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回液断路阀流量冲击特性分析
摘要：针对液压支架回液断路阀流量冲击问题，在分析回液断路阀大流量特性基础上，结合元件实际结构尺寸，建立了AMESim仿真模型，给出了流量冲击状态下的阀芯冲击特性，并据此实现了回液断路阀阀芯的冲击疲劳性能计算，给出了有效的解决措施。分析结果表明：由于液压支架立柱千斤顶较大的面积比，在大流量乳化液泵作用下，在液压支架降柱、千斤顶缩回等工况时会使回液断路阀形成流量冲击；且冲击流量越大，阀芯冲击力也越大，冲击速度和冲击加速度也越大；在冲击流量产生的交变应力以及阀芯台肩处的圆角应力集中综合作用下会导致阀芯疲劳损坏。
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回液断路阀是一种安装于单台支架液压系统回路上、用于防止主回液管路液流返回本架引起支架误动作的单向阀。液压支架执行元件所有动作的回液都需经过回液断路阀回到回液管路。由于立柱千斤顶较大的面积比，在液压支架降柱、千斤顶缩回等工况（尤其是降柱冲击工况），回液会瞬间出现几倍甚至几十倍的流量放大，从而形成流量冲击。尤其是近些年大流量乳化液泵及超大采高液压支架的普及应用，回液断路阀的冲击流量越来越大，甚至在使用过程中出现批量回液断路阀阀芯冲击损坏的现象，严重影响了综采工作面安全高效采煤。本文以某型支架出现的回液断路阀阀芯损坏问题为契机，在详细分析回液断路阀大流量特性和回液断路阀结构原理基础上，结合元件实际结构尺寸，建立了AMESim仿真模型，给出了流量冲击状态下的阀芯冲击特性，并给出了回液断路阀阀芯的冲击疲劳性能，为解决液压支架回液断路阀阀芯冲击损坏问题提供了有效的技术参考。
1、回液断路阀结构原理及问题描述
(1）回液断路阀结构原理
回液断路阀结构如图1所示，液压支架工作时，乳化液经回液断路阀（A口进、B口出）进入工作面主回液管路。
图1回液断路阀结构简图
1.导套2.阀芯
(2）问题描述及初步原因分析
该型回液断路阀额定流量为400 L/min，安装于某型支架，在工作过程中出现的问题：(1)回液断路阀母接头和阀体螺纹处频繁出现松动现象；(2)阀芯和导套出现碎裂损坏。
通过现场观察与阀体拆解，可能原因为：在超大回液流量冲击的情况下，阀芯与导套之间会产生冲击碰撞，在持续的碰撞下形成交变循环应力；再考虑到阀芯导套轴肩处加工造成的应力集中，使材料达到疲劳极限，形成疲劳破坏而脆断；同时在阀芯冲击振动的作用下阀体与接头处的螺纹产生松动。
2、流量冲击建模与仿真
(1）回液断路阀大流量特性
由于液压支架立柱千斤顶具有较大的面积比，在液压支架降柱、千斤顶缩回等工况（尤其是降柱高压冲击工况），通过回液断路阀的流量会会瞬间出现几倍甚至几十倍的流量放大，则当液压缸缩回时的回液流量
式中d———液压缸活塞杆直径；
D———活塞直径；
qin———液压油缸缩回时有杆腔的进液流量。
由于大采高支架大流量乳化液泵的普遍应用，再加上双泵三泵等多泵合流，有杆腔的进液流量甚至可达400～1 890 L/min。以420/400单级立柱为例，当采用双泵合流（400 L/min×2）时降柱进液流量为800 L/min，其回液流量可达8 604.8 L/min。而目前绝大多数回液断路阀的接头均为DN32，额定流量仅为400～800 L/min，当如此大的流量经过回液断路阀时势必会形成流量冲击。
(2）流量冲击AMESim建模与仿真分析
为计算在冲击流量作用下阀芯与导套之间的冲击力，根据回液断路阀的结构原理建立AMESim模型如图2所示。
图2回液断路阀AMESim模型
相关仿真参数设置：工作介质为95∶5乳化液，其动力黏度2.98×10-3Pa·s、密度0.89 kg/L、体积弹性模量2 180 MPa；冲击流量为1 000～6 000 L/min，采用批处理方式进行仿真；回液断路阀采用球式单向阀结构形式，球径φ31 mm，密封座夹角66°，阀芯质量0.15 kg，弹簧刚度7.83 N/mm，弹簧预紧力86.08 N。
设置仿真时间0.2 s，步长0.000 1 s，仿真得到阀芯在不同冲击流量作用下的冲击力、冲击速度和加速度如图3～图5所示。
图3阀芯导套间的冲击力仿真曲线
图4阀芯导套间的冲击速度仿真曲线
