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2000L/min安全閥特性試驗裝置的研制

文檔作者：趙忠輝1,2,3,4 文檔來源： 1．煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測分院 2．國家煤礦支護設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心3．煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室4．煤炭資源開采與環(huán)境保護國家重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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2000L/ min 安全閥特性試驗裝置的研制
趙忠輝1,2,3,4
(1． 煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測分院, 北京100013; 2． 國家煤礦支護設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心, 北京100013;
3． 煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室, 北京100013; 4． 煤炭資源開采與環(huán)境保護國家重點實驗室, 北京100013)
[摘　要] 　為了滿足2000L/ min 安全閥的試驗要求, 解決試驗技術(shù)與裝備制約大流量安全閥技
術(shù)進步的難題, 在500L/ min, 1000L/ min 安全閥試驗技術(shù)的基礎(chǔ)上, 研究了額定流量穩(wěn)定輸出時間控
制、壓力梯度控制等關(guān)鍵技術(shù), 研制了液壓支架用安全閥特性試驗裝置, 系統(tǒng)輸出流量2000L/ min 以
上, 滿足了GB25974． 3-2010 關(guān)于壓力-流量特性試驗的要求, 填補行業(yè)空白。
[關(guān)鍵詞] 　2000L/ min 安全閥; 特性試驗; 公稱流量; 壓力梯度
[中圖分類號] TD355． 41; TH137． 52 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1006-6225(2016)05-0036-04
2000L / min Safety Valve Characteristic Test Apparatus Development
ZHAO Zhong-hui1,2,3,4
(1． Mine Detection Technology Branch of China Coal Research Institute, Beijing 100013, China; 2． National Coal Mine Support Equipment Quality
Supervision and Inspection Center, Beijing 100013, China; 3． State Engineer Laboratory of Coal Mining Equipment, Beijing 100013, China;
4． State Key Laboratory of Coal Resources Mining and Environment Protection, Beijing 100013, China)
Abstract: In order to meet experimental requirements of 2000L/ min safety valve and solve the difficulty problems of large flow rate
safety valve technical progress that restricted by experimental technique and equipment, based on experiment techniques of 500L/ min
and 1000L/ min safety valve, and then some key techniques was studied, such rated flow steady, output time control and pressure
gradient control, and safety valve characteristic test apparatus of hydraulic support was developed, system output flow was more than
2000L/ min, it satisfied for pressure-flow characters test requirements and fill up industry gap．
Key words: 2000L/ min safety valve; characteristic test; nominal flow rate; pressure gradient
[收稿日期] 2016-03-24 [DOI] 10． 13532/ j． cnki． cn11-3677/ td． 2016． 05． 011 [基金項目] 2000L/ min 安全閥試驗裝置(發(fā)改委投資[2014] 744-09); 煤科院技術(shù)創(chuàng)新基金(2014CX13)
[作者簡介] 趙忠輝(1980-), 男, 遼寧昌圖人, 碩士, 副研究員, 從事礦山機械設(shè)計及支護設(shè)備的相關(guān)試驗方法研究和設(shè)備開發(fā)工作。
[引用格式] 趙忠輝． 2000L/ min 安全閥特性試驗裝置的研制[J]. 煤礦開采, 2016, 21 (5): 36-39．
