【2017年整理】设计一类大流量立柱液控单向阀.doc

立柱液控单向阀是液压支架控制系统中关键的液压元件之一。在支架工作过程中，液控单向阀应能可靠密闭立柱或千斤顶的承载腔。它动作频繁，但要求开启阻力小，动作灵活，关闭压力好。近年来，随着综采工作面的采煤效率的不断提高，液压支架对阀的使用寿命要求越来越长，可靠性要求也越来越高。为了满足高产高效矿井支架对阀的高可靠性能的要求，我们在对国内外液控单向阀分析的基础上，成功研制了新液控单向阀，通过检测各项指标都很优越。1 结构和工作原理 图1是FDY400／45液控单向阀的结构简图。该阀是由先导阀芯和主阀芯共同完成对承载腔的密封，先导阀芯和主阀芯的材料均为金属，其对应的阀座为聚甲醛材料。我国现有的液控单向阀大部分采用金属材料和煤研三号来完成密封面的可靠封闭。而该阀在采用上述锥面结构后，其使用寿命大幅度延长，最重要的是该阀主阀芯前部和后部采用密封圈把前后腔隔开，阀套后部采用单向节流堵，这样在阀芯打开的过程中，单向节流堵相对来说不起节流作用，这样主阀芯可以快速地打开；而在主阀芯关闭的过程中由于主阀芯前后腔用密封圈可靠隔开，液体只能通过单向节流堵来充满由于阀芯向前移而增大的空间，故通过控制节流堵的通流面积，来调节阀芯的关闭移动速度，大大减小了阀芯对阀座的瞬间冲击力，有效地延长了该阀的使用寿命。由于采用了先导结构，其卸载控制压力低，阀的流量大，关闭压力好。 图1 FI)Y400／45液控单向阀结构简图2 设计要点和过程 已知参数：工作压力D=45 MPa；额定流量Q=400 L／min。首先根据阀体连接供、回液管的孔口直径以及打开单向阀阀芯时所需力的大小，确定阀芯的开口大小和方式，在此我们为了解决阀口大小与打开阀芯力的大小之间的矛盾，采取了二级卸载(见图2)，这样可以减小控制活塞的直径d1 ，从而减小阀的体积。在结构上我们根据该阀的使用工况，在推杆的部位采用了杆封结构，可以避免由于高压卸载带给活塞的冲击力，造成活塞后座现象，导致液压缸产生振动。在此我们设顶杆活塞的直径为d1 ，先导卸载的密封面直径为d2，大密封面的直径为d3 ，3个密封面直径之间的液压力可做如下计算： 活塞上的控制压力： F1= 1×Sl=Pl×／4×dl2(N)式中 S1——液压力作用面积(? ) P1——额定工作压力(MPa) F弹簧力： F弹簧=K(X+ΔX)(N) 式中 △ X—— 阀芯的位移(mm) X— — 弹簧预压缩量(mm) K— — 弹簧刚度(N／mm) 先导阀芯所受液压力： F2=P2×S2= P2×π／4×d22 (N) 主阀芯所受液压力： F3=P3×S3= P3×π／4×d32 (N) 打开阀芯所用的压强： Pl=(F2+F弹簧)／S1 假设液压系统回液压力为零的情况下打开高压口的位移量，必须满足p=400 L／min流量的要求，在此我们做如下的过程验算，因为主阀芯前、后的压力降为45 MPa，所以我们可根据下面的阀门流量方程式进行计算： 式中 Q——额定工作流量(L／min) A—— 阀芯打开后的液流通道面积(? ) △p——局部液阻压降(MPa) u——阀口出流系数(一般取0．6—0．8) δ——阀口开度(mm) d3 —— 密封面直径(mm) v——阀口工作液平均流速(m／s) ρ——工作液的密度(kg／m3 ) 根据经验再结合理论计算得到该阀口开度δ=9mm， 阀口流速 v=39 m／s。由于液压支架立柱动作时间较短，允许有较大的压降，故流速较普通阀高的多。但其正向开启压力值小于1 MPa，关闭压力低于进液压力的90％ ，进、回液阻力小于7 MPa，卸载过程最大冲击值小于公称压力的115％(MT419—1995标准)。3 测试性能参数 开启压力 0．7 MPa； 关闭压力 44 MPa； 控制压力 10 MPa； 密封实验 合格； 强度实验 合格； 寿命实验 15000次； 压架型式实验 良好。4 结束语 FDY400／45立柱液控单向阀经过试制、实验、实际测量，各项性能指标均达到国家煤炭行业支架用阀MT419—95的标准，并且在使用寿命和关闭压力上已远高于该标准，有力地说明了本阀技术含量高，经济先进合理，而其加工制造工艺简单，有很好的推广应用价值。 液压英才网