趙忠剛　曹廣貴

【摘 要】本文論述了原設(shè)計(jì)的安全閥在使用中存在諸多不便的詳細(xì)情況，進(jìn)一步分析了更換閥芯密封圈所帶來的弊端，并詳細(xì)論證了安全閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)的要點(diǎn)和厲害關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】安全閥；密封圈；環(huán)形臺階；推力

0 引言

液壓支架在井下使用過程中，必須要在支柱上配置安全閥。由于安全閥在使用中一致受到液壓支架液壓系統(tǒng)的高頻沖擊，其閥芯便一致在發(fā)生高頻的往復(fù)滑動，導(dǎo)致了閥芯處的密封圈比較容易損壞，使安全閥發(fā)哈，我看看確定位，導(dǎo)致更換密封圈后的安全閥必須重新整定公稱壓力。由于井下沒有壓力試驗(yàn)臺，在井下無法重新調(diào)整其公稱壓力，需要運(yùn)回公司在試驗(yàn)臺上重新整定公稱壓力。致使公司造成了人力物力的嚴(yán)重浪費(fèi)，加大了成本投入和售后服務(wù)費(fèi)用的開支；同時(shí)，也給客戶帶來了許多不便。為此，公司迫切需要對安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)。

1 原安全閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析

圖1 安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。接頭1緊固在閥殼7上，壓緊螺帽4將安裝好閥芯2的閥套3壓緊在接頭1內(nèi)，閥芯與閥套和壓緊螺帽之間有4個(gè)閥芯O型密封圈12，閥殼內(nèi)的調(diào)壓螺塞8將彈簧6頂在彈簧座5上，同時(shí)，彈簧座5將彈簧的壓力加在閥芯上，起到穩(wěn)壓保護(hù)的作用。使用時(shí)卸下防塵套9，將安全閥接頭插入液壓支架支柱通液管處并卡緊，通常情況下閥芯在彈簧的作用下其卸荷孔向接頭的接口處偏移一定距離，閥芯在支柱內(nèi)的液壓交變壓力的條件下只是發(fā)生頻繁的往復(fù)移動，但不卸荷。當(dāng)井下工作面頂板來壓較大致使液壓支架頂梁對支柱的沖擊壓力使支柱內(nèi)的液提壓力大于安全閥的公稱壓力時(shí)，閥芯就快速向彈簧側(cè)移動直到其卸荷孔到達(dá)閥套和壓緊螺帽的排液孔處，隨即發(fā)生卸荷，起到安全保護(hù)液壓支架作用。

2 原安全閥的閥芯密封圈損壞過程論述

通過上述對安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析可知，安全閥在使用過程中其閥芯是在液壓系統(tǒng)高頻的交變壓力下始終在進(jìn)行高頻的往復(fù)運(yùn)動，這就導(dǎo)致了閥芯與閥套及壓緊螺帽內(nèi)的密封圈在不斷的摩擦。當(dāng)其運(yùn)動幅度過大并造成閥芯的卸荷孔與密封圈摩擦?xí)r，很容易導(dǎo)致閥芯密封圈的損壞，這是正常的現(xiàn)象。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，損壞最厲害的密封圈是由閥芯左端向其右端數(shù)的第一個(gè)和第三個(gè)，因?yàn)槠渌鼉蓚€(gè)始終無法與閥芯的卸荷孔發(fā)生摩擦。

當(dāng)密封圈摩擦損壞到其彈性變量無法有效密封的時(shí)候，液壓系統(tǒng)的液體就會通過磨損的密封圈由圖1中的防塵帽11處流出，這就導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)的壓力發(fā)生損失，安全閥失去了安全穩(wěn)壓的作用，最終導(dǎo)致液壓支架支柱的活塞桿下滑。當(dāng)然，液壓支架維護(hù)人員會及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換安全閥的。

