CN102072219B - 快速加载增压缸及应用该缸的大流量安全阀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速加载增压缸以及应用该缸的大流量安全阀试验装置，涉及矿用液压支架安全阀领域，为向大流量安全阀提供适用的试验装置而发明。所述快速加载增压缸，包括液压缸(5)，所述液压缸(5)内滑动地设有上柱塞(8)，所述上柱塞(8)中设有下柱塞(9)，所述下柱塞(9)的一端用于设置被试安全阀(1)，且在所述液压缸(5)的缸壁中设有进液口(51)，所述液压缸(5)的缸底(7)设有控制口(71)。本发明还公开了一种大流量安全阀试验装置。所述快速加载增压缸以及大流量安全阀试验装置输出压力上升时间短、阻力损失小、开启迅速，适用于大流量安全阀的流量和动态性能试验。

Description

快速加载增压缸及应用该缸的大流量安全阀试验装置

技术领域

本发明涉及一种矿用液压支架安全阀，尤其涉及一种快速加载增压缸及应用该缸的大流量安全阀试验装置。

背景技术

目前对于煤炭开采行业而言，随着国内综采技术不断发展，大采高、高工作阻力的液压支架应用数量不断增加，配套的液压支架安全阀流量也不断增大，现在安全阀的流量已达到500L/min、800L/min甚至1000L/min。在液压支架瞬间承受来自煤层的过大压力时，安全阀能够对液压支架立柱中的液体进行溢流，以满足液压支架立柱快速卸载、以及顶板来压保护的需要，从而避免爆缸等重大安全事故的发生。

在用于煤层开采作业之前，要对安全阀进行性能检验，以对其流量和压力进行标定。现有大流量安全阀的试验装置主要有以下两种。

第一种：如图1所示，使用并联的高压泵11作为动力源，以输出具有一定流量与压力的液体，应用换向阀12实现被试安全阀1的加载、卸荷，被试安全阀1的试验特性则由压力传感器13测量的压力及流量计14测量的流量确定；

第二种：如图2所示，通过压力机21对被压油缸22加载，使得被压油缸22产生高压液体并作用于被试安全阀1，实现加载，被试安全阀1的试验特性由压力传感器测量的压力及流量计测量的流量确定。

以上两种试验装置都存在一定的缺陷。对于第一种试验装置，为真实模拟被试安全阀1的工作环境，其使用的换向阀12必须具备输出压力上升时间短、阻力损失小、开启迅速等特点，目前应用于额定流量不大于500L/min的安全阀试验还可勉强满足条件，但对于1000L/min、1500L/min、3000L/min等大流量安全阀，换向阀12的过液能力及开启速度等已不能满足上述要求。对于第二种试验装置，通过压力机21对被压油缸22加载速度较慢，难以模拟被试安全阀1在瞬间巨大压力下快速开启的真实工作环境。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供了一种输出压力上升时间短、阻力损失小、开启迅速、输出流量理论可无限扩大以及成本低的快速加载增压缸，以及应用该快速加载增压缸的大流量安全阀试验装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种快速加载增压缸，包括液压缸，所述液压缸内滑动地设有上柱塞，所述上柱塞中设有第一液压腔，所述第一液压腔中滑动地设有下柱塞，所述下柱塞中设有第二液压腔，所述第二液压腔的一端与所述第一液压腔相连通，另一端用于设置被试安全阀；且在所述液压缸的缸壁中设有进液口，所述进液口用于连接动力源，所述液压缸的缸底设有控制口，所述控制口用于连接控制源。

一种大流量安全阀试验装置，包括支撑体，所述支撑体上设有快速加载增压缸，所述快速加载增压缸包括液压缸，所述液压缸内滑动地设有上柱塞，所述上柱塞中设有第一液压腔，所述第一液压腔中滑动地设有下柱塞，所述下柱塞中设有第二液压腔，所述第二液压腔的一端与所述第一液压腔相连通，另一端用于设置被试安全阀，且所述液压缸和所述下柱塞均固定在所述支撑体上；在所述液压缸的缸壁中设有进液口，所述进液口通过管路连接有动力源，所述液压缸的缸底设有控制口，所述控制口连接有控制源。

本发明的有益效果是，由于所述上柱塞中加工有一定深度的第一液压腔，且该第一液压腔与所述下柱塞的外圆柱面滑动连接，所述下柱塞中加工有第二液压腔，且该第二液压腔与上述第一液压腔相连通，因此当为所述第二液压腔充液时，在液压力的作用下，所述上柱塞向上运动，并最终与所述液压缸的缸底压紧形成密封，从而使所述上柱塞与所述液压缸的缸底之间的空间形成控制腔，且所述上柱塞与所述液压缸的缸壁之间的空间形成供液腔，所述供液腔通过管路与所述动力源连通，但此时所述动力源并不能使所述上柱塞运动，设备进入试验准备状态。

