺寸进行了设计。分别在一级节流口、二级节流口及不同出口倾斜角的情况下，利用FLUENT软件对
安全阀的流场进行了数值模拟。基于理论仿真结果，选取了合适的节流口形式和出液口倾斜角。
关键词：差动式安全阀；高压大流量；二级节流
中图分类号：TH137．52 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2013)21—063—4
Research on High Pressure and Large Flow Diferential Safety Valve for
Hydraulic Supports
LI Geqiang ，CAO Zhongyu ，DENG Weisen ，GAO Youjin
(1．Henan University of Science&amp;amp;Technology，Luoyang Henan 47 1003，China；
2．The Post—doctoral Working Station of Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co．，Ltd．，
Zhengzhou Henan 4500 1 6，China)
Abstract：On the basis of the design technique for traditional safety valve，a new kind of high pressure and large flow differential
safety valve was designed．The working principle and the structural features of the valve were introduced and its key sizes were designed．
On the conditions of the first-stage throttle，the two—stage throttle and the different expoa angles，the flow field of the safety
valve was simulated by FLUENT software．The suitable throttle form and expo~ angle were selected on the basis of the simulation re—
sults．
Keywords：Safety valve；High pressure and large flow；Two—stage throttle
液压支架是综合自动化采煤技术的主要设备，而
安全阀是液压支架的关键阀件，起控制和过载保护作
用，其性能的好坏直接影响支架强度与安全系数，进
而影响采煤工作面的生产率和经济技术指标。目前液
压支架用高压大流量安全阀主要问题是阀的启溢闭性
能不高、密封不可靠、稳定性和可靠性差⋯。因此对
高端液压支架用大流量安全阀的设计理论和关键技术
的研究具有重要的理论意义和广泛的实用价值。
1 差动式安全阀结构与工作原理
针对目前国内液压支架用安全阀存在的不足，在
传统安全阀设计方法的基础上，对一种结构如图1所
示的差动式结构高压大流量安全阀进行了优化设计。
一l、2、6、7__o型圈
1 3一阀座
4__阀套
5_-阀芯
8m 大弹簧座
9"-小阀芯
10、1卜小弹簧座
l1一大弹簧
12一小弹簧
l4- 阀体
l5__调压堵
l6---调压螺丝
17_I防尘帽
图1 安全阀结构图
该安全阀的工作原理是：当液压支架顶板快速来 压时，立柱受到冲击，立柱下腔的压力瞬间增大，高
收稿日期：2012—10—31
作者简介：李阁强(1971一)，男，博士，副教授，主要研究方向为机电液一体化技术、现代控制理论及其在液压伺服系统
中的应用。E—mail：xiaoyu727521@163．com。
· 64· 机床与液压 第41卷
压液体流入安全阀内部，压力油作用在安全阀主阀芯
和小阀芯上 。当进口压力高于安全阀小阀芯的调定
压力时，小阀芯开启，实现小流量溢流；当压力继续
升高，达到安全阀大阀芯的调定压力时，主阀芯开
启，高压液体瞬时快速卸荷，从而保证液压支架系统
的安全。当立柱下腔的压力低于安全阀的调定压力
时，安全阀在弹簧的作用下迅速关闭，从而保证液压
支架的工作阻力恒定，这样安全阀完成一启溢闭过
程 。
2 差动式安全阀的结构特点
该安全阀的结构特点主要有以下4个方面：
(1)采用双弹簧结构。为了满足安全阀的稳定
性和可靠性要求，该结构分为两级：一级为直动式结
构，主要实现小流量溢流；另一级为差动式结构
(利用差动面积平衡部分液压力来降低弹簧刚度和尺
寸)，实现大流量溢流。当顶板下沉速度很慢时，立
柱下腔的压力变化也很慢，安全阀会偶尔开启，这种
状态体现了安全阀小流量启溢闭特性；当顶板下沉很
快时，立柱下腔的压力瞬间增大，这种状态体现了安
全阀大流量启溢闭特性 。因此，液压支架采用双弹
簧结构可以有效地解决顶板冲击破坏问题。
(2)安全阀阀口采用阶梯状的两级节流口结构。
高压大流量安全阀进出口压差比较大，高速流动时液
压冲击也比较大，加之乳化液气化压力高，所以在阀
口位置容易形成局部真空，产生气蚀。为了减小气蚀
的发生，主阀口采用阶梯状的两级节流口结构 ]。
(3)阀口处选择合适硬度的材料配对。液压支
架的工作介质与纯水有很多相似之处，比如：密度
大、压缩性小、黏性低，这样容易出现拉丝侵蚀、泄
漏及腐蚀性等问题 。为了解决这些问题，通常选择
硬度比较高、耐腐蚀性比较强的新型材料。同时在阀
口处要选择合适硬度的材料配对，材料的硬度越高，
抗拉丝侵蚀的能力就越强。目前阀芯一阀座密封副采
用的材料组合主要为金属对金属、金属对非金属。考
虑到安全阀的进口压力比较高，为了提高安全阀的密
封比压，因此选择金属对金属的材料进行配对。
(4)安全阀出液口加工成斜孔。为了提高安全
阀的溢流量，改善阀的动态性能，安全阀出液口倾斜
角应与流场出口的流线方向一致。
3 差动式安全阀关键尺寸设计
3．1 差动式结构关键尺寸确定
(1)进液口直径d
A1= ~dxsin = —— = 327 mm2
C
根据经验取d=22 mm。
(2)出油口直径d
A1 327
—,rrdsi—n46o = 6．58 mm
主阀全开口距离是6．58 mm，因此出油口直径圆
整得：d =6．6 mm，孔数为12。
(3)弹簧刚度k
= ： 二 一Q： ( 二 墨：鱼2 竺一
224．5 N／mm
l
PiAl一 l 0一
== 一 一! 二 堕：鱼2 二 ! 一
2l6 ／mm
式中：系数0．9作为安全阀开启的安全裕量，所计算
的弹簧k为最大值，而实际计算的弹簧刚度k ≤k为
合格。
3．2 直动式结构关键尺寸确定
直动式安全阀的额定流量为100 L／min，按上述
同样的方法计算得：进液口直径d，=4 mm，出油口
直径d =1．2 mm，孔数为8，弹簧刚度k =100 N／
m m 。
3．3 安全阀主阀芯与小阀芯调定压力的匹配关系
由差动式安全阀的工作原理可知，当进液口的压
力达到安全阀主阀芯的开启压力时，小阀芯的阀口应
k2‰ 50 × 28·26 — 100 46 48
1．2—20=1 273 N，即调定
)i ,~ ．Y
⋯
i／45
。
圭 调
芯和小阀芯调定压力对应 ⋯ ～ ⋯ ～
关系如图2所示。
4 安全阀流场的数值模拟及结果分析
为了研究安全阀阀口的几何参数对流场分布的影
响，故分别在一级节流口、二级节流口及不同的出口
倾斜角的情况下，对安全阀的流场进行了数值模拟。
利用Pro／E软件创建流体区域的三维实体模型(由于
安全阀结构是对称的，为了减少计算量，只创建1／4
的实体模型)，将模型以iges格式导人icem生成网格
模型。考虑到安全阀内部流场的复杂性，其网格划分
采用四面体单元生成非结构化网格。下面以进口压力
为60 MPa、出口压力为0、全开口距离为6．58 mm为
例，研究安全阀对称面的压力、流量及速度矢量分布
=
，
砒～日 ～+e一 主全压酬 一全时Ⅲr一宿应所时￡

网友评论 more

机械安全论文最新内容

03-05