　　安全閥是液壓支架等煤礦支護設(shè)備高壓保護的
重要液壓元件, 通常公稱流量大于100L/ min 就稱
之為大流量安全閥[1-2] 。但隨著國內(nèi)綜采技術(shù)的發(fā)
展, 液壓支架用安全閥流量從40L/ min 的小流量、
100L/ min 大流量, 發(fā)展到500L/ min 及1000L/ min
的更大流量[3-5] 。尤其是近年來在大采高綜放、一
次采全高綜采工藝的發(fā)展和應(yīng)用的背景下, 液壓支
架的支撐高度和工作阻力不斷增大, 與之配套的安
全閥公稱流量也隨之增大, 出現(xiàn)了工作阻力
26000kN、支撐高度8． 8m 的超大采高液壓支架,
與之配套的安全閥公稱流量要求高達2000L/ min,
但目前安全閥產(chǎn)品最大流量為1000L/ min, 采用2
個1000L/ min 安全閥并聯(lián)的代替方案, 可見公稱流
量2000L/ min 安全閥已有現(xiàn)實需求。在此背景下,
北煤機、鄭煤機等大型煤機企業(yè)也正在積極研制流
量2000L/ min 的安全閥, 樣品已問世, 但目前國內(nèi)
外的最大試驗?zāi)芰H為1000L/ min[6-7] 。由于試驗
技術(shù)和裝備的缺失, 無法對其公稱流量條件下的壓
力-流量特性進行試驗驗證, 試驗技術(shù)與裝備已成
為制約大流量安全閥技術(shù)提高的難題。
因此, 亟需進行2000L/ min 安全閥試驗技術(shù)的
研究, 開發(fā)配套試驗裝置, 填補行業(yè)空白。
1　總體方案設(shè)計
在500L/ min 安全閥試驗臺基礎(chǔ)上, 針對實際
應(yīng)用發(fā)現(xiàn)的不足, 2000L/ min 安全閥試驗裝置進行
了全新設(shè)計。系統(tǒng)由蓄能器、快速加載缸、大流量
控制閥組及安全防護等組成。以蓄能器作為流量
源, 通過自主研發(fā)的大流量快速加載組合液壓缸,
實現(xiàn)被試安全閥所需的2000L/ min 流量源, 通過蓄
能器組的開關(guān)控制實現(xiàn)500 ~ 2000L/ min 各種規(guī)格
大流量閥的公稱流量壓力特性試驗。
系統(tǒng)液壓原理如圖1 所示, 液壓油泵站8 為蓄
能器組6 充液, 使其達到設(shè)定的工作壓力; 啟動乳
36
第21 卷第5 期(總第132 期)
2016 年10 月
煤　礦　開　采
COAL MINING TECHNOLOGY
Vol． 21No． 5 (Series No． 132)
October　2016
萬方數(shù)據(jù)
化液泵站1, 控制電磁換向閥3, 導(dǎo)通單向閥組2,
對組合功能液壓缸10 的小腔充液, 直至柱塞完全
復(fù)位; 單向閥組2 中的單向閥主要用于回油截止,
阻斷加載過程中乳化液的反向沖擊與回液, 起到加
載回路與充液回路的隔離作業(yè); 液控單向閥為中小
流量閥, 用于開啟充液與輸出油缸卸荷, 其控制口
均通過電磁換向閥3 由油液系統(tǒng)控制。
1—乳化液泵站; 2—單向閥組; 3—三位四通電磁換向閥;
4—兩位兩通電磁換向閥; 5—壓力傳感器; 6—蓄能器組;
7—液控單向閥; 8—液壓油泵站; 9—電磁開關(guān)閥;
10—組合功能液壓缸; 11—位移傳感器
圖1　液壓系統(tǒng)原理
充液完成后, 給定信號, 導(dǎo)通兩位兩通電磁換
向閥4, 高壓液壓油充滿組合功能液壓缸的環(huán)形
腔, 此時液壓力作用于柱塞柱面, 端面處于密封狀
態(tài), 柱塞處于靜止?fàn)顟B(tài); 當(dāng)導(dǎo)通電磁開關(guān)閥9, 高
壓油液從控制口進入柱塞端面, 使得柱塞產(chǎn)生運
動, 端面密封狀態(tài)解除, 環(huán)形腔大流量高壓油液作
用于柱塞端面, 推動小腔乳化液, 形成增壓效果,
實現(xiàn)了被試安全閥的高壓快速加載。利用位移傳感
器11 測量油缸一定時間內(nèi)的位移, 采用容積法間
接計算出被試安全閥的流量。
2000L/ min 安全閥裝置試驗系統(tǒng)滿足
GB25974． 3-2010 關(guān)于公稱流量-壓力特性試驗的
要求, 總體參數(shù)見表1。
表1　總體參數(shù)
參數(shù)規(guī)格
額定輸出流量/ (L·min-1 ) 2000
額定工作壓力/ MPa 62． 5
額定流量工作時間/ s 0． 5
最大輸出流量/ (L·min-1 ) 2200
最大輸出壓力/ MPa 75
壓力梯度/ (MPa·s-1 ) 大于120
2　組合功能快速加載缸設(shè)計
2． 1　結(jié)構(gòu)設(shè)計
組合功能油缸專利技術(shù)( 專利號
200710000543． 3) 集成了開關(guān)閥和增加加載功
能[8] 。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 進行了重新結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)
計, 結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。
圖2　組合功能快速加載缸結(jié)構(gòu)
組合功能快速加載缸結(jié)構(gòu)型式采用“伸縮式
柱塞缸” 結(jié)構(gòu), 在同樣缸徑、行程的條件下, 減
小了液壓缸的長度。缸體的大腔液壓油推動小腔乳
化液, 實現(xiàn)增壓; 并通過先導(dǎo)設(shè)計實現(xiàn)了油缸的快
速開啟。2． 2　組合缸參數(shù)的確定
由之前的研究[9] 可知, 組合缸的流量輸出與
增壓比n 的關(guān)系為: Q2
max = 29． 5n - 62． 5 C1·n3 + C2 , 系統(tǒng)增
壓比合理取值區(qū)間為2． 5

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