然后，当所述控制口通入高压液体时，所述下柱塞脱离所述液压缸的缸底，以使得所述控制腔与所述供液腔瞬间连通，所述动力源的压力迅速释放作用于所述上柱塞，并使之向下迅速运动，由于所述快速加载增压缸具有一定的增压比，第二液压腔输出高压、大流量液体，从而实现对其连接的大流量被试安全阀的加载。其中所述快速加载增压缸的压力输出面积小于压力输入面积，因此具有增压功能，而且所述快速加载增压缸还具有大流量开关阀的功能，并且结构简单、阻力损失小、开启迅速，可以很好的取代换向阀或换向阀组，满足大流量安全阀动态试验的需要。

本发明提供的快速加载增压缸、以及应用该快速加载增压缸的大流量安全阀试验装置，具备了输出压力上升时间短、阻力损失小、开启迅速等特点，消除了换向阀或换向阀组的局限性，完全能够进行大流量安全阀的动态特性试验要求，并且理论上不受被试安全阀额定流量限制，试验系统具有可扩展性，理论输出流量可无限扩大。

附图说明

图1为现有技术中一种安全阀试验装置的原理示意图；

图2为现有技术中另一种安全阀试验装置的原理示意图；

图3为本发明大流量安全阀试验装置实施例准备状态的结构示意图；

图4为本发明大流量安全阀试验装置实施例加载状态的结构示意图；

图5为本发明大流量安全阀试验装置中位移传感器的一种结构示意图；

图6为图3的D-D向视图；

图7为图3中E部分的局部放大视图。

图8为本发明快速加载增压缸实施例的结构示意图。

附图标记：

1-被试安全阀，2-压力传感器，3-支撑体，4-位移传感器，41-移动磁块，42-固定杆，5-液压缸，51-进液口，52-管路，6-动力源，7-缸底，71-控制口，8-上柱塞，81-第一液压腔，9-下柱塞，91-第二液压腔，11-高压泵，12-换向阀，13-压力传感器，14-流量计，21-压力机，22-被压油缸。

具体实施方式

本发明旨在提供一种输出压力上升时间短、阻力损失小、开启迅速、输出流量理论可无限扩大以及成本低的快速加载增压缸，以及应用该快速加载增压缸的大流量安全阀试验装置。

下面结合附图以及实施例对本发明进行详细描述。

结合图3和图4所示，本发明大流量安全阀试验装置的实施例，包括支撑体3，支撑体3上设有快速加载增压缸，该快速加载增压缸包括液压缸5，液压缸5内滑动地设有上柱塞8，上柱塞8中设有第一液压腔81，该第一液压腔81中滑动地设有下柱塞9，下柱塞9中设有第二液压腔91，该第二液压腔91的一端与第一液压腔81相连通，另一端用于设置被试安全阀1，且液压缸5和下柱塞9均固定在支撑体3上；在液压缸5的缸壁中设有进液口51，该进液口51通过管路52连接有动力源6，在液压缸5的缸底7中设有控制口71，该控制口连接有控制源。

其中图3为所述试验装置的准备状态示意图，图3中，当为下柱塞9的第二液压腔91即C腔充液时，由于下柱塞9固定于支撑体3上，因此在液压力的作用下，上柱塞8沿下柱塞9的外圆柱面向上轴向滑动，并最终与液压缸5的缸底7压紧，以形成环形液压密封带，从而将上柱塞8与液压缸5的缸壁之间的空间分成两部分，一部分为上柱塞8和缸底7之间的空间形成的控制腔即A腔，另一部分为上柱塞8和液压缸5的缸壁之间的空间形成的供液腔即B腔，B腔通过管路52与动力源6连通，但此时动力源6中的液体压力作用在上柱塞8的侧壁上，因此如果A腔中的控制口71无压力信号，无论压力增至多高都不能使上柱塞8动作，具有很好的可靠性，此时可以通过液压系统为动力源6充液增压至设定压力，所述试验装置进入试验准备状态。

图4所示为所述试验装置的试验加载状态，在图4中，当与所述控制口71相连的控制源为控制口71输入压力信号时，在高压液体压力的作用下，上柱塞8轻微向下移动，使得A腔与B腔瞬间连通，之后动力源6中的压力迅速释放，高压作用于上柱塞8，并使之向下迅速运动，通过所述快速加载增压缸增压后，从被试安全阀1中溢流出具有一定压力、流量的液体，从而实现对被试安全阀1的加载溢流，其中，被试安全阀1在溢流过程中的压力和溢流量可以通过测量得到。