图5阀芯导套间的冲击加速度仿真曲线
由图3～图5可知，开启冲击流量后，在0.000 2 s内就达到了最高冲击值，且冲击流量越大，阀芯冲击力越大，冲击速度和冲击加速度也越大，具体仿真结果如表1所示。
表1不同冲击流量下的冲击力
3、疲劳强度计算
(1）疲劳强度计算
回液断路阀的流量冲击属于不规则的交变应力，难以确定阀芯应力的变化规律，故采用变应力应力比保持不变的方式进行计算。
材料的极限疲劳强度
工作应力幅
工作平均应力
式中σ-1———材料对称循环下的疲劳极限，对于3Cr13马氏体不锈钢，σ-1≈293 MPa;
Kσ———疲劳极限的综合影响系数，取Kσ=2.14；
σmax———冲击载荷作用下的最大应力；
σmin———最小应力，由于阀芯不工作时处于无流量无应力状态，取σmin=0;
φσ———将平均应力折合为应力幅的等效系数，取φσ=0.3。
疲劳安全系数
式中[S]———许用疲劳安全系数，一般取[S]=1.5。
将表1所示不同冲击流量下的冲击力及上述相关系数代入式（2）和式（5），可求得阀芯导套的极限疲劳强度及安全系数如表2所示。
表2极限疲劳强度及安全系数求解结果
由表2可知，冲击流量越大，疲劳安全系数越小，当冲击流量达到2 300 L/min时，疲劳安全系数已不能满足要求，而当流量达到4 000 L/min时，安全系数已经小于1，在这样的流量冲击下，阀芯及导套前端的弹簧套极易出现疲劳脆断破碎。
(2）结构改进
由上述分析可知，造成回液断路阀阀芯损坏的原因主要是超大流量冲击，以及在冲击载荷下的疲劳损坏。因此可从两方面进行结构改进：
(1)减小冲击流量，但这也会降低回液断路阀的适用工况范围；
(2)交变载荷下的疲劳很大程度上与应力集中有关，增大阀芯及导套轴肩处的加工圆角可大大减小应力集中系数，从而改善应力集中，提高材料的疲劳极限。
4、结语
(1）由于液压支架立柱千斤顶较大的面积比，在大流量乳化液泵作用下，在液压支架降柱、千斤顶缩回等工况时会使回液断路阀形成流量冲击；
(2）冲击流量会引起回液断路阀内阀芯的冲击力，且冲击流量越大，阀芯冲击力越大，冲击速度和冲击加速度也越大；
(3）在冲击流量产生的交变应力以及阀芯台肩处的圆角应力集中综合作用下，会导致阀芯疲劳损坏。
参考文献:
[1]李然.大采高工作面高压大流量乳化液泵的研制及应用[J].煤炭科学技术,2017,45(12):145-149.
[2]叶健. 1250L/min､40MPa高压大流量乳化液泵站[J].智能矿山,2022,3(1):36-37.
[3]高娜.国内大流量乳化液泵发展综述[J].内蒙古煤炭经济,2022(20):157-159.
[4]王亮,李勇庆,江守波,等.大采高液压支架带压移架系统AMESim分析[J].机械设计与制造,2021(8):121-125.
[5]原长锁,张兴辉. 8.8 m超大采高液压支架支护强度计算分析与应用[J].煤炭科学技术,2019,47(S2):21-26.
[6]李全会.特大采高液压支架掩护梁设计优化[J].煤矿机械,2022,43(5):102-103.
[7]崔进红.基于AMESim的液压支架换向阀冲击特性研究[J].机械管理开发,2019,34(10):127-128.
[8]孙宇飞,郑晓雯,林晓坤,等.基于AMESim的液压支架平衡千斤顶液压回路优化研究[J].煤矿机械,2020,41(11):156-158.
文章来源:段礼彬,袁增卫.回液断路阀流量冲击特性分析[J].煤矿机械,2024,45(01):52-54.
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期刊名称：机械工程学报
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主办单位：中国机械工程学会
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专业分类：机械
国际刊号：0577-6686
国内刊号：11-2187/TH
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2024-01-12
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