液壓支架用插裝式液控單向閥的研究與設(shè)計(jì)

謝瑞

摘 要：文章在對液壓支架用插裝式液壓單向閥研究的作用和使用的環(huán)境進(jìn)行了簡要的介紹之后，詳細(xì)地分析了該閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和設(shè)計(jì)過程。采用理論和實(shí)際相結(jié)合的方法，成功地開發(fā)了一種新型的液控單向閥，該液控單向閥已經(jīng)大批量投入使用，反應(yīng)良好。

關(guān)鍵詞：液壓支架；液控單向閥；單向閥

中圖分類號(hào)：TD355.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0021-01

1 技術(shù)背景

液控單向閥屬于煤礦綜采液壓支架液壓回路中的液壓元件，具體地說是通過對液控單向閥進(jìn)行開啟、關(guān)閉、控開動(dòng)作實(shí)現(xiàn)液壓支架立柱油缸的升高、保壓和降低。自從煤礦綜采開始，由于各種采煤產(chǎn)量要求提高和復(fù)雜的環(huán)境因素，對液壓支架以及配套的設(shè)備有了更嚴(yán)格的要求。目前使用的液控單向閥流量小、卸荷時(shí)液壓沖擊大，對閥的各個(gè)零部件以及整體壽命都會(huì)降低，而且液控單向閥由很多結(jié)構(gòu)件組合而成，更換密封件要拆卸很多部件，在井下極為不便，很多問題困擾著井下液壓支架的正常工作生產(chǎn)。為了有效提高煤礦綜采單位的問題，我公司在針對傳統(tǒng)產(chǎn)品密封機(jī)構(gòu)及裝配方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前液壓支架使用實(shí)際情況，研制開發(fā)了該液控單向閥。

2 液控單向閥概述

本液控單向閥所要解決的技術(shù)問題是提供一種可靠性強(qiáng)、安裝簡單且維修方便的插裝式液控單向閥。

本液控單向閥采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，閥座和頂桿為螺紋連接，頂桿可旋入閥座內(nèi)的過液腔中，形成插裝式的液壓組件，使得整個(gè)液控單向閥的系統(tǒng)集成度較高，便于液控單向閥的安裝和維修，即安裝簡單、維修方便，直接通過更換插裝式液壓組件就可修復(fù)該液控單向閥。

3 液控單向閥結(jié)構(gòu)圖釋義

本液控單向閥的液控單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖中的數(shù)字標(biāo)記：1、閥套；2、閥芯；3、閥體；4、閥座；5、回位彈簧；6、頂桿；7、過液腔；8、端口；9、限位塊；10、進(jìn)液通道；11、閥墊；12、彈簧；13、儲(chǔ)油腔。

4 具體實(shí)施方式

圖1所示為本液控單向閥的一種插裝式液控單向閥，其包括閥體3、閥套1、閥芯2、閥座4和頂桿6，閥座4上設(shè)有過液腔7，閥座4套在頂桿6的外部，頂桿6的頭部并伸入閥座4的過液腔7內(nèi)，在頂桿6的端部與閥體3的端部內(nèi)壁之間形成有儲(chǔ)油腔13，閥芯2內(nèi)置于閥套1中，在閥芯2和閥套1之間還設(shè)有彈簧12，彈簧12推動(dòng)閥芯2使閥芯2的頭部在閥座4上的與過液腔7連通的端口8處與閥座4密封連接，在頂桿6上還套有回位彈簧5，在頂桿6的頭部桿身上設(shè)有外螺紋，在所述閥座4的內(nèi)部靠近過液腔7的位置設(shè)有限位塊9，在該限位塊9上設(shè)有通孔，在通孔的內(nèi)壁上設(shè)有與頂桿6上的外螺紋相適配的內(nèi)螺紋，回位彈簧5一端抵在限位塊9上，另一端抵在頂桿6上；在閥體3上設(shè)有供液壓油進(jìn)出的三個(gè)工作口，如圖中的工作口A、工作口PA和工作口PB，其中工作口PB連通儲(chǔ)油腔13，工作口PA連通閥座4的過液腔7，工作口A與閥套1上設(shè)置的進(jìn)液通道10連通，閥套1上具有工作口A'。與現(xiàn)有技術(shù)相比，閥座4和頂桿6為螺紋連接，頂桿6可旋入閥座4內(nèi)的過液腔7中，形成插裝式的液壓組件，使得整個(gè)液控單向閥的系統(tǒng)集成度較高，便于液控單向閥的安裝和維修，即安裝簡單、維修方便，直接通過更換插裝式液壓組件就可修復(fù)該液控單向閥。

