液压支架用插装式液控单向阀的研究与设计

谢瑞

摘 要：文章在对液压支架用插装式液压单向阀研究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的液控单向阀，该液控单向阀已经大批量投入使用，反应良好。

关键词：液压支架；液控单向阀；单向阀

中图分类号：TD355.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0021-01

1 技术背景

液控单向阀属于煤矿综采液压支架液压回路中的液压元件，具体地说是通过对液控单向阀进行开启、关闭、控开动作实现液压支架立柱油缸的升高、保压和降低。自从煤矿综采开始，由于各种采煤产量要求提高和复杂的环境因素，对液压支架以及配套的设备有了更严格的要求。目前使用的液控单向阀流量小、卸荷时液压冲击大，对阀的各个零部件以及整体寿命都会降低，而且液控单向阀由很多结构件组合而成，更换密封件要拆卸很多部件，在井下极为不便，很多问题困扰着井下液压支架的正常工作生产。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，研制开发了该液控单向阀。

2 液控单向阀概述

本液控单向阀所要解决的技术问题是提供一种可靠性强、安装简单且维修方便的插装式液控单向阀。

本液控单向阀采用上述技术方案，与现有技术相比，阀座和顶杆为螺纹连接，顶杆可旋入阀座内的过液腔中，形成插装式的液压组件，使得整个液控单向阀的系统集成度较高，便于液控单向阀的安装和维修，即安装简单、维修方便，直接通过更换插装式液压组件就可修复该液控单向阀。

3 液控单向阀结构图释义

本液控单向阀的液控单向阀的结构示意图，如图1所示。

图中的数字标记：1、阀套；2、阀芯；3、阀体；4、阀座；5、回位弹簧；6、顶杆；7、过液腔；8、端口；9、限位块；10、进液通道；11、阀垫；12、弹簧；13、储油腔。

4 具体实施方式

图1所示为本液控单向阀的一种插装式液控单向阀，其包括阀体3、阀套1、阀芯2、阀座4和顶杆6，阀座4上设有过液腔7，阀座4套在顶杆6的外部，顶杆6的头部并伸入阀座4的过液腔7内，在顶杆6的端部与阀体3的端部内壁之间形成有储油腔13，阀芯2内置于阀套1中，在阀芯2和阀套1之间还设有弹簧12，弹簧12推动阀芯2使阀芯2的头部在阀座4上的与过液腔7连通的端口8处与阀座4密封连接，在顶杆6上还套有回位弹簧5，在顶杆6的头部杆身上设有外螺纹，在所述阀座4的内部靠近过液腔7的位置设有限位块9，在该限位块9上设有通孔，在通孔的内壁上设有与顶杆6上的外螺纹相适配的内螺纹，回位弹簧5一端抵在限位块9上，另一端抵在顶杆6上；在阀体3上设有供液压油进出的三个工作口，如图中的工作口A、工作口PA和工作口PB，其中工作口PB连通储油腔13，工作口PA连通阀座4的过液腔7，工作口A与阀套1上设置的进液通道10连通，阀套1上具有工作口A'。与现有技术相比，阀座4和顶杆6为螺纹连接，顶杆6可旋入阀座4内的过液腔7中，形成插装式的液压组件，使得整个液控单向阀的系统集成度较高，便于液控单向阀的安装和维修，即安装简单、维修方便，直接通过更换插装式液压组件就可修复该液控单向阀。

另外，如图1所示，本液控单向阀在阀座4的端口8处还设有阀垫11，阀芯2与阀垫11密封连接，以增强密封性能。为了进一步增强密封性能，阀芯2与阀座4之间可以直接为硬密封连接，将阀芯2采用金属材质制成，并要采用真空淬火技术，淬火之后再精磨，硬度高，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，单向阀使用寿命长。如图1所示，阀芯2的头部而且为锥台结构，阀芯2的头部不再伸入过液腔7中，顶杆6与阀芯2只在阀座4的端口8处开始接触，阀芯2的结构更简单，液控单向阀整体的结构更紧凑。

5 科学技术内容

本产品是主要适用于煤矿综采大规模的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。在液控单向阀专利的指导下终于开发出符合国家安全标准认证要求的新型插装式液控单向阀。

结构设计：采用插装式结构设计阀套、阀座及顶杆，提高维修更换的便利性。

参数设计：工作压力P=31.5 MPa；额定流量Q=200 L/min。

通过阀体、阀套等的孔直径，阀芯与阀垫开口大小确定过液流量如下：

Q=μA■

公式中，Q为额定工作流量（L/min）；μ为出流系数（经验取0.5～0.9）；A为阀芯打開后的液流通道面积（mm2）；为局部液阻压降（MPa）；为工作液的密度（kg/m3）。

由于液压支架中使用的是高压液体，允许有较大压降，流速高。经过我公司的阀综合试验台测试，其正向开启压力均值小于1 MPa，关闭压力低于进液压力的90%，阻力损失小于5 MPa，卸载最大冲击值小于公称压力110%，其各项性能优于行业执行标准MT419-1995；并且关键的寿命试验指标达到并超过新国标GB 25974.3-2010中A类阀标准（A类阀要求为30 000次，我公司产品取得国家煤矿支护设备质量监督检验中心 50 000次的寿命试验的检验报告，试验报告编号201312665），目前已经广泛使用在国内煤机厂及煤矿使用单位。

6 结 语

我公司的新型单向阀类产品采用金属环线硬密封的插装式阀芯组件结构，分别由阀套、阀芯弹簧、阀芯、阀座、顶杆弹簧、顶杆等6种零件组合而成。零件数量少，维修非常方便，只需从一端拧出并更换阀芯组件即可。在结构设计上尽量采用通用和互换性相结合的指导思想，使同流量的液控单向阀、单向锁和双向锁的阀芯组件实现通用和互换，既在相同流量的前提下，一种阀芯组件可分别用在相同流量的液控单向阀、单向锁和双向锁上，减少了维修备件的种类和数量。该阀目前已经成熟应用，具有很好的市场开发优势和推广应用价值。

参考文献：

[1] 王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

[2] 路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2002.