3 更換原安全閥損壞密封圈存在的弊端

安全閥更換后，就要更換其閥芯密封圈，通過圖1可以看出，更換閥芯密封圈時(shí)，要將接頭與閥殼擰開，再擰開壓緊螺帽，拆下閥套與閥芯，最后更換閥芯密封圈。更換完成后再按拆卸接頭部分的逆次序?qū)⒏骷来窝b入在接頭中。但此時(shí)，彈簧在卸下閥殼左端接頭后，會在閥殼中向卸下接頭端伸長，占滿了閥殼左端擰緊接頭的螺紋部分，使安裝完閥芯密封圈的接頭很難再擰入閥殼，即便強(qiáng)力擰入閥殼，也無法保證接頭擰入的原始位置，這就導(dǎo)致彈簧對閥芯的壓力發(fā)生了變化，從而使安全閥的公稱壓力發(fā)生了無法預(yù)知的改變。當(dāng)然，通常是卸下閥殼右端的調(diào)壓螺塞后再擰入接頭，最后安裝彈簧并擰入調(diào)壓螺塞。不論是更換閥芯密封圈后怎樣組裝安全閥，目前都無法保證其組裝后的彈簧壓推力是否符合安全閥閥芯需要的正常的彈簧壓力，這就必須要在試驗(yàn)臺上對更換閥芯密封圈后的安全閥重新整定其公稱壓力。從而造成了安全閥生產(chǎn)成本及調(diào)試費(fèi)用的大量增加、售后服務(wù)費(fèi)用及往來運(yùn)費(fèi)的額外浪費(fèi)，同時(shí)，還給礦方帶來儲存安全閥及上、下井?dāng)y帶安全閥和安全閥舊件回退等諸多麻煩。

4 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案論述

如果在卸下安全閥的接頭后，彈簧所在區(qū)間是一個(gè)穩(wěn)定區(qū)，接頭安裝有限定位置，重新組裝接頭時(shí)其彈簧壓力是一個(gè)恒定壓力，那么，更換密封圈后重新安裝接頭到其限定位置，安全閥的公稱壓力就不會發(fā)生變化。因此，可以在閥殼中增加一個(gè)通過定位彈簧座限制彈簧并同時(shí)能定位接頭的共用限位臺階即可。

由于圖1所示的原安全閥已經(jīng)滿足使用要求，說明其尺寸及材質(zhì)都符合要求。為此，可以在原安全閥圖1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在其閥殼中適當(dāng)增加一臺階，并將彈簧座左端增加一段直徑小于臺階孔直徑的補(bǔ)償整體閥組長度的凸臺即可。為此，安全閥改進(jìn)方案可按照圖2所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 安全閥改進(jìn)后結(jié)構(gòu)示意圖

5 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案計(jì)算

在圖2中，閥殼左端增加了一個(gè)定位彈簧座和接頭的環(huán)形臺階。為了使彈簧、彈簧座和環(huán)形臺階受力線一致而不發(fā)生使彈簧座滑移和凸變，其內(nèi)孔尺寸小于彈簧內(nèi)徑并通過彈簧座增設(shè)的凸臺即可，其厚度尺寸要大于彈簧的推力并且要有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。安全閥開啟時(shí)，閥芯受到液壓的推力f=pπr2，，p為安全閥公稱壓力，單位MPa；r為閥芯外圓半徑，單位mm；f單位為N。彈簧的推力與閥芯受到公稱壓力時(shí)相等，但其對閥殼中的環(huán)形臺階的直接推力要小于閥芯受到液體的推力f，因?yàn)椋踩y開啟時(shí)，彈簧要向右移動一段距離，此時(shí)彈簧的推力在使用中達(dá)到最大值。如果卸下接頭等之后，彈簧靠就緊閥殼的環(huán)形臺階，此時(shí)，彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力要小于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f。為安全可靠，可以按照彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力等于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f進(jìn)行設(shè)計(jì)。那么，環(huán)形臺階受到彈簧的推力F=σ0.2×L×H，σ0.2為1Cr18Ni9的屈服強(qiáng)度，L為環(huán)形臺階與閥殼連接處的周長，單位mm；H為環(huán)形臺階的厚度，單位mm；F單位為N。