本实施例中的大流量安全阀试验装置，开启迅速，试验过程中系统输出压力上升时间短、阻力损失小、开发应用快速加载增压缸装置，大大提高了试验系统的试验能力与性能，降低了成本，解决了大流量安全阀的试验难题。

本实施例中，该动力源6可以为蓄能器或蓄能器组，蓄能器或蓄能器组能够为上述快速加载增压缸提供大流量、高压力的动力源。而该控制源为液压源，主要用于为控制口71提供控制信号，该控制信号能够控制上述快速加载增压缸开启，即，使上柱塞8脱离液压缸5的缸底7。

从图3和图4中可以看出，为了测量被试安全阀1在溢流过程中的压力和溢流量，首先在下柱塞9上靠近用于设置被试安全阀1的一端设有压力传感器2，压力传感器2用于测量所述被试安全阀溢流过程中的压力数据。

此外，还可以通过位移传感器测量被试安全阀1的溢流量，具体而言，可以通过如下两种方式进行测量。

第一种方式：如图3或图4所示，在上柱塞8和支撑体3之间设有位移传感器4，具体而言，位移传感器4为非接触式传感器，包括移动磁块41和固定杆42，其中移动磁块41设在上柱塞8上，且能够跟随上柱塞8一起移动，固定杆42设在支撑体3上，这样通过该移动磁块41沿该固定杆42的移动就可以实时测量上柱塞8的位移量，根据该测得的位移量、以及上柱塞8中第一液压腔81的横截面积，就能够得到被试安全阀1在溢流过程中的溢流量。

第二种方式：如图5所示，在所述上柱塞8和所述液压缸5之间设有位移传感器4，该位移传感器4包括设在上柱塞8上的移动磁块41、和设在液压缸5上的固定杆42，通过移动磁块41沿固定杆42的移动测量上柱塞8的位移量，从而根据上柱塞8的位移量得到被试安全阀1溢流过程中的溢流量。其中，由于图5中固定杆42套设在上柱塞8中，因此需要在上柱塞8及缸底7上设置密封元件，以保证控制腔内油液不发生渗漏

其中，本实施例之所以使用位移传感器代替流量计来测量被试安全阀1的溢流量，是因为流量计对于超大流量测试的成本较高，而且不能适应被试安全阀1的快速溢流的工作环境，而使用位移传感器以将位移量转化为溢流量的方法则不受这些因素的设置，因此可以适用于快速、超大流量的溢流量的测量。

如图6所示，本实施例中的大流量安全阀试验装置具有多个进液口51，这些进液口51沿液压缸5的缸壁周向分布，且呈周向分布的进液口沿液压缸5的轴向排列至少一排。这样通过这些进液口就能够利用管路52连接多个蓄能器，从而形成蓄能器组，并且每条管路52上还可分支连接多个蓄能器，因此理论上可以连接任意要求数量的蓄能器，从而可以达到理论上无限扩大的溢流量。

而且本实施例中的所述试验装置处于试验准备状态时，为保证在控制口71没有输入压力信号时使上柱塞8不动作，需要使上柱塞8和液压缸5的缸底7之间具有良好的密封，而两者之间的密封包括软密封和硬密封两种形式。

软密封形式即在上柱塞8的用于和缸底7相接触的顶部设置环形密封带，使得在上柱塞8的第一液压腔中的液体压力作用下，上柱塞8和缸底7通过环形密封带紧密接触，形成密封，以隔离A腔和B腔。或者，也可以在缸底7的用于和上柱塞8相接触的底部设有该环形密封带，也可以达到密封的效果。再或者，还可以既在上柱塞8的用于和缸底7相接触的顶部设置环形密封带，又在缸底7的用于和上柱塞8相接触的底部设有环形密封带，这样能够进一步增强密封效果，提高所述试验装置的可靠性。

硬密封形式即在上柱塞8的用于和缸底7相接触的顶部设有伸出部，且该伸出部沿上柱塞8的径向向外伸出。这样B腔中的液体压力就会作用在该伸出部上，从而使该伸出部紧密地压在缸底7上，以在上柱塞8和缸底7之间形成密封，并隔离A腔和B腔，保证所述试验装置的可靠性。

