液压支架新型换向阀性能分析与研究

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1、液压支架新型换向阀性能分析与研究：本文对液压支架用的换向阀进行了详细的模型。通过利用计算机流体软件CFD，对换向阀内的液流进行了压力与速度的分析。这是理论分析所无法达到的。为以后进一步改善该阀的性能提供了有用的依据。该研究过程中所采用的方法对研究其他同类元件同样具有参考价值。　　关键词：液压支架大流量换向阀硬密封CFD方法　　　　0引言　　换向阀是液压支架三大主要控制元件之一，也是单台支架所需数量最多的阀类元件。根据支架各千斤顶的动作要求，用多片中位机能为Y型的三位四通换向阀组合来实现。由于液压支架的液压系统所用介质是乳化液，该介质粘度低，几乎接近于水的粘度，所以液压支架换向阀

2、很难做成像油介质所用的采用间隙密封方式的换向阀，一般采用接触式密封方式，常用的有硬对硬（钢对钢）、钢对塑料、钢对橡胶等结构。目前，煤矿开采要达到高产高效，要求支架完成降、移、升循环的时间控制在8s到12s，对换向阀提出了高压大流量及频繁换向时达到较高可靠性和寿命的设计要求。目前国内支架换向阀最大流量已达到400L/min。　　近些年，随着高端液压支架的国产化脚步加大，郑煤机液压电控公司成功的开发出电液控制阀。其自动化程度高、换向精度高。可以实现临架控制，更适应于复杂的煤井。具有广阔的市场前景。下图（I）为我公司自主研发的流量为400L电液控制阀组。　　电液换向阀是电液控制阀中重

3、要的组成部分，但其中位机能仍为三位四通换向阀。所以，研究该换向阀，仍具有现实意义。在分析研究换向阀时，通过计算机采用CFD方法更能快捷、经济地分析换向阀的性能。从而获取最佳的设计。　　1换向阀的结构　　随着煤矿高产高效对液压支架的升、降、移架速度要求越来越高，即对液压支架的工作阻力和所配置的各种千斤顶的缸径和阀的流量提出了新的要求，即缸径大、阀的流量大，支架工作阻力大，为此大流量换向阀应运而生。由于过去这类阀的零件较多，生产的工艺复杂，且采用软密封，密封件在受到大流量高压液体的冲击下易于损坏。　　该阀的结构特点是：设计采用插装式、硬密封。在密封副处阀芯表面采用淬火HRC40-5

4、0。　　2该换向阀的工作原理　　图II所示，该阀的工作原理是：由电磁先导控制小流量液体进入阀杆右端面所处内腔，由于压力作用，推动阀杆左移，从而使液体经P口后经阀套（件2）12-φ4.5孔进入阀杆（件1）内腔流出。此时泵站的液体经P口与立柱下腔相通。实现升柱。　　当阀杆右端面所处腔无压力时，由于弹簧力作用，阀杆处于右方。此时，液体从阀杆左腔流入，经12-φ4.5孔推动活塞（件4）向右移动，从而实现液体由O口流出。实现立柱下腔液体通过O口流入泵站。实现立柱降柱。　　3建立系统的数字模型　　3.1为完整模拟整个阀体内部流场流动情况，采用三维建模，阀口开度为2.3mm。其完整模型如图(

5、III)所示：　　3.2由于液压支架用乳化液是油乳化油与95%的水混合而成，流体的属性与水类似，因此，以水作为流场仿真介质。　　3.3模拟条件设置　　已知条件：进口压力32MPa，流量400L/min　　入口直径：15mm　　出口直径：15mm　　进口：采用进口总压（32+0.71147=32.71147MPa）　　出口：采用速度入口（-37.7256）　　4仿真结果分析　　4.1压力场分析　　结论：　　①如图（II）：件1阀杆左端出口平均压力为23.70MPa，与进口P处压差为8.3MPa；　　②如图（II）：件1阀杆与件3阀座接触小孔处由于产生低压区，并形成漩涡，产生能量损

6、失。　　4.2速度场分析　　结论：　　①如图（II）:件2小孔处节流口处的速度最大，vmax=80m/s，出口平均流速vavg=37.7256m/s。　　②如图（II）:流体在阀杆内孔右端流场处于低速或静止状态。　　5结论　　5.1液流通过该阀内部通道时，由于加工工艺上的要求导致结构较为复杂，因此流态多变。通过CFD模型，可以更形象观察流态变化。　　5.2通过CFD模型结构，对该阀内部结构进行优化，在近几年矿下使用中，性能稳定，待到用户肯定。　　5.3CFD方法，将是今后设计液压元件中一种新的方法。