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液壓支架大流量安全閥沖擊特性仿真分析

文檔作者：盧寧文檔來源：中國礦業(yè)大學(xué)司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月20日
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機(jī)械工程師
Ml三CHAN{CAL ENGfNEER
液壓支架大流量安全閥沖擊特性仿真分析
盧寧
(中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州221116)
Shock Characteristics Simulation and Analysis of Large Flow Safety Valve for Hydraulic Support
LU Ning
(China University ofMining and Technology，Xuzhou 221116，China)
Abstract： In the working process ofthe hydraulic support，when the roofis pressured，large flow reliefvalve need to be opened
quickly，and high working pressure emulsion need to be released，this working process is short and very complex．This paper
establishes the safety valve and the impact simulation model using AMESim software，the simulation CHIVe of its flow rate rind
pressureisobtained．Alltheseeffortsprovide referencesforthedynamicdesignofhighpressureandhighflow reliefvalve．
Key words：large flow relief valve；hydraulic suppo~；shock characteristics；AMESim
0 引 言
高壓大流量安全閥是液壓支架的關(guān)鍵控制基礎(chǔ)件，
主要應(yīng)用在液壓支架立柱回路中，用于防止立柱過載。在
正常的工況條件下，煤礦頂板下降速度緩慢，安全閥開啟
溢流的乳化液較少；在遇到井下突然來壓的工況，頂板下
降的速度會迅速增大，安全閥所需的溢流量也隨之變大。
在突然來壓工況下，安全閥存在著工作壓力高、工作時間
短的特點(diǎn)，工作狀態(tài)是一個瞬間的沖擊過程，比較復(fù)雜，
因此，高壓大流量安全閥的沖擊性能直接影響著液壓支
架的可靠性以及工作環(huán)境的安全性”]。
本文通過動態(tài)仿真軟件AMESim建立安全閥及沖擊
特性仿真模型，通過安全閥的壓力流量曲線進(jìn)行動態(tài)分
析，研究安全閥沖擊特性，為高壓大流量安全閥的動態(tài)設(shè)
圖l 安全閥在液壓支架系統(tǒng)中的簡化回路
1-液壓泵2三位四通換向閥3．大流量安全閥
4_液控單向閥5．立柱6．壓力表7．頂梁8．底座
計(jì)提供指
導(dǎo)和借鑒。
1 安全閥
的工作原
理
高壓
大流量安
全閥的工
作原理如
圖1所示。
立柱5的
下腔油液
基金項(xiàng)目：高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目
(20l30095l 10012)
壓力在低于閥3即高壓大流量安全閥的開啟壓力時，安
全閥關(guān)閉；當(dāng)煤礦綜采工作面頂板產(chǎn)生沖擊載荷時， 力
負(fù)載會突然在立柱的上部產(chǎn)生壓力源，壓力隨之傳到立
柱內(nèi)腔，立柱下腔的壓力增加，當(dāng)達(dá)到安全閥的開啟壓力
時，安全閥迅速開啟，當(dāng)被壓縮于立柱下腔的高壓液體從
閥口流出后，活塞向下滑動，支架卸載并且讓壓，從而避
免了沖擊載荷對立柱和液壓支架的破壞；而當(dāng)外載荷停
止變化后，立柱下腔壓力低于安全閥的開房壓力時，安全
閥關(guān)閉，而此時立柱下腔仍保有一定壓力，從而實(shí)現(xiàn)對頂
板的支護(hù)作用 。
2 大流量安全閥AMESim模型建立
AMESim具有豐富的模型庫，使用者可以采用標(biāo)準(zhǔn)
元件庫中的元件，也可以按照實(shí)際物理系統(tǒng)自定義搭建
