抗冲击型单体液压支柱用通气式安全阀设计仿真

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我国目前使用的单体支护设备主要有木支柱、活塞式单体液压支柱(DZ型)和悬浮式单体液压支柱(DW型)三种单体支护设备。但是就现有的三种单体支护设备而言，存在着很大的安全隐患。

随着矿井开采深度的增加，使冲击地压和坚硬难冒顶板成为不可回避的问题。当冲击载荷发生时顶板以1～3 m/s的速度下沉，要求安全阀有很高的流量，然而现有的安全阀流量在 30 L/min左右不能实现快速卸载，使支柱压力在短时间内急剧升高，容易发生因压力迅速增加而导致压坏结构件、焊缝和母材开裂、涨缸、立柱活塞杆压弯等现象，造成单体液压支柱无法修复而报废，对矿工的生命安全和国家财产造成很大的威胁。同时现有的 DZ、DW 型单体液压支柱没有专门的排气装置 ，内腔中空气的存在可能导致支柱初撑力的降低以至倾倒 ，而且严重影响单体支柱的使用寿命。

该文设计了-种抗冲击型单体液压支柱用安全阀，该安全阀具有通气功能，能够解决单体液压支柱缸内残余气体问题，同时所设计的安全阀在冲击载荷下能够对单体液压支柱起到有效保护作用。

1 通气式安全阀的设计1.1 通气式安全阀的结构设计及参数设定目前煤矿井下液压单体支柱用的安全阀主要有弹簧式结构和充气式结构。弹簧式安全阀特点是结构简单、性能可靠，但是弹簧式安全阀结构大多是靠增大阀芯的直径来提高安全阀的流量，随着阀芯直径增大，弹簧的直径越来越大，给弹簧的设计带来难度，故传统的弹簧式安全阀的流量受到限制。充气式结构是用压缩气体充当弹簧，需要配备充气设备，性能优越，然而结构比较复杂，充气时间不易准确掌握，-旦忘记充气，将给矿井带来严重的安全隐患。

针对现有安全阀结构存在的问题，本文设计的安全阀具有通气功能，流量大，采用弹簧式、螺纹连接结构，其结构图如图 1所示。

本文所设计的通气式安全阀用于抗冲击型单体液压支柱(该抗冲击型单体液压支柱是在现有 DW38。

250/1 10型普通单体液压支柱上经过改造而得)，根据收稿 日期：2012-12.17作者简介：黄剑(1988-)，男，湖北大冶人，硕士研究生，主要从事液压传动与控制方面的研究工作。

2013年第6期 液压与气动 121图 4 通气式安全冲击性能仿真模 型根据我国MT 419.1995液压支架用阀》标准在液压支架液压控制系统及阀方面对冲击载荷的要求，对单体液压支柱施加的冲击载荷应为公称压力的 1.5倍(计算得冲击载荷最大值为 37.5 kN)，施加时间大于安全阀的响应时间。在仿真系统中对模型施加的冲击载荷曲线如图5中曲线 3所示。

2)仿真结果分析普通单体液压支柱和抗冲击型单体液压支柱冲击载荷作用下缸内压力变化曲线分别如图5中曲线 1和曲线 2所示。

45040035030025020015Ol005001.抗冲击型单体液压支柱冲击压力/bar2.普通单体液压支柱冲击压力/b3.单体液压支柱冲击载荷/100 N图 5 冲击载荷曲线及冲击载荷下单体液压支柱内压力曲线由图5可得，抗冲击型单体液压支柱相比普通单体液压支柱在冲击载荷作用下内部压力值减小约22%。这主要是由于抗冲击型单体液压支柱增加了通气式安全阀，在冲击载荷下能够迅速将支柱内高压液体溢出，使支柱内压力迅速降低。

3 结论本文设计了-种抗冲击型单体液压支柱用通气式安全阀，并在 AMESim仿真平台中建立了安全阀的压力和流量特性仿真模型。通过压力和流量特性仿真模型分析了安全阀的压力和流量特性，验证了本文设计的通气式安全阀的可靠性。通过冲击性能仿真模型对比分析了普通单体液压支柱和抗冲击型单体液压支柱在冲击载荷下缸内的压力-时间曲线，结果表明本文设计的抗冲击型单体液压支柱的抗冲击性能较普通单体液压支柱有很大提高。本文所设计的通气式安全阀能够解决单体液压支柱缸内残余气体问题，性能可靠，流量大，能够减少目前煤矿单体支柱在冲击载荷下的安全隐患。