已知，該型安全閥公稱壓力p為50MPa，閥芯外圓半徑r為6.5mm，閥殼內(nèi)孔直徑φ為46.5mm，閥殼材料為1Cr18Ni9，通過查看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知1Cr18Ni9不銹鋼的屈服強(qiáng)度σ0.2為205MPa。那么，f=pπr2，=50×3.14×6.52，=6633.25N。如果取環(huán)形臺階受到彈簧的推力F等于閥芯受到液壓的推力f，即F=f，也即σ0.2×L×H=f，由于閥殼直徑φ為46.5mm，可以推測閥殼內(nèi)徑的周長L=πφ=3.14×46.5=146.01mm。那么，H=f÷（σ0.2×L）=6633.25N÷（205×146.01）≈0.2216mm，該尺寸是環(huán)形臺階與閥殼連接處的尺寸，環(huán)形臺階受到彈簧座的推力并非在它們的連接處，而是在彈簧座最大直徑的邊緣處（已知彈簧座最大處直徑φ為44mm），彈簧座在彈簧的推力下將使環(huán)形臺階扭曲，顯然該厚度偏小，最起碼要0.5mm。但加工時(shí)容易造成退火，為了便于加工和使臺階結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度足夠，環(huán)形臺階可取3mm，隨之而增加的彈簧座左邊的凸臺高度也要取3mm，安全閥的其它尺寸一律不變。

6 結(jié)語

通過改進(jìn)安全閥的結(jié)構(gòu)，在接頭卸下后，使其彈簧有了一個(gè)固定區(qū)間，接頭有了固定的限位臺階，方便了井下更換閥芯密封圈，杜絕了原安全閥更換閥芯密封圈后所帶來的各類弊端。該安全閥的設(shè)計(jì)改進(jìn)在安全閥設(shè)計(jì)應(yīng)用中有較好的參考價(jià)值和推廣意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陸一心，主編.液壓閥使用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]成大先，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版第1卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[責(zé)任編輯：湯靜]

【摘 要】本文論述了原設(shè)計(jì)的安全閥在使用中存在諸多不便的詳細(xì)情況，進(jìn)一步分析了更換閥芯密封圈所帶來的弊端，并詳細(xì)論證了安全閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)的要點(diǎn)和厲害關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】安全閥；密封圈；環(huán)形臺階；推力

0 引言

液壓支架在井下使用過程中，必須要在支柱上配置安全閥。由于安全閥在使用中一致受到液壓支架液壓系統(tǒng)的高頻沖擊，其閥芯便一致在發(fā)生高頻的往復(fù)滑動，導(dǎo)致了閥芯處的密封圈比較容易損壞，使安全閥發(fā)哈，我看看確定位，導(dǎo)致更換密封圈后的安全閥必須重新整定公稱壓力。由于井下沒有壓力試驗(yàn)臺，在井下無法重新調(diào)整其公稱壓力，需要運(yùn)回公司在試驗(yàn)臺上重新整定公稱壓力。致使公司造成了人力物力的嚴(yán)重浪費(fèi)，加大了成本投入和售后服務(wù)費(fèi)用的開支；同時(shí)，也給客戶帶來了許多不便。為此，公司迫切需要對安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)。

1 原安全閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析

圖1 安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。接頭1緊固在閥殼7上，壓緊螺帽4將安裝好閥芯2的閥套3壓緊在接頭1內(nèi)，閥芯與閥套和壓緊螺帽之間有4個(gè)閥芯O型密封圈12，閥殼內(nèi)的調(diào)壓螺塞8將彈簧6頂在彈簧座5上，同時(shí)，彈簧座5將彈簧的壓力加在閥芯上，起到穩(wěn)壓保護(hù)的作用。使用時(shí)卸下防塵套9，將安全閥接頭插入液壓支架支柱通液管處并卡緊，通常情況下閥芯在彈簧的作用下其卸荷孔向接頭的接口處偏移一定距離，閥芯在支柱內(nèi)的液壓交變壓力的條件下只是發(fā)生頻繁的往復(fù)移動，但不卸荷。當(dāng)井下工作面頂板來壓較大致使液壓支架頂梁對支柱的沖擊壓力使支柱內(nèi)的液提壓力大于安全閥的公稱壓力時(shí)，閥芯就快速向彈簧側(cè)移動直到其卸荷孔到達(dá)閥套和壓緊螺帽的排液孔處，隨即發(fā)生卸荷，起到安全保護(hù)液壓支架作用。