元件。本文利用AMESim中的液壓元件建模庫，根據(jù)安全
閥的結(jié)構(gòu)建立模型，并進(jìn)行相關(guān)的仿真 。
本文參考FAD1000直動式大流量安全閥結(jié)構(gòu)搭建
的仿真模型如圖2所示。參考FAD1000型安全閥結(jié)構(gòu)參
數(shù)，模型主要參數(shù)設(shè)置如下：閥芯泄流孔數(shù)(number of
orifice holes)為48(共4排，每排l2個)；閥芯直徑(spool
diameter)為9mm；泄流孔直徑(hole diameter)為2mn1；閥
芯零位移遮蓋量(under lap corresponding Io zero
displacement)為3mm；質(zhì)量塊質(zhì)量(mass)為0．14kg(主要
是由閥芯、彈簧和彈簧座的質(zhì)量換算而來)；最大開肩位
移(higher displacement limit)為7 mm；彈簧剛度(spring
stifness)為350 N／mm；彈簧預(yù)壓力(spring force at zero
displacement)為2010 N(調(diào)定壓力為40 MPa)。
此外在AMESim軟件的仿真中，還需要對液壓介質(zhì)
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的屬性進(jìn)行設(shè)置，用到的模塊是液壓特性模塊(general
hydraulic properties)。該模塊有4種子模型，我們選取在
液壓系統(tǒng)中最常用的FP04子模型。
本文討論的T作介質(zhì)是乳化液，其中一些參數(shù)與
常規(guī)的礦物油不同，其含水的比例很大，具有不燃的特
點(diǎn)。需要重新設(shè)置屬性，具體參數(shù)如下：密度(Density)
為1000 kg／m ；體積模量(Bulk modulus)為2190 MPa；黏
度(Viscosity)為1．25 mPa·S。
3 安全閥沖擊特性仿真模型的建立
本文針對高壓大流量安全閥1一況特點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)對安傘閥沖擊實(shí)驗(yàn)的規(guī)定，設(shè)計(jì)了一種高壓大流量
安拿閥沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖3所示。該沖擊系統(tǒng)動力源采
用蓄能器組，該動力源可在短時間內(nèi)向系統(tǒng)提供大流量
的高 液體，為安全閥提供近似工況的]-作介質(zhì)，盡可能
真實(shí)地模擬支架在突然來壓時所受沖擊載荷的 r況。
根據(jù)安全閥沖擊特性試驗(yàn)臺原理圖， 建直的
AMESim仿真模型如圖4所示
圖3 安全閥沖擊特性試驗(yàn)臺液壓原理圖
1．乳化液源2．單向閥3．蓄能器4．插裝閥5． 導(dǎo)閥塊
6增 缸7．f立移傳感器8．被試安
圖4 安全閥沖擊特性仿真模型
4 仿真結(jié)果分析
AMESim運(yùn)算模式中對參數(shù)的設(shè)定如表1所示
如罔5、圖6為被試安傘閥前壓力、流量仿真曲線。在
沖擊前閥前壓力維持在25．2 MPa(調(diào)定公稱壓力的
60％)．流量為OLhnin；沖擊信號給定后，閥前壓力迅速升
至69．4 MPa，流量峰值為l 141 L／rain。隨著蓄能器內(nèi)液體
的排放，其供液壓力逐漸降低，由于液體、增壓缸及閥芯
的慣性和阻尼作用，閥前壓力流量呈振蕩衰減的走=3謗并
延續(xù)0．630 S。在1．270 S時刻，安全閥的流量}f}I線發(fā) r
明顯的轉(zhuǎn)折，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)折之前流艟的下降是【夫J為安傘閥
前壓力的下降引起的，而在此點(diǎn)之后，閥芯被彈簧頂
回，安全閥通流面積減小，在和 力下降共同作用下，通
過安全閥流量急劇下降。由于閥前壓力的降低導(dǎo)致彈簧力
推動閥芯關(guān)閉，安全閥開口越來越小，其流量就越來越低．
隨著壓力的進(jìn)一步降低，安全閥關(guān)閉，關(guān)閉壓力為42MPa
表1 AMESim運(yùn)算模式參數(shù)設(shè)定
項(xiàng)目 參數(shù)
開始時間／s
歷時，s
計(jì)算時間間隔／s
運(yùn)算模式
誤差
誤差類型
其他設(shè)置
O
1．5
O．001
標(biāo)準(zhǔn)積分器和單次運(yùn)行
l0
混合(包括相對誤差和絕對誤差)
分析模式為動態(tài)、解算器為規(guī)則
在0．6 s時，插裝閥組電磁換向閥開寓．可以 ?
