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大流量安全阀作为液压支架控制系统中重要的安全部件,具有结构紧凑、安装维护方便等优点,广泛应用于综采工作面上。当前,国内大流量安全阀的设计生产基本属于仿制,多数设计人员依靠经验和测绘资料进行可行性方案的制定,不对具体的开采作业条件、工作面来压状况进行分析,在实际使用过程中极易出现机械划伤、密封面侵蚀、变形和泄漏等状况,影响安全阀寿命;再加上井下空间狭小,不具备来压工况的试验条件,而经现有试验台试验出的产品在遇到极恶略的条件时依然极易损坏。因此,缩短安全阀设计、试验、优化、定型、大批量生产的周期,增加试验效果的可靠性(达到理想的动态特性)是非常必要的。 本文以矿井下液压支架常用的FAD1000/50型大流量安全阀为研究对象,通过拆解、测绘得到了结构参数,从液压阀的基本理论和流体力学基本知识出发,指出了阀设计和计算的依据并对阀芯进行了受力分析;运用MATLAB仿真软件对推导出的大流量安全阀的数学模型进行数值分析,设定初值和约束条件,输入信号后得到了理想状态变量的输出响应曲线;然后利用AMESim软件对大流量阀测试系统功能进行描述,对试验系统主要参数进行计算,建立了试验系统仿真模型并得到压力、流量、位移等曲线。对大量仿真数据进行比对分析,结果表明:被测试安全阀压力变化始终在国标规定的调定压力125%和90%范围内;阀芯响应迅速,压力调整时间、超调量符合大流量安全阀性能指标;影响安全阀动态特性的因素有调定压力、弹簧刚度、搭合量、摩擦力、阀芯惯量、阀芯溢流孔排布形式等,其中弹簧刚度、溢流孔排布形式影响较大。 本文运用一种以爆炸缸和蓄能器组合加载的大流量安全阀测试装置进行试验,动态试验前期进行了爆炸缸加载试验,并对理论计算的爆炸力大小进行验证。克服每次爆炸时影响因素的多变性,减少加载方式带来的系统误差,忽略次要因素为原则,得到了较为理想的爆炸缸内压力变化曲线。并对FAD1000/50型安全阀做了低压溢流试验。试验过程中,安全阀可以快速开启、闭合,无卡别现象。从压力曲线可知,阀芯开启时,安全阀开启压力为11.91MPa,低于调定压力的120%,闭合压力为10.48MPa,高于调定压力的90%。符合试验标准。仿真与实验结果对比可知:两条压力曲线上下浮动误差不超过10%,试验数据对低压仿真结果进行了验证。通过前期爆炸试验积累的数据和测试方法的分析,为大流量安全阀动态性能的测试做了必要的准备。文章仿真和基础性试验也为新型大流量安全阀试验装置进一步研究和优化提供了有效的数据和方法。