液压支架大流量安全阀的研究

1、4煤矿机电2001年第2期设计研究文章编号:1001-0874(2001 02-0004-03液压支架大流量安全阀的研究李秀轩(煤炭科学研究总院太原分院, 山西太原030006摘要:介绍了一种煤矿液压支架用大流量安全阀, 并简述了该阀的研制过程和技术关键。该产品可满足高产高效矿井工作面液压支架对大流量安全阀的需求。关键词:液压支架; 大流量安全阀; 研究中图分类号:TD355. 4+文献标识码:B1引言随着高产高效工作面的迅速发展, 液压支架逐步向大吨位、大缸径方向发展。目前国外如:英、美、德等国家的大缸径(直径在 280mm 以上 液压支架上已配备了250400L/min 的大流量安全阀,

2、其中, 美国和澳大利亚已使用了 320m m 、 340mm 、 360m m 立柱缸径的液压支架, 其安全阀的流量已达到450L /min 以上。这些安全阀对大缸径液压支架起到了很好的保护作用。我国目前支架用安全阀, 流量最大的仅有100L/m in, 常规使用的多数为32L/m in 。在有冲击低压或顶板周期来压和初次放顶强烈的矿区, 上述流量的安全阀已不能满足支架安全支护工作面顶板的要求。据有关资料统计, 在我国一些矿区, 如:京西、大同、义马及神府等矿区, 冲击地压和周期来压强烈, 有20个矿区发生过冲击地压, 总计有300多次。70年代后, 由于广泛地采用了液压支架, 改善了煤矿的支

3、护条件, 能经受住一般冲击载荷的考验, 但较大的冲击载荷尚存在危险性, 如大同四矿引进英国道梯4 550液压支架, 近两年时间损坏支柱240根, 而且立柱损坏的形式均为缸筒鼓肚或爆裂, 以及活塞杆弯曲或折断, 损坏的主要原因是立柱不能适应上述有冲击载荷顶板的工作, 过载损坏, 因为顶板突然来压时, 立柱缸体内瞬间产生高速高压液体冲击, 立柱内的高压液体能量来不及释放, 以致超过立柱缸体材料许用极限应力而损坏。因此, 必须研制一种适合于这种顶板条件的能释放较大能量的大流量安全阀。目前, 国外支架最大立柱缸径已经发展到 360m m, 单柱工作阻力达到3600kN 。国内单根立柱的缸径达到了 32

4、0mm ,工作阻力达到3000kN 。在此条件下, 由于立柱容积增大, 在同等压缩行程条件下, 液压排量也应明显增大。据测算:当顶板载荷以瞬间作用于支架立柱, 立柱以每秒下沉50mm 来计算时, 所需的安全阀流量见表1:表1立柱缸径与安全阀流量参数表立柱直径(mm 安全阀流量(L/m in360345320268280205250163综上所述, 目前我国现有的100L/min 以下流量的安全阀已不能满足支架的使用要求, 迫切需要研制出一种160400L/min 左右的常规安全阀, 用于大吨位、大缸径液压支架中, 来保证支架立柱的正常工作。2ZAF 1大流量安全阀的研究研制新型的200400L

5、/min 流量的安全阀需2001年第2期要解决的技术关键是:煤矿机电5用大直径, 少圈数的结构, 增大了使用范围, 提高了使用寿命。(3 新型抗污染排液机构的设计目前, 常规安全阀大多采用在阀壳上打孔后包一层薄橡胶环的方式排液, 以及螺塞处打中心孔间夹橡胶片开十字槽形式, 抗污能力较差。我们在此阀中设计了一个低压锥阀来排液, 达到较好的抗污效果。其结构是在安全阀弹簧中部安装了一个带螺杆、小簧和阀座的锥阀(见图1 , 其开启力约为152N 。在不排液状态下, 该阀关闭防止煤粉、污物进入阀内。安全阀开启溢流时, 液体充满壳腔顶开排液锥阀进行正常溢流排液。由于排液时打开锥阀需有1. 5N 的力, 因

6、此对安全阀阀芯运动时的稳定性有一些好处, 从一定程度上提高了阀的工作稳定性, 同时解决了污物易存在于橡胶环中的问题。安全阀密封副结构的研究, 解决安全阀中柱塞阀结构流量小, 平面阀结构超调大, 平衡式结构关闭效率差的问题。研究安全阀弹簧的力学特性及材质选用, 使其具有良好的性能和高的使用寿命。研究新型的抗污染能力强的排液机构, 使其既能顺利排液又有良好的抗污染能力。研究新型的高寿命的聚氨酯密封件。 研究安全阀的防腐防锈工艺。具体研究工作分述如下:(1 安全阀新型密封副及结构形式的研究目前国内现有的安全阀产品主要有二种密封结构形式, 一种为平面密封副阀针、阀座形式, 如YF 1B 型, 其正常流