力和流量的卜升有一定的延時，豐要是m系統(tǒng)l}1液J f：
的響應(yīng)速度和液體的慣性引起的 在0．633s【ilf． 奠個 前
的壓力開始 升，安全閥前的乳化液在增J 缸的推動下
觀壓縮態(tài)勢，通過安傘閥的流量為0 lJmin；在0．661 s時安
全閥的沖擊壓力達(dá)到64．4 MPa，安全閥的流量為546Un1in．
在0．778s時，通過安全閥的流坦為1000 IJr[ill ，之后安個=
閥的流量低于公稱流量下限，在1．035 S后，安個閥前的
壓力低于安全閥的彈簧力，發(fā)傘閥慢慢關(guān)閉 通過計(jì)算表
明安全閥的閥前壓力巾預(yù)設(shè)值升至54．6 MPa(公稱 力
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t { 、 i． 強(qiáng)
基于制動系統(tǒng)氣壓1．0MPa車橋制動部件的評價指標(biāo)
周國勝
(北京福田戴姆勒汽車有限公司技術(shù)中心，北京l0l400)
摘要：中重型商用車制動系統(tǒng)氣壓由o．8 MPa提升至1．0 MPa是一種趨勢，文中建立基于制動系統(tǒng)氣壓1．0 MPa車
橋制動部件評價指標(biāo)，包括車橋制動部件零部件設(shè)計(jì)評價指標(biāo)、臺架試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件及臺架試驗(yàn)評價指標(biāo)，
引領(lǐng)基于制動系統(tǒng)氣壓1．0 MPa車橋制動部件開發(fā)工作。該評價指標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性，在成本與效益方面有明顯的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng)氣壓1．0 MPa；臺架試驗(yàn) 設(shè)計(jì)；評價指標(biāo)
中圖分類號：U 463，5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002—2333(2015)12—0029—03
Evaluation Index of Axle Braking Parts Based on Brake Air Pressure l10M Pa
ZHOU Guosheng
(．re‘‘hni(‘a(chǎn)l c(~llter of Beijing Foton 1)aimh-r Atltomo|ive Co．，I．Id．，Beiiing 1014(X)，China)
Abstract：It is a trend to upgrade heav)，COllllller(‘ial vehi(’le brake air pressul‘e fm’131 0．8MPa to 1．OMI a． rhis paF,er sets up
evaluation index based On the brake ail presstlre 1．OMPa．whi(‘h im·hides tlx]es Ill’aking system parts desiglI evaluation，
ben(·h test jtems．test methot1，test COIl(1itions all(JJ)el3ch test evaluation in(1ex all(IIea(I axles braking system development
based on the bl’ake ai r‘pressure 1．0MPa．This evaluation index has the pra(’Ileal gui《lallre，at tile saille time，it bI’ings the
improvement of the o1)vious benefit．
Key words：brake air I】reSSllre 1．0MPa；bent-h test；design；evaluation index
O 引 言
目前歐美市場中重型商用車應(yīng)用制動系統(tǒng)氣
1．0 MPa技術(shù)已普及， 內(nèi)市場中重型商用車制動系統(tǒng)氣