2 原安全閥的閥芯密封圈損壞過程論述

通過上述對安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析可知，安全閥在使用過程中其閥芯是在液壓系統(tǒng)高頻的交變壓力下始終在進(jìn)行高頻的往復(fù)運(yùn)動，這就導(dǎo)致了閥芯與閥套及壓緊螺帽內(nèi)的密封圈在不斷的摩擦。當(dāng)其運(yùn)動幅度過大并造成閥芯的卸荷孔與密封圈摩擦?xí)r，很容易導(dǎo)致閥芯密封圈的損壞，這是正常的現(xiàn)象。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，損壞最厲害的密封圈是由閥芯左端向其右端數(shù)的第一個(gè)和第三個(gè)，因?yàn)槠渌鼉蓚€(gè)始終無法與閥芯的卸荷孔發(fā)生摩擦。

當(dāng)密封圈摩擦損壞到其彈性變量無法有效密封的時(shí)候，液壓系統(tǒng)的液體就會通過磨損的密封圈由圖1中的防塵帽11處流出，這就導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)的壓力發(fā)生損失，安全閥失去了安全穩(wěn)壓的作用，最終導(dǎo)致液壓支架支柱的活塞桿下滑。當(dāng)然，液壓支架維護(hù)人員會及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換安全閥的。

3 更換原安全閥損壞密封圈存在的弊端

安全閥更換后，就要更換其閥芯密封圈，通過圖1可以看出，更換閥芯密封圈時(shí)，要將接頭與閥殼擰開，再擰開壓緊螺帽，拆下閥套與閥芯，最后更換閥芯密封圈。更換完成后再按拆卸接頭部分的逆次序?qū)⒏骷来窝b入在接頭中。但此時(shí)，彈簧在卸下閥殼左端接頭后，會在閥殼中向卸下接頭端伸長，占滿了閥殼左端擰緊接頭的螺紋部分，使安裝完閥芯密封圈的接頭很難再擰入閥殼，即便強(qiáng)力擰入閥殼，也無法保證接頭擰入的原始位置，這就導(dǎo)致彈簧對閥芯的壓力發(fā)生了變化，從而使安全閥的公稱壓力發(fā)生了無法預(yù)知的改變。當(dāng)然，通常是卸下閥殼右端的調(diào)壓螺塞后再擰入接頭，最后安裝彈簧并擰入調(diào)壓螺塞。不論是更換閥芯密封圈后怎樣組裝安全閥，目前都無法保證其組裝后的彈簧壓推力是否符合安全閥閥芯需要的正常的彈簧壓力，這就必須要在試驗(yàn)臺上對更換閥芯密封圈后的安全閥重新整定其公稱壓力。從而造成了安全閥生產(chǎn)成本及調(diào)試費(fèi)用的大量增加、售后服務(wù)費(fèi)用及往來運(yùn)費(fèi)的額外浪費(fèi)，同時(shí)，還給礦方帶來儲存安全閥及上、下井?dāng)y帶安全閥和安全閥舊件回退等諸多麻煩。

4 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案論述

如果在卸下安全閥的接頭后，彈簧所在區(qū)間是一個(gè)穩(wěn)定區(qū)，接頭安裝有限定位置，重新組裝接頭時(shí)其彈簧壓力是一個(gè)恒定壓力，那么，更換密封圈后重新安裝接頭到其限定位置，安全閥的公稱壓力就不會發(fā)生變化。因此，可以在閥殼中增加一個(gè)通過定位彈簧座限制彈簧并同時(shí)能定位接頭的共用限位臺階即可。

由于圖1所示的原安全閥已經(jīng)滿足使用要求，說明其尺寸及材質(zhì)都符合要求。為此，可以在原安全閥圖1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在其閥殼中適當(dāng)增加一臺階，并將彈簧座左端增加一段直徑小于臺階孔直徑的補(bǔ)償整體閥組長度的凸臺即可。為此，安全閥改進(jìn)方案可按照圖2所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 安全閥改進(jìn)后結(jié)構(gòu)示意圖