另外，如圖1所示，本液控單向閥在閥座4的端口8處還設(shè)有閥墊11，閥芯2與閥墊11密封連接，以增強(qiáng)密封性能。為了進(jìn)一步增強(qiáng)密封性能，閥芯2與閥座4之間可以直接為硬密封連接，將閥芯2采用金屬材質(zhì)制成，并要采用真空淬火技術(shù)，淬火之后再精磨，硬度高，相對于軟材質(zhì)的密封，硬密封不僅密封性能好，還能耐超高壓，單向閥使用壽命長。如圖1所示，閥芯2的頭部而且為錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，閥芯2的頭部不再伸入過液腔7中，頂桿6與閥芯2只在閥座4的端口8處開始接觸，閥芯2的結(jié)構(gòu)更簡單，液控單向閥整體的結(jié)構(gòu)更緊湊。

5 科學(xué)技術(shù)內(nèi)容

本產(chǎn)品是主要適用于煤礦綜采大規(guī)模的實(shí)施和發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目產(chǎn)品圍繞國家安全生產(chǎn)北京礦山支護(hù)設(shè)備檢測檢驗(yàn)中心出具的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)展開。公司成立了研究開發(fā)小組，從產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性、高壽命等用戶關(guān)心的問題入手，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品用材、配件選擇、生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行選擇和創(chuàng)新，在充分調(diào)查和對比分析的基礎(chǔ)上，組織技術(shù)人員分組試驗(yàn)，確定了產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)方案、主要部件生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù)。在液控單向閥專利的指導(dǎo)下終于開發(fā)出符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證要求的新型插裝式液控單向閥。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用插裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥套、閥座及頂桿，提高維修更換的便利性。

參數(shù)設(shè)計(jì)：工作壓力P=31.5 MPa；額定流量Q=200 L/min。

通過閥體、閥套等的孔直徑，閥芯與閥墊開口大小確定過液流量如下：

Q=μA■

公式中，Q為額定工作流量（L/min）；μ為出流系數(shù)（經(jīng)驗(yàn)取0.5～0.9）；A為閥芯打開后的液流通道面積（mm2）；為局部液阻壓降（MPa）；為工作液的密度（kg/m3）。

由于液壓支架中使用的是高壓液體，允許有較大壓降，流速高。經(jīng)過我公司的閥綜合試驗(yàn)臺(tái)測試，其正向開啟壓力均值小于1 MPa，關(guān)閉壓力低于進(jìn)液壓力的90%，阻力損失小于5 MPa，卸載最大沖擊值小于公稱壓力110%，其各項(xiàng)性能優(yōu)于行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)MT419-1995；并且關(guān)鍵的壽命試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)到并超過新國標(biāo)GB 25974.3-2010中A類閥標(biāo)準(zhǔn)（A類閥要求為30 000次，我公司產(chǎn)品取得國家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 50 000次的壽命試驗(yàn)的檢驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)201312665），目前已經(jīng)廣泛使用在國內(nèi)煤機(jī)廠及煤礦使用單位。

6 結(jié) 語

我公司的新型單向閥類產(chǎn)品采用金屬環(huán)線硬密封的插裝式閥芯組件結(jié)構(gòu)，分別由閥套、閥芯彈簧、閥芯、閥座、頂桿彈簧、頂桿等6種零件組合而成。零件數(shù)量少，維修非常方便，只需從一端擰出并更換閥芯組件即可。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量采用通用和互換性相結(jié)合的指導(dǎo)思想，使同流量的液控單向閥、單向鎖和雙向鎖的閥芯組件實(shí)現(xiàn)通用和互換，既在相同流量的前提下，一種閥芯組件可分別用在相同流量的液控單向閥、單向鎖和雙向鎖上，減少了維修備件的種類和數(shù)量。該閥目前已經(jīng)成熟應(yīng)用，具有很好的市場開發(fā)優(yōu)勢和推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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