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液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究要点

2010年第12期液压与气动 17液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究谢腾飞。赵继云.王温锐.戚厚宝。王振兴

Study on dynamical characteristics test methods of high

flow relief valve for hydraulic support

XIE Teng-fei,ZHAO Ji-yun,WANG Wen—rui,QI Hou?bao,WANG Zhen—xing (中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008

摘要:动态性能是煤矿液压支架用大流量安全阀的重要性能指标。该文阐述了现有的几种大流量安全阀的试验方法的原理及其特点,如落锤冲击系统、大流量泵供液系统、爆破冲击加载系统、伺服液压冲击系统和快速加栽系统。通过对比分析,指出蓄能器为动力源的快速加栽系统成本低、体积小、耗能少,是一种值得研究推广的试验方法。

关键词:大流量安全阀;动态性能;快速加载系统;液压支架

中图分类号:TD355文献标识码:B文章编号:1000-4858(201012-0017-03

1概述

大流量安全阀通常是指流量在100L/rain以上的安全阀,是液压支架的重要元件之一。它用于限制立柱内的最高压力,防止液压支架在受到冲击载荷时系统压力迅速增加而导致的压坏结构件、焊缝和母材开裂、穿顶钻底、涨缸、立柱活塞杆压弯等现象,保护国家财产和矿工的生命安全…。目前国外大流量安全阀的流量已经达到3000L/n[1in,国内也已研制出1000 L/rain流量的安全阀,并且朝着更大流量的方向发展。大流量安全阀的试验系统,特别是动态性能试验, 在理论及实践方面均相对较为落后,远远赶不上大流量安全阀的发展速度,对流量达到200L/rnin以上的安全阀,世界上只有少数国家具有试验能力。由于没有试验能力,首先无法对国外进tZl 设备进行有效检测, 其次,阻碍了大流量安全阀的国产化进程。因此大流进步、赶超世界水平的关键【2。3】。

2大流量安全阀的动态试验要求

2.1动态性能

大流量安全阀应具有承受冲击载荷时陕速卸载的良好动态性能,通常用动态压力超调、开启时间、压力稳定时间和动态稳定性等动态性能指标来衡量安全阀的动态性能。大流量安全阀工作状态表现为瞬变过程,其特点是反应灵敏、流量大。当出现冲击载荷时, 大流量安全阀可以在几毫秒内开启并排出相当大的流量,把冲击载荷迅速降到支架可以承受的范围内,在冲击载荷过后,能够立即关闭,以限制降柱。因此大流量安全阀的动态性能是能否实现有效冲击过载保护

收稿日期:2010-05-21

作者简介:谢腾飞(1987一,男,河南新乡人,在读硕士研究

量安全阀试验系统是我国液压支架相关技术和产品的生,主要从事机械和液压技术方面的科研和学习。

(1实现了铁路货车轴承压退自动化作业,操作简便,生产效率高,劳动强度低;

(2轮对(轴承中心与压退液压缸中心可自动修正,轴颈及轴承内圈拉伤率仅为0.12%,大大降低了检修工作量及检修成本;

(3压退机卡爪自动锁紧;消除了后挡拉伤及变形现象。参考文献:

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18液压与气动 2010年第12期

的关键所在【4J。

2.2动态实验要求

国内标准尚未对液压支架安全阀的动态性能做出相关要求,欧洲标准对液压支架安全阀要求如下:安全阀根据其流量分为4个等级,如表1所示,冲击试验时应在5~25ms内阀前压力由安全阀设定压力的60%突然增加到冲击压力P。以上,且在达到冲击压力P。之前,安全阀应开启IS]。

’ 表1安全阀实验的冲击压力

等级额定流量冲击压力P。I />60≤150L/min 1.5xp。

Ⅱ >150≤400L/min 1.4xp。

Ⅲ >400≤1000L/min 1.3xp。

Ⅳ >1000L/min I.2xp。

注:P。为安全阀的设定压力

3实验方法

现有大流量安全阀的试验方法主要有:落锤冲击试验系统,大流量泵供液系统,爆破冲击加载系统,伺服液压冲击试验系统,利用蓄能器的快速加载实验。 3.1落锤冲击试验系统

\如图1,质量m的重物从一定高度h作自由落体运动,以速度以曲冲击试验标准液压缸,使液压缸下腔压力上升,安全阀打开。其冲击过程液压缸内的平均压力为:

—.4v/29hm—

P

2盯fD2一

其中:h——重物提升高度

m——重物质量

t——冲击时间

D——液压缸内径

落锤冲击试验系统通过改变重物质量m和冲击高度h,模拟不同特性的冲击负载。但是其体积大,造价高,产生压力信号形式及大小不易控制。

1.重物

2.液压缸

3.安全阀

图1落锤冲击试验系统

3.2大流量泵供液系统

如图2所示,泵供液系统是利用泵站向系统提供稳定的压力和流量,开始流量通过换向阀2卸载,安全阀前压力为零,迅速关闭换向阀,给定被试安全阀阶跃的压力信号,使安全阀6开启溢流。检测安全阀前压力、流量随时问的响应。