5 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案計(jì)算

在圖2中，閥殼左端增加了一個(gè)定位彈簧座和接頭的環(huán)形臺階。為了使彈簧、彈簧座和環(huán)形臺階受力線一致而不發(fā)生使彈簧座滑移和凸變，其內(nèi)孔尺寸小于彈簧內(nèi)徑并通過彈簧座增設(shè)的凸臺即可，其厚度尺寸要大于彈簧的推力并且要有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。安全閥開啟時(shí)，閥芯受到液壓的推力f=pπr2，，p為安全閥公稱壓力，單位MPa；r為閥芯外圓半徑，單位mm；f單位為N。彈簧的推力與閥芯受到公稱壓力時(shí)相等，但其對閥殼中的環(huán)形臺階的直接推力要小于閥芯受到液體的推力f，因?yàn)?，安全閥開啟時(shí)，彈簧要向右移動一段距離，此時(shí)彈簧的推力在使用中達(dá)到最大值。如果卸下接頭等之后，彈簧靠就緊閥殼的環(huán)形臺階，此時(shí)，彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力要小于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f。為安全可靠，可以按照彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力等于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f進(jìn)行設(shè)計(jì)。那么，環(huán)形臺階受到彈簧的推力F=σ0.2×L×H，σ0.2為1Cr18Ni9的屈服強(qiáng)度，L為環(huán)形臺階與閥殼連接處的周長，單位mm；H為環(huán)形臺階的厚度，單位mm；F單位為N。

已知，該型安全閥公稱壓力p為50MPa，閥芯外圓半徑r為6.5mm，閥殼內(nèi)孔直徑φ為46.5mm，閥殼材料為1Cr18Ni9，通過查看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知1Cr18Ni9不銹鋼的屈服強(qiáng)度σ0.2為205MPa。那么，f=pπr2，=50×3.14×6.52，=6633.25N。如果取環(huán)形臺階受到彈簧的推力F等于閥芯受到液壓的推力f，即F=f，也即σ0.2×L×H=f，由于閥殼直徑φ為46.5mm，可以推測閥殼內(nèi)徑的周長L=πφ=3.14×46.5=146.01mm。那么，H=f÷（σ0.2×L）=6633.25N÷（205×146.01）≈0.2216mm，該尺寸是環(huán)形臺階與閥殼連接處的尺寸，環(huán)形臺階受到彈簧座的推力并非在它們的連接處，而是在彈簧座最大直徑的邊緣處（已知彈簧座最大處直徑φ為44mm），彈簧座在彈簧的推力下將使環(huán)形臺階扭曲，顯然該厚度偏小，最起碼要0.5mm。但加工時(shí)容易造成退火，為了便于加工和使臺階結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度足夠，環(huán)形臺階可取3mm，隨之而增加的彈簧座左邊的凸臺高度也要取3mm，安全閥的其它尺寸一律不變。

6 結(jié)語

通過改進(jìn)安全閥的結(jié)構(gòu)，在接頭卸下后，使其彈簧有了一個(gè)固定區(qū)間，接頭有了固定的限位臺階，方便了井下更換閥芯密封圈，杜絕了原安全閥更換閥芯密封圈后所帶來的各類弊端。該安全閥的設(shè)計(jì)改進(jìn)在安全閥設(shè)計(jì)應(yīng)用中有較好的參考價(jià)值和推廣意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陸一心，主編.液壓閥使用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]成大先，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版第1卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[責(zé)任編輯：湯靜]

【摘 要】本文論述了原設(shè)計(jì)的安全閥在使用中存在諸多不便的詳細(xì)情況，進(jìn)一步分析了更換閥芯密封圈所帶來的弊端，并詳細(xì)論證了安全閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)的要點(diǎn)和厲害關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】安全閥；密封圈；環(huán)形臺階；推力

0 引言

液壓支架在井下使用過程中，必須要在支柱上配置安全閥。由于安全閥在使用中一致受到液壓支架液壓系統(tǒng)的高頻沖擊，其閥芯便一致在發(fā)生高頻的往復(fù)滑動，導(dǎo)致了閥芯處的密封圈比較容易損壞，使安全閥發(fā)哈，我看看確定位，導(dǎo)致更換密封圈后的安全閥必須重新整定公稱壓力。由于井下沒有壓力試驗(yàn)臺，在井下無法重新調(diào)整其公稱壓力，需要運(yùn)回公司在試驗(yàn)臺上重新整定公稱壓力。致使公司造成了人力物力的嚴(yán)重浪費(fèi)，加大了成本投入和售后服務(wù)費(fèi)用的開支；同時(shí)，也給客戶帶來了許多不便。為此，公司迫切需要對安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)。

