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2000L/min安全阀特性试验装置的研制

文档作者：赵忠辉1,2,3,4 文档来源： 1．煤炭科学技术研究院有限公司检测分院 2．国家煤矿支护设备质量监督检验中心3．煤矿采掘机械装备国家工程实验室4．煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室		点击数：	更新时间： 2021年05月10日
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2000L/ min 安全阀特性试验装置的研制
赵忠辉1,2,3,4
(1． 煤炭科学技术研究院有限公司检测分院, 北京100013; 2． 国家煤矿支护设备质量监督检验中心, 北京100013;
3． 煤矿采掘机械装备国家工程实验室, 北京100013; 4． 煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室, 北京100013)
[摘　要] 　为了满足2000L/ min 安全阀的试验要求, 解决试验技术与装备制约大流量安全阀技
术进步的难题, 在500L/ min, 1000L/ min 安全阀试验技术的基础上, 研究了额定流量稳定输出时间控
制、压力梯度控制等关键技术, 研制了液压支架用安全阀特性试验装置, 系统输出流量2000L/ min 以
上, 满足了GB25974． 3-2010 关于压力-流量特性试验的要求, 填补行业空白。
[关键词] 　2000L/ min 安全阀; 特性试验; 公称流量; 压力梯度
[中图分类号] TD355． 41; TH137． 52 [文献标识码] A [文章编号] 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 [基金项目] 2000L/ min 安全阀试验装置(发改委投资[2014] 744-09); 煤科院技术创新基金(2014CX13)
[作者简介] 赵忠辉(1980-), 男, 辽宁昌图人, 硕士, 副研究员, 从事矿山机械设计及支护设备的相关试验方法研究和设备开发工作。
[引用格式] 赵忠辉． 2000L/ min 安全阀特性试验装置的研制[J]. 煤矿开采, 2016, 21 (5): 36-39．
　　安全阀是液压支架等煤矿支护设备高压保护的
重要液压元件, 通常公称流量大于100L/ min 就称
之为大流量安全阀[1-2] 。但随着国内综采技术的发
展, 液压支架用安全阀流量从40L/ min 的小流量、
100L/ min 大流量, 发展到500L/ min 及1000L/ min
的更大流量[3-5] 。尤其是近年来在大采高综放、一
次采全高综采工艺的发展和应用的背景下, 液压支
架的支撑高度和工作阻力不断增大, 与之配套的安
全阀公称流量也随之增大, 出现了工作阻力
26000kN、支撑高度8． 8m 的超大采高液压支架,
与之配套的安全阀公称流量要求高达2000L/ min,
但目前安全阀产品最大流量为1000L/ min, 采用2
个1000L/ min 安全阀并联的代替方案, 可见公称流
量2000L/ min 安全阀已有现实需求。在此背景下,
北煤机、郑煤机等大型煤机企业也正在积极研制流
量2000L/ min 的安全阀, 样品已问世, 但目前国内
外的最大试验能力仅为1000L/ min[6-7] 。由于试验
技术和装备的缺失, 无法对其公称流量条件下的压
力-流量特性进行试验验证, 试验技术与装备已成
为制约大流量安全阀技术提高的难题。
因此, 亟需进行2000L/ min 安全阀试验技术的
研究, 开发配套试验装置, 填补行业空白。
1　总体方案设计
在500L/ min 安全阀试验台基础上, 针对实际
应用发现的不足, 2000L/ min 安全阀试验装置进行
了全新设计。系统由蓄能器、快速加载缸、大流量
控制阀组及安全防护等组成。以蓄能器作为流量
源, 通过自主研发的大流量快速加载组合液压缸,
实现被试安全阀所需的2000L/ min 流量源, 通过蓄
能器组的开关控制实现500 ~ 2000L/ min 各种规格
大流量阀的公称流量压力特性试验。
系统液压原理如图1 所示, 液压油泵站8 为蓄
能器组6 充液, 使其达到设定的工作压力; 启动乳
36
第21 卷第5 期(总第132 期)
2016 年10 月
煤　矿　开　采
COAL MINING TECHNOLOGY
Vol． 21No． 5 (Series No． 132)
October　2016
万方数据
化液泵站1, 控制电磁换向阀3, 导通单向阀组2,
对组合功能液压缸10 的小腔充液, 直至柱塞完全
复位; 单向阀组2 中的单向阀主要用于回油截止,
阻断加载过程中乳化液的反向冲击与回液, 起到加
载回路与充液回路的隔离作业; 液控单向阀为中小
流量阀, 用于开启充液与输出油缸卸荷, 其控制口
均通过电磁换向阀3 由油液系统控制。
1—乳化液泵站; 2—单向阀组; 3—三位四通电磁换向阀;
4—两位两通电磁换向阀; 5—压力传感器; 6—蓄能器组;
7—液控单向阀; 8—液压油泵站; 9—电磁开关阀;
10—组合功能液压缸; 11—位移传感器
图1　液压系统原理
充液完成后, 给定信号, 导通两位两通电磁换
向阀4, 高压液压油充满组合功能液压缸的环形
腔, 此时液压力作用于柱塞柱面, 端面处于密封状
态, 柱塞处于静止状态; 当导通电磁开关阀9, 高
压油液从控制口进入柱塞端面, 使得柱塞产生运
动, 端面密封状态解除, 环形腔大流量高压油液作
用于柱塞端面, 推动小腔乳化液, 形成增压效果,
实现了被试安全阀的高压快速加载。利用位移传感
器11 测量油缸一定时间内的位移, 采用容积法间
接计算出被试安全阀的流量。
2000L/ min 安全阀装置试验系统满足
GB25974． 3-2010 关于公称流量-压力特性试验的
要求, 总体参数见表1。
表1　总体参数
参数规格
额定输出流量/ (L·min-1 ) 2000
额定工作压力/ MPa 62． 5
额定流量工作时间/ s 0． 5
最大输出流量/ (L·min-1 ) 2200
最大输出压力/ MPa 75
压力梯度/ (MPa·s-1 ) 大于120
2　组合功能快速加载缸设计
2． 1　结构设计
组合功能油缸专利技术( 专利号
200710000543． 3) 集成了开关阀和增加加载功
能[8] 。在结构设计方面, 进行了重新结构优化设
计, 结构图如图2 所示。
图2　组合功能快速加载缸结构
组合功能快速加载缸结构型式采用“伸缩式
柱塞缸” 结构, 在同样缸径、行程的条件下, 减
小了液压缸的长度。缸体的大腔液压油推动小腔乳
化液, 实现增压; 并通过先导设计实现了油缸的快
速开启。2． 2　组合缸参数的确定
由之前的研究[9] 可知, 组合缸的流量输出与
增压比n 的关系为: Q2
max = 29． 5n - 62． 5 C1·n3 + C2 , 系统增
压比合理取值区间为2． 5

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