高壓大流量安全閥設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究.pdf

1、高壓大流量安全閥是控制液壓支架工作的關(guān)鍵基礎(chǔ)件，工作時(shí)能夠及時(shí)釋放沖擊載荷下液壓支架立柱內(nèi)極易損害設(shè)備的高壓乳化液，從而達(dá)到保護(hù)液壓支架的目的。隨著高產(chǎn)高效采煤工作面的迅速發(fā)展，要求安全閥向高壓大流量方向發(fā)展，并對(duì)其可靠性及壽命提出了更高要求。目前國(guó)內(nèi)對(duì)高壓大流量安全閥的生產(chǎn)設(shè)計(jì)主要通過對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪模仿，缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)，同時(shí)國(guó)內(nèi)缺少兼顧大流量、近似工況和通用性強(qiáng)的安全閥綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，嚴(yán)重制約著安全閥技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的

2、提升，也影響著液壓支架高壓大流量安全閥標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。
　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)手段是安全閥技術(shù)研究的核心，工作壓力高、流量大，且存在沖擊工況以及使用乳化液為工作介質(zhì)是液壓支架用高壓大流量安全閥的典型特征。本文在滿足上述典型工況的條件下，以提高高壓大流量安全閥設(shè)計(jì)水平和完善實(shí)驗(yàn)手段為目標(biāo)，理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，圍繞安全閥主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題展開了研究。相關(guān)研究工作主要包括以下5個(gè)方面：
　?。?）分析了

3、高壓大流量安全閥工作介質(zhì)乳化液的理化性能和工況特性要求，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式(直動(dòng)式、先導(dǎo)式和差動(dòng)式)、不同彈性元件（彈簧式、充氣式）、不同閥口密封形式（錐閥式、滑閥式和球閥式）的安全閥進(jìn)行了對(duì)比分析和研究，在此基礎(chǔ)上研究不同類型的安全閥結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響，為高壓大流量安全閥的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)本文擬設(shè)計(jì)的高壓大流量安全閥的額定流量和工作壓力，確定采用直動(dòng)式滑閥結(jié)構(gòu)形式，在閥芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上首次采用了跑道形卸油孔，并依據(jù)安全閥工作原理進(jìn)行了相關(guān)

4、力學(xué)計(jì)算，初步確定了安全閥的主要技術(shù)參數(shù)。
　　（2）利用Fluent軟件對(duì)四種閥芯結(jié)構(gòu)安全閥的流場(chǎng)靜壓、動(dòng)壓、速度等方面進(jìn)行了三維仿真分析，研究了閥芯結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)安全閥閥芯內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)的影響。通過對(duì)比分析得出在相同卸油孔形狀不同卸油孔面積的條件下，卸油孔的面積大小直接關(guān)系著流體在閥體內(nèi)的流動(dòng)速度和壓力的大小變化，流體在流道內(nèi)的最小負(fù)壓和流動(dòng)速度隨著卸油孔面積的增大逐漸降低；在相同卸油孔面積不同卸油孔形狀的條件下，跑道形卸油孔閥芯

5、的內(nèi)部流動(dòng)性能優(yōu)于圓形卸油孔的閥芯。結(jié)合仿真結(jié)果，確定方案4跑道形閥芯卸載能力強(qiáng)，在沖擊狀態(tài)下閥道內(nèi)流體流速低、負(fù)壓小、綜合性能最優(yōu)。
　?。?）利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS和機(jī)電液系統(tǒng)仿真軟件AMESim對(duì)高壓大流量安全閥進(jìn)行建模與聯(lián)合仿真分析。建立了安全閥的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，模擬了閥芯在高沖擊壓力下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)多次優(yōu)化獲得了響應(yīng)快、振蕩幅度小、穩(wěn)定時(shí)間短的安全閥質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，提高了安全閥閥芯系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)一步提高了

6、安全閥的可靠性。
　　（4）設(shè)計(jì)了高壓大流量安全閥綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵元部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及選型，同時(shí)設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的測(cè)試系統(tǒng)。
　?。?）對(duì)四種不同閥芯結(jié)構(gòu)的安全閥進(jìn)行了沖擊性能實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得出方案4安全閥在卸載流量和穩(wěn)定性方面最優(yōu)，與仿真結(jié)果相一致；同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了公稱流量啟溢閉實(shí)驗(yàn)、小流量啟溢閉實(shí)驗(yàn)和高低壓密封實(shí)驗(yàn)，結(jié)論表明，方案4安全閥各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足國(guó)標(biāo)GB25974.3-2010，性能最