7

1.油源

2.换向阀

3.截止阀

4.压力计

5.稳压罐

6.被试安全阀

7.流量计

图2泵供液试验系统

泵供液系统体积大,造价高,消耗功率大,适用于小流量阀的试验。要实现对FAD500/50大流量安全阀的实验,需要有压力不小于65MPa,流量不小于500 L/rain 的乳化液泵(泵站,在不计元件及系统功率损失的情况下,所需功率为417kW,显然是不经济的。 3.3伺服液压冲击试验系统

伺服加载冲击试验台原理如图3所示:被试安全阀装于立柱中,通过缸5对立柱进行加载,大流量伺服系统控制加载缸的动作"J。

1,底座2.立柱3.大流量安全网

4.试验台架

5.加载缸

6.蓄能器

图3伺服液压冲击加载系统

液压试验台成本高,系统复杂,且对液压介质要求苛刻,难以应用于以乳化液为介质的液压元件试验。 3.4爆破冲击加栽系统

爆破冲击是利用炸药的冲击波对安全阀完成的冲击试验,其可控性差,在实际应用中应用很少。

4蓄能器快速加载系统’ 针对大流量安全阀试验系统高压大流量的特点及上述几种试验方法存在的缺点,现设计一种大流量安全阀冲击试验系统。该系统以蓄能器为动力源,可为

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2010年第12期液压与气动 19

系统提供短时大流量的高压液体,为被试安全阀提供

近似阶跃的压力和流量,模拟液压支架在顶板来压时

所受冲击载荷的工况。

如图4所示,小流量的油源为蓄能器充液,蓄能器

达到设定压力p1时,给定信号,先导阀组5动作,插装

阀4上端压力下降,插装阀迅速打开,安全阀溢流。记

录压力传感器所示压力p、位移传感器所示位移s,则

j。

安全阀流量q=A学(A为增压缸有杆腔面积,得到压

U‘

力、流量随时间的变化曲线。

1.油源

2.单向阀

3.蓄能器

4.插装阀

5.先导阀块

6.液压缸

7.压力传感器

8.位移传感器

9.被试安全阀图4大流量安全阀冲击性能试验台系统原理图

由于系统开关阀流量要求瞬间从O增大到1500 L/min,普通方向阀的流量及响应速度都不满足要求, 此处用盖板式二通插装阀,由先导阀块控制插装阀的启闭及动作速度。插装阀的具有通流能力大(最大流量可达25000L/min、内阻小、响应快、密封好、泄漏少等优点。

蓄能器在冲击加载时为系统提供瞬时的高压大流量液体,但蓄能器的供液能力是有限的,其出口压力随着液体的排出而降低。对于囊式蓄能器,其容积和充气压力满足以下关系:p。Woo=p。嵋=p:圪=C。

其中:P。——蓄能器的充气压力

%——蓄能器容积

n——指数,绝热过程n=1.4

p,、p:——蓄能器的最低、最高工作压力 K、K——蓄能器的最低、最高工作压力所对应的气体体积

对于容积Vo=60L,充气压力P。=11MPa的囊式蓄能器,其气体容积一压力曲线如图5所示。

通过仿真软件AMESim对快速加载系统进行建模分析,大流量安全阀前压力和流量随时间的结果如图 6所示:安全阀前由预充液压力30MPa升至峰值压力

74.4MPa,所需时间12ms,安全阀开启时间5in8,满足欧洲标准ENl8IM-3对液压支架安全阀冲击试验台的要求。

700

600

’500

拿400

蔬300

醒200

loo

O

图5蓄能器压力.容积曲线

图6快速加载系统的AMESim仿真结果

从此图还可看出阀前压力随时问的下降趋势。由于安全阀的响应时间较短,在短时间内看,可以忽略这种压降作用,认为蓄能器对安全阀提供一阶跃的压力。

5结论

本文分析了液压支架大流量安全阀的工作状态及动态特性需求,结合大流量安全阀的实验要求,对现有的几种大流量安全阀试验方法做了对比分析。由分析可以

看出,在目前存在的大流量安全阀动态性能试验方法中,蓄能器为动力源的快速加载系统无需高压大流量的乳化液泵,成本低,体积小,能耗少,是一种值得研究推广的试验方法。

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液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究要点

液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究

作者:谢腾飞 , 赵继云 , 王温锐 , 戚厚宝 , 王振兴 , XIE Teng-fei, ZHAO Ji-yun, WANG Wen-rui , QI Hou-bao, WANG Zhen-xing

作者单位:中国矿业大学,机电工程学院,江苏,徐州,221008刊名:液压与气动

液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究要点

英文刊名:CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS年,卷(期:2010(12被引用次数:

12次

参考文献(6条

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引用本文格式:谢腾飞 . 赵继云 . 王温锐 . 戚厚宝 . 王振兴 . XIE Teng-fei. ZHAO Ji-yun. WANG Wen-rui. QI Hou-bao. WANG Zhen-xing液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究 [期刊论文]-液压与气动 2010(12

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