1 原安全閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析

圖1 安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。接頭1緊固在閥殼7上，壓緊螺帽4將安裝好閥芯2的閥套3壓緊在接頭1內(nèi)，閥芯與閥套和壓緊螺帽之間有4個(gè)閥芯O型密封圈12，閥殼內(nèi)的調(diào)壓螺塞8將彈簧6頂在彈簧座5上，同時(shí)，彈簧座5將彈簧的壓力加在閥芯上，起到穩(wěn)壓保護(hù)的作用。使用時(shí)卸下防塵套9，將安全閥接頭插入液壓支架支柱通液管處并卡緊，通常情況下閥芯在彈簧的作用下其卸荷孔向接頭的接口處偏移一定距離，閥芯在支柱內(nèi)的液壓交變壓力的條件下只是發(fā)生頻繁的往復(fù)移動，但不卸荷。當(dāng)井下工作面頂板來壓較大致使液壓支架頂梁對支柱的沖擊壓力使支柱內(nèi)的液提壓力大于安全閥的公稱壓力時(shí)，閥芯就快速向彈簧側(cè)移動直到其卸荷孔到達(dá)閥套和壓緊螺帽的排液孔處，隨即發(fā)生卸荷，起到安全保護(hù)液壓支架作用。

2 原安全閥的閥芯密封圈損壞過程論述

通過上述對安全閥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理剖析可知，安全閥在使用過程中其閥芯是在液壓系統(tǒng)高頻的交變壓力下始終在進(jìn)行高頻的往復(fù)運(yùn)動，這就導(dǎo)致了閥芯與閥套及壓緊螺帽內(nèi)的密封圈在不斷的摩擦。當(dāng)其運(yùn)動幅度過大并造成閥芯的卸荷孔與密封圈摩擦?xí)r，很容易導(dǎo)致閥芯密封圈的損壞，這是正常的現(xiàn)象。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，損壞最厲害的密封圈是由閥芯左端向其右端數(shù)的第一個(gè)和第三個(gè)，因?yàn)槠渌鼉蓚€(gè)始終無法與閥芯的卸荷孔發(fā)生摩擦。

當(dāng)密封圈摩擦損壞到其彈性變量無法有效密封的時(shí)候，液壓系統(tǒng)的液體就會通過磨損的密封圈由圖1中的防塵帽11處流出，這就導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)的壓力發(fā)生損失，安全閥失去了安全穩(wěn)壓的作用，最終導(dǎo)致液壓支架支柱的活塞桿下滑。當(dāng)然，液壓支架維護(hù)人員會及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換安全閥的。

3 更換原安全閥損壞密封圈存在的弊端

安全閥更換后，就要更換其閥芯密封圈，通過圖1可以看出，更換閥芯密封圈時(shí)，要將接頭與閥殼擰開，再擰開壓緊螺帽，拆下閥套與閥芯，最后更換閥芯密封圈。更換完成后再按拆卸接頭部分的逆次序?qū)⒏骷来窝b入在接頭中。但此時(shí)，彈簧在卸下閥殼左端接頭后，會在閥殼中向卸下接頭端伸長，占滿了閥殼左端擰緊接頭的螺紋部分，使安裝完閥芯密封圈的接頭很難再擰入閥殼，即便強(qiáng)力擰入閥殼，也無法保證接頭擰入的原始位置，這就導(dǎo)致彈簧對閥芯的壓力發(fā)生了變化，從而使安全閥的公稱壓力發(fā)生了無法預(yù)知的改變。當(dāng)然，通常是卸下閥殼右端的調(diào)壓螺塞后再擰入接頭，最后安裝彈簧并擰入調(diào)壓螺塞。不論是更換閥芯密封圈后怎樣組裝安全閥，目前都無法保證其組裝后的彈簧壓推力是否符合安全閥閥芯需要的正常的彈簧壓力，這就必須要在試驗(yàn)臺上對更換閥芯密封圈后的安全閥重新整定其公稱壓力。從而造成了安全閥生產(chǎn)成本及調(diào)試費(fèi)用的大量增加、售后服務(wù)費(fèi)用及往來運(yùn)費(fèi)的額外浪費(fèi)，同時(shí)，還給礦方帶來儲存安全閥及上、下井?dāng)y帶安全閥和安全閥舊件回退等諸多麻煩。