1．0 MPa技術(shù)已有應(yīng)用．但沒有普及，制動系統(tǒng)氣壓
0．8 MPa技術(shù)仍是首先。 內(nèi)市場 現(xiàn)制動系統(tǒng)1．0 MPa
沒有普及的主要原因是：應(yīng)用制動系統(tǒng)1．0 MPa技術(shù)，制
動系統(tǒng)零部件可靠性降低，特別是車橋制動部件壽命降
低尤為明顯，目前沒有一套系統(tǒng)解決方法。
中重型商用車制動系統(tǒng)提高制動力矩有多種方法，
其中有制動器結(jié)構(gòu)尺寸增大和制動系統(tǒng)氣壓增大的方
法。制動器結(jié)構(gòu)尺寸由于受到布置空間的限制，尺寸不能
再增人 、增大制動系統(tǒng)氣 是增大制動系統(tǒng)制動力矩有
效方法之一即制動系統(tǒng)氣壓由0．8 MPa提高到1．0 MPa。
豁于 內(nèi)快速物流業(yè)必起，同時中舊市場中重型商
用車不規(guī)范裝載，對中重， 商用車制動系統(tǒng)提fn新的要
求，要求制動系統(tǒng)提供更大制動力矩，保證行駛安傘性。
中重型商用車制動系統(tǒng)氣』 0．8 MPa不能滿足新的要
求， 中重 商用車城用制動系統(tǒng)氣壓1．0 MPa技術(shù)在閨
內(nèi)市場已成為迫切的課題
中重型商用車制動系統(tǒng)氣J 南0．8MPa提升至1-(】MPa。
涉及到空壓機(jī)、制動管路、管路接頭和車橋制動部件的性
能提升。日前中雨型商用車制動系統(tǒng)吲內(nèi)行業(yè)技術(shù)要求：
空壓機(jī)、制動管路、管路接頭耐 值火于l3 MPa，車橋
制動部件為0．8 MI)a 這樣車橋制動部件的性能提升是中
重型商用車應(yīng) 制動系統(tǒng)1．0 MPa技術(shù)的辛要_『：作 但
是日前沒有系統(tǒng)評價療法指標(biāo)指導(dǎo)毖于制動系統(tǒng)氣壓
的1-3倍)所需的時間為l8 InS，
GB25974．3—2010中25 ms的要求。
5 結(jié)論
符合新國家標(biāo)準(zhǔn) [2] 乇燕寧，宋寶令．液壓支架安全閥】：況分析和流量系列探討【J]
江蘇煤炭，l 994(1)：36—38．
本文表明高 大流量安令閥的沖擊特性直接影響著
礦用液，E支架整體性能的好壞，并以FAD1000型安全閥
為例，在AMESim軟件中建 了高壓大流量安全閥的沖
擊特性模型，分析許研究了其壓力和流最曲線，指“{該霞
令閥閥前壓力巾預(yù)設(shè)值升至54．6 MPa(公稱壓力的1．3
倍)所需的時間為l8 Ins，符合新舊家標(biāo)準(zhǔn)GB25974_3—
20l0中25 Ills的要求通過本文的模 搭建和沖擊特性
仿真分析，為支架用高壓大流量發(fā)傘閥的動態(tài)設(shè)計(jì)‘和性
能研究提供r指導(dǎo)和f}}簽：
[參考文獻(xiàn)]
【1] 手 法．液J 芰架技術(shù)【M]．北京：煤炭¨ j版禮．1999．
[3] 乇燕寧，宋寶令．液 支架安全閥設(shè)計(jì)的優(yōu)化力‘法[J J．江蘇煤
炭，l994(2)：47—50．
[4] 曾慶良，萬麗榮．大流星安全閥的動態(tài)特性分析與if‘算機(jī)仿真
[J]．煤礦機(jī)械，l999(8)：27—30．
[5] 熊詩波，杜嵐松．大流撮液壓支架，奠傘閥動態(tài)特性分析硬試驗(yàn)
方法研究[J]．III西礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)．1990，8(3)：l87～l92．
[6] 孫玲，李鴻巖．液 支架用大流量安全閥研究[J]．遼寧 1：程技術(shù)
大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(增fu 2)：277—279．
(編輯吳 天)
作者簡介：盧寧(1986一-)．男，講師。碩士．從事液壓傳動與控制方面
的研究工作
收稿日期：2015-07—13
網(wǎng)址WWW jxgcs com 電郵h巾engineer@163 com 2015年第1 2期 } 29

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