其中具体而言，如图7所示，该伸出部的形状可以为倒圆、倒角或台阶等。

需要说明的是，如图8所示，本发明还提供了一种快速加载增压缸，且所述快速加载增压缸的结构和功能与上述实施例中所述快速加载增压缸的结构和功能相同，在此不再赘述。

需要注意的是，本发明实施例中的快速加载增压缸在应用于大流量安全阀试验装置时可以倒置安装，即液压缸5设置在下方，下柱塞9设置在上方。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本使用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速加载增压缸，其特征在于，包括液压缸(5)，所述液压缸(5)内滑动地设有上柱塞(8)，所述上柱塞(8)中设有第一液压腔(81)，所述第一液压腔(81)中滑动地设有下柱塞(9)，所述下柱塞(9)中设有第二液压腔(91)，所述第二液压腔(91)的一端与所述第一液压腔(81)相连通，另一端用于设置被试安全阀(1)；且在所述液压缸(5)的缸壁中设有进液口(51)，所述进液口(51)用于连接动力源，所述液压缸(5)的缸底(7)设有控制口(71)，所述控制口(71)用于连接控制源； 

液压缸(5)在准备状态时，第二液压腔(91)充液，上柱塞(8)向上运动与液压缸(5)的缸底压紧形成密封，从而使上柱塞(8)与缸底之间的空间形成与第一液压腔(81)隔开的控制腔，控制腔与控制口(71)连通。 

2.根据权利要求1所述的快速加载增压缸，其特征在于，所述进液口(51)沿所述液压缸(5)的缸壁周向分布。 

3.根据权利要求2所述的快速加载增压缸，其特征在于，呈周向分布的所述进液口(51)沿所述液压缸(5)的轴向排列至少一排。 

4.根据权利要求1至3中任一项所述的快速加载增压缸，其特征在于，在所述上柱塞(8)的用于和所述缸底(7)相接触的顶部设有环形密封带；和/或 

在所述缸底(7)的用于和所述上柱塞(8)相接触的底部设有环形密封带。 

5.一种大流量安全阀试验装置，其特征在于，包括支撑体(3)，所述支撑体(3)上设有快速加载增压缸，所述快速加载增压缸包括液压缸(5)，所述液压缸(5)内滑动地设有上柱塞(8)，所述上柱塞(8)中设有第一液压腔(81)，所述第一液压腔(81)中滑动地设有下柱塞(9)，所述下柱塞(9)中设有第二液压腔(91)，所述第二液压腔(91)的一端与所述第一液压腔(81)相连通，另一端用于设置被试安全阀(1)，且所述液压缸(5)和所述下柱塞(9)均固 定在所述支撑体(3)上；在所述液压缸(5)的缸壁中设有进液口(51)，所述进液口(51)通过管路(52)连接有动力源(6)，所述液压缸(5)的缸底(7)设有控制口(71)，所述控制口(71)连接有控制源； 

液压缸(5)在准备状态时，第二液压腔(91)充液，上柱塞(8)向上运动与液压缸(5)的缸底压紧形成密封，从而使上柱塞(8)与缸底之间的空间形成与第一液压腔(81)隔开的控制腔，控制腔与控制口(71)连通。 

6.根据权利要求5所述的大流量安全阀试验装置，其特征在于，在所述下柱塞(9)上靠近用于设置被试安全阀(1)的一端设有压力传感器(2)，所述压力传感器(2)用于测量所述被试安全阀(1)溢流过程中的压力数据。 

7.根据权利要求5所述的大流量安全阀试验装置，其特征在于，在所述上柱塞(8)和所述支撑体(3)之间设有位移传感器(4)，所述位移传感器(4)包括设在所述上柱塞(8)上的移动磁块(41)、和设在所述支撑体(3)上的固定杆(42)，通过所述移动磁块(41)沿所述固定杆(42)的移动测量所述上柱塞(8)的位移量，以根据所述上柱塞(8)的位移量得到所述被试安全阀(1)溢流过程中的溢流量。 

8.根据权利要求5所述的大流量安全阀试验装置，其特征在于，在所述上柱塞(8)和所述液压缸(5)之间设有位移传感器(4)，所述位移传感器(4)包括设在所述上柱塞(8)上的移动磁块(41)、和设在所述液压缸(5)上的固定杆(42)，通过所述移动磁块(41)沿所述固定杆(42)的移动测量所述上柱塞(8)的位移量，以根据所述上柱塞(8)的位移量得到所述被试安全阀(1)溢流过程中的溢流量。 

9.根据权利要求5至8中任一项所述的大流量安全阀试验装置，其特征在于：所述进液口沿所述液压缸(5)的缸壁周向分布，且呈周向分布的所述进液 口沿所述液压缸(5)的轴向排列至少一排。 

10.根据权利要求9所述的大流量安全阀试验装置，其特征在于：在所述上柱塞(8)的用于和所述缸底(7)相接触的顶部设有环形密封带；和/或 

在所述缸底(7)的用于和所述上柱塞(8)相接触的底部设有环形密封带。 

Images