4 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案論述

如果在卸下安全閥的接頭后，彈簧所在區(qū)間是一個(gè)穩(wěn)定區(qū)，接頭安裝有限定位置，重新組裝接頭時(shí)其彈簧壓力是一個(gè)恒定壓力，那么，更換密封圈后重新安裝接頭到其限定位置，安全閥的公稱壓力就不會發(fā)生變化。因此，可以在閥殼中增加一個(gè)通過定位彈簧座限制彈簧并同時(shí)能定位接頭的共用限位臺階即可。

由于圖1所示的原安全閥已經(jīng)滿足使用要求，說明其尺寸及材質(zhì)都符合要求。為此，可以在原安全閥圖1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在其閥殼中適當(dāng)增加一臺階，并將彈簧座左端增加一段直徑小于臺階孔直徑的補(bǔ)償整體閥組長度的凸臺即可。為此，安全閥改進(jìn)方案可按照圖2所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 安全閥改進(jìn)后結(jié)構(gòu)示意圖

5 安全閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案計(jì)算

在圖2中，閥殼左端增加了一個(gè)定位彈簧座和接頭的環(huán)形臺階。為了使彈簧、彈簧座和環(huán)形臺階受力線一致而不發(fā)生使彈簧座滑移和凸變，其內(nèi)孔尺寸小于彈簧內(nèi)徑并通過彈簧座增設(shè)的凸臺即可，其厚度尺寸要大于彈簧的推力并且要有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。安全閥開啟時(shí)，閥芯受到液壓的推力f=pπr2，，p為安全閥公稱壓力，單位MPa；r為閥芯外圓半徑，單位mm；f單位為N。彈簧的推力與閥芯受到公稱壓力時(shí)相等，但其對閥殼中的環(huán)形臺階的直接推力要小于閥芯受到液體的推力f，因?yàn)?，安全閥開啟時(shí)，彈簧要向右移動一段距離，此時(shí)彈簧的推力在使用中達(dá)到最大值。如果卸下接頭等之后，彈簧靠就緊閥殼的環(huán)形臺階，此時(shí)，彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力要小于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f。為安全可靠，可以按照彈簧對閥殼環(huán)形臺階的推力等于安全閥開啟時(shí)閥芯受到液壓的推力f進(jìn)行設(shè)計(jì)。那么，環(huán)形臺階受到彈簧的推力F=σ0.2×L×H，σ0.2為1Cr18Ni9的屈服強(qiáng)度，L為環(huán)形臺階與閥殼連接處的周長，單位mm；H為環(huán)形臺階的厚度，單位mm；F單位為N。

已知，該型安全閥公稱壓力p為50MPa，閥芯外圓半徑r為6.5mm，閥殼內(nèi)孔直徑φ為46.5mm，閥殼材料為1Cr18Ni9，通過查看機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知1Cr18Ni9不銹鋼的屈服強(qiáng)度σ0.2為205MPa。那么，f=pπr2，=50×3.14×6.52，=6633.25N。如果取環(huán)形臺階受到彈簧的推力F等于閥芯受到液壓的推力f，即F=f，也即σ0.2×L×H=f，由于閥殼直徑φ為46.5mm，可以推測閥殼內(nèi)徑的周長L=πφ=3.14×46.5=146.01mm。那么，H=f÷（σ0.2×L）=6633.25N÷（205×146.01）≈0.2216mm，該尺寸是環(huán)形臺階與閥殼連接處的尺寸，環(huán)形臺階受到彈簧座的推力并非在它們的連接處，而是在彈簧座最大直徑的邊緣處（已知彈簧座最大處直徑φ為44mm），彈簧座在彈簧的推力下將使環(huán)形臺階扭曲，顯然該厚度偏小，最起碼要0.5mm。但加工時(shí)容易造成退火，為了便于加工和使臺階結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度足夠，環(huán)形臺階可取3mm，隨之而增加的彈簧座左邊的凸臺高度也要取3mm，安全閥的其它尺寸一律不變。

6 結(jié)語

通過改進(jìn)安全閥的結(jié)構(gòu)，在接頭卸下后，使其彈簧有了一個(gè)固定區(qū)間，接頭有了固定的限位臺階，方便了井下更換閥芯密封圈，杜絕了原安全閥更換閥芯密封圈后所帶來的各類弊端。該安全閥的設(shè)計(jì)改進(jìn)在安全閥設(shè)計(jì)應(yīng)用中有較好的參考價(jià)值和推廣意義。

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[責(zé)任編輯：湯靜]