硬密封液压支架用安全阀的研究与开发

摘 要：该文在对液压支架用安全阀在煤矿综采中的作用和使用的环境进行了简要的介绍之后，详细地分析了该阀的结构特点、工作原理和设计过程。采用理论和实际相结合的方法，成功地开发了一种新型大流量硬密封安全阀，该安全阀已经大批量投入使用，用户反应良好。

关键词：煤矿液压支架用阀；安全阀；溢流阀

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.019

1 背景技术

随着煤矿综采液压支架的大规模的实施和发展，安全阀能否在承受高压的情况下，短时间及时充分稳定的卸荷直接影响支架的使用寿命和支护安全，它不仅会损害密封件、管道和液压元件，而且还会引起震动和噪声；有时使某些压力控制的液压元件产生误差。现有安全阀的密封可靠性较差，阀芯与阀座之间的密封效果不理想，阀芯表面设置的用于安装密封件的沟槽加工精度不易控制。另外，阀壳内部的弹簧腔处于开放状态，防尘、防水和防锈效果差，减少安全阀的使用寿命。为了有效提高煤矿综采单位的问题，我公司在针对传统产品密封机构及装配方式的基础上，结合当前液压支架使用实际情况，研制开发了该安全阀。

2 安全阀的设计内容

本项目为设计一种硬密封安全阀，目的是提高密封可靠性。本项目的安全阀，阀芯和阀座均采用金属材质制成，阀芯与阀座之间实现小锥度金属环线硬密封接触，密封可靠性大大提高，密封性能好，而且设置阀芯组件用于控制进液孔至排液孔的油路的通断，可实现大流量溢流，安全阀流量大大提高，短时间的快速溢流可以缩小阀芯组件的轴向位移，阀芯组件轴向位移缩小可以使复位弹簧的轴向形变减小，最终可以降低压力波动。

3 附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本项目安全阀的剖视图；图2是处于关闭状态时阀芯的受力示意图；图3是阀芯对高压液体的反射示意图；

图中标记为：1、调压螺丝；2、复位弹簧；3、阀壳； 4、弹簧座；5、阀垫； 6、阀芯； 7、阀座；8、接头。

4 具体实施方式

对照附图，通过对实施例的描述，对本项目的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本项目的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本项目安全阀中，阀芯与阀座均采用金属材质制成，当阀芯与阀座接触且将过液孔关闭时时，阀芯与阀座之间实现硬密封，也即圆环线密封，相对于软材质的密封，硬密封不仅密封性能好，还能耐超高压，可有效地延长密封副的使用寿命。

如图2示，阀芯6具有对流向排液孔的油液起到反射作用的凹陷结构。凹陷结构为设置于阀芯6的朝向进液孔的端面上的凹槽，来自第一过液孔的高压液体在曲面上会分成轴向分力Fn和径向分力Fr，分力Fr与在外圆和背面由支撑件产生的作用力Fa和Fb的共同作用下，对接头密封部位产生挤压力，并随液体压力增加而增大，而端面为平面的阀芯就不能产生这样的效果，因此相比较没有凹陷结构的阀芯，能够承受更高的压力。

如图3示，当安全阀开启并大流量溢流时，阀芯6因内凹弧面的反射作用，流动的高压液体在阀芯6的中心区域产生无序紊乱流动，这种无序紊乱流动的压力液体对阀芯6接触面形成持续的压力作用，使得阀芯6稳定的压在背后的支撑面上，保证溢流通道的开度不变，解决安全阀开启后液流不稳定的问题，保证安全阀在开启后系统压力平稳，确保实现快速溢流。

5 技术内容

本项目主要适用于煤矿综采对于液压元件大流量和高可靠性要求，同时实施和发展的标准项目产品围绕国家安全生产北京矿山支护设备检测检验中心出具的相关安全标准为基础展开。公司成立了研究开发小组，从产品的安全性、稳定性、高寿命等用户关心的问题入手，在结构设计、产品用材、配件选择、生产工艺等方面进行选择和创新，在充分调查和对比分析的基础上，组织技术人员分组试验，确定了产品整体设计方案、主要部件生产工艺路线和工艺参数。在相关标准的指导下终于开发出符合国家安全标准认证要求的新型安全阀。

6 结束语

我公司的新型安全阀采用小锥度金属环线硬密封，较传统橡胶密封结构大大提高了安全阀的耐用性能。采用单向阀式开启结构，单位截面液流通径大，从而减小了整个阀壳的直径，阀壳体积小更紧凑。整体分别由接头、阀芯、阀座、弹簧、阀壳等零件组合而成，零件数量少，从而累计误差更少，可靠性更高。该阀目前已经各项性能测试并已经成熟应用，具有很好的市场开发优势和推广应用价值。

参考文献：

[1]王积伟.现代控制理论与工程[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

作者简介：谢瑞（1988-），男，安徽怀宁人，本科，中级工程师，研究方向：机械机电。