在山西朔州,、大同及周邊礦區(qū),，液壓支架立柱用安全閥在使用過程中內(nèi)嵌套發(fā)生斷裂,，這種情況多發(fā)于放頂煤支架，即放頂后后柱承壓較小,，前柱壓力過高。以崇升煤礦為例,，該礦綜采工作面支架立柱前柱壓力表顯示最大壓力值在56MPa以上,。針對這一情況，在不影響安全閥流量特性的前提下,，通過solidworks軟件仿真分析,，對目前使用的安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)后產(chǎn)品經(jīng)過仿真分析和試驗驗證,，完全滿足該礦區(qū)的使用要求,，產(chǎn)品的可靠性得到顯著提高。上海五岳專業(yè)生產(chǎn)各類彈簧式安全閥,，提供相關(guān)技術(shù)交流和分享,。?

1. 前言?
　　安全閥廣發(fā)用于煤礦液壓支架立柱的泄壓保護(hù)環(huán)節(jié)，內(nèi)嵌套與閥芯配合形成密封,，當(dāng)閥芯動作時,，閥芯過流孔越過內(nèi)嵌套密封圈與外部聯(lián)通，釋放壓力,，為了減少彈簧的行程,，提高壽命，所以內(nèi)嵌套密封圈溝槽至過流端面盡可能的減少尺寸,，這樣導(dǎo)致在壓力突然增高,，沖擊壓力來臨時,，內(nèi)嵌套所受壓力過高,，而閥芯來不及開啟泄壓，便導(dǎo)致內(nèi)嵌套端部斷裂現(xiàn)象,。針對這種情況,，使用solidworks對安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化設(shè)計，提高安全閥內(nèi)嵌套的承壓能力,，改進(jìn)后的產(chǎn)品通過井下實際應(yīng)用已經(jīng)完全滿足使用要求,。?
　　圖1安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2內(nèi)嵌套受力模型2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型建立與仿真?
　　2.1安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該礦區(qū)所使用安全閥主要由接頭,、閥殼,、內(nèi)嵌套、閥芯,、彈簧座,、彈簧,、調(diào)壓絲堵以及密封件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,，其中件6為內(nèi)嵌套,。?
　　2.2內(nèi)嵌套仿真模型建立。?
　?。?）由于該閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單,，而且內(nèi)部受力只有閥殼支撐及壓力沖擊，因此采用solidworks建模及仿真運算即可滿足設(shè)計要求,。其中受力分析設(shè)定條件如下：內(nèi)嵌套按照閥殼實際支撐面建立零自由度位移約束,。載荷作用于密封圈溝槽整個內(nèi)部環(huán)面，設(shè)定為50MPa,。材料定義為HPb59,，材料特性按照機械設(shè)計手冊建立。?
　?。?）內(nèi)嵌套三維模型結(jié)構(gòu)尺寸為測繪尺寸,，模型如圖2所示。 2.3solidworks仿真分析結(jié)果,。根據(jù)以上設(shè)定條件,，運行軟件分析計算，得到應(yīng)力分布和位移分布如圖3和圖4所示,。?
　　3.1仿真結(jié)果分析,。?
　　（1）如圖3,、圖4所示,，內(nèi)嵌套在公稱壓力50MPa作用下，安全系數(shù)僅為1.1,，即在55MPa情況下失效,，這與前期安全閥損壞時壓力表顯示壓力值56MPa以上基本吻合（考慮沖擊因素，個別壓力會較高）,。前期壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)（已壓力表記憶最高壓力為準(zhǔn)）如表1所示,。?
　　（2）分析應(yīng)力分布及位移分布圖發(fā)現(xiàn),，應(yīng)力最大值發(fā)生在溝槽底部,，沿斜45°方向發(fā)生變形。這與實際內(nèi)嵌套斷裂的方向是一致的,。內(nèi)嵌套斷裂情況如圖5所示,。?
　　3.2改進(jìn)方案。?
　　3.2.1為了提高內(nèi)嵌套強度,，根據(jù)以上分析結(jié)果,，通過以下幾點對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖6所示。?
　　3.2.2改進(jìn)后主要體現(xiàn)在以下幾點,，（1）是溝槽槽底圓弧半徑由原來R0.2改為R0.4,。（2）是閥殼支撐點直徑由原來的20mm改為14.5mm。?
　　4. 改進(jìn)后仿真分析?
　　4.1仿真計算,。同前期仿真一樣,，在原有基礎(chǔ)上調(diào)整為改進(jìn)后的尺寸，約束環(huán)面調(diào)整為為優(yōu)化后的設(shè)計尺寸,。運行仿真分析,，結(jié)果如圖7和圖8所示。?
　　結(jié)論?
　　通過對安全閥內(nèi)嵌套的仿真分析及優(yōu)化設(shè)計,，從理論和實際使用中驗證了改進(jìn)方案的正確性和可靠性,。這不僅解決了該礦區(qū)的使用問題，同時也提高了原有產(chǎn)品的安全系數(shù)和可靠性,，擴大了產(chǎn)品的使用范圍,。難能可貴的是，本次改進(jìn)并未在原有基礎(chǔ)增加新的成本投入,，這也充分體現(xiàn)了它的經(jīng)濟(jì)價值,，值得推廣應(yīng)用。 （完）