7、量为1L/min, 最大流量为3L /m in; 另一种形式为柱塞滑阀式, 如YF 5型, 流量10L/min; ZH YFI 型, 流量32L/m in; BSF 型, 流量90L/min 等。100L/min 以上的安全阀产品, 由于其采用滑阀式结构, 存在过孔切割密封圈的弊病, 流量很难增加。而平面阀流量能增大, 但又存在着打不开、关不住的毛病。因此, 经过分析调研后认为, 直接采用增大过流面积来达到增大流量的目的是不可取的。根据我们研制抗污染注液阀和卸载阀的经验, 认为直动式安全阀结构简单, 可靠性及灵敏度高, 因此采用了一种直动式滑阀锥角环形密封结构, 该结构形式既解决了柱塞滑阀过孔

8、切割密封件的问题, 又增大了过流断面, 从根本上消除了柱塞阀的有关缺陷。1996年7月, 我们加工了30件ZAF1型安全阀试验用样机, 在太原分院试验室进行了小流量性能和小流量模拟寿命应力循环试验, 试验效果良好。1997年, 我们又加工了20件安全阀, 在国家煤矿支护设备检测中心按部标MT 419-95 液压支架用阀 进行了型式试验, 试验合格, 通过了国检。1996年8月1997年6月, 我们加工了98个安全阀, 送往中煤神华集团大柳塔矿进行了为期10个月的工业性试验, 证明产品使用性能良好。(2 ZAF1型安全阀弹簧的设计安全阀弹簧的性能优劣对该阀的性能影响较大, 因此, 我们从设计上着

9、手选择了大直径和丝径的螺旋压簧。其材质选用了60Si 2CrVA, 外表面采用了镀锌工艺, 两端磨平。该弹簧突破了以往小直径, 多圈数的模式, 采图1ZAF250/45型大流量安全阀(4 安全阀新型密封件的研究为了提高ZAF 型安全阀的寿命及工作可靠性, 我们研制了用新材料制成的安全阀密封件。目前, 国内批量生产的安全阀密封件均为丁晴橡胶, 但是其使用寿命较短, 一般为半年。由于我们研制的安全阀流量较大, 工作条件较恶劣, 因此有必要改进密封件材质, 提高其性能与寿命。在了解国外状况, 并对国内现状进行调研的基础上, 我们提出了该产品的技术关键: 解决聚氨酯密封件在水中易水解和温度升高导致其性

10、能显著下降的问题; 设计出适用于高压、耐冲击的密封件。我们采取主料用进口, 个别添加剂用国产的方法, 研制出了耐水、耐高温的MT -1号材料。使用中, 我们又对不同硬度的材料进行了物理性能试验, 确定了合适的硬度, 压制出了密封件, 在型式试验和井下工业性试验中, 使用效果良好。(5 安全阀防腐性能的研究为了保证安全阀的防腐效果, 阀芯、 阀座均采用6文章编号:1001-0874(2001 02-0006-03煤矿机电2001年第2期低位综放采空区残煤回收装置的研制王战洲, 郭和平, 牛宏伟, 贾光胜, 许艳玲, 张世燕3. 潞安矿务局, 山西长治046204摘要:简述了低位综放工作面采空区残

11、煤损失形成原因和赋存状况, 并对其损失情况进行了量111233(1. 潞安矿务局王庄煤矿, 山西长治046031; 2. 煤炭科学研究总院北京开采所, 北京100013;化分析, 推想出用FH 装置占据存煤死角空间, 达到回收残煤的目的。同时, 对该装置的构成和回收原理进行了重点介绍。关键词:低位综放; 残煤回收装置; 原理中图分类号:TD823文献标识码:B1问题的提出综采放顶煤(下称综放 开采技术, 特别是低位综放技术的试验成功, 带来了国际、国内采煤工艺的一场变革。近几年, 低位综放开采队数量不断增加, 低位综放工作面产量日益提高, 已经成为我国实现高产高效矿井建设的主要手段之一。回收率

12、是关系到煤矿资源利用、矿井寿命和企业效益的一件大事, 倍受关注。低位综放开采工艺的回收率能否进一步提高, 一直是煤矿的重点研究课题。近几年的研究结果表明, 长壁综放工作面的煤炭损失主要由3个方面构成:一是工作面的初采和末采期间, 由于不能放煤或不能充分放煤而引起的损失; 二是工作面两端过渡支架和端头支架不能不锈钢制造。因其零件较小, 成本增加较少。其阀壳、排液机构、调节螺套等采用了镀铜套硬铬工艺, 提高了防腐能力。弹簧采用了表面镀锌工艺, 较经济, 下步将采用化学镀镍工艺。3安全阀的技术参数及结构安全阀的技术参数如下:型号型式溢流量使用介质工作压力重量ZAF 1250/45柱塞锥角环形结构 250L/min 乳化液3050MPa 1. 75k gL/m in 以上的大流量的安全阀产品。该产品采用了柱塞锥角环形密封副形式, 排液采用低压锥阀结构, 提高了阀的流量及抗污能力; 研制的新型密封件, 增加了产品可靠性; 采用了多种形式的表面防腐工艺, 提高了防腐能力。该产品的研制成功, 不仅满足了液压支架对大流量安全阀的需求, 而且对于减少大缸径立柱的损坏和