1、 支架液控单向阀的作用

液压支架（简称支架）是综合机械化采煤关键设备之一，而支架立柱液控单向阀（简称单向阀）是保证其实现有限支护顶板作用的关键液压元件之一（原理见图1），它有两个主要性能指标：密封的可靠性和流量。足够的流量可以显著提高立柱的伸缩速度，保证系统的高效；可靠的密封性能保证立柱能够提供足够的抗负载的阻力，支护顶板。振动是液压元件和系统运行时的常见现象，对统性能和元件寿命等影响很大，因此使用中需要考虑并严格控制振动的有关参数。本文从单向阀工作原理、配套液压系统和负载环境等多方面分析振动产生的机理、振动对系统性能的影响，剖析国内外常见单向阀的结构特点和消除振动的措施，探讨建立试验室模拟单向阀振动特性的试验系统模型和测试方法，为设计和改进提供实用的试验数据。

2、 单向阀卸载振动机理及影响

图1、立柱控制原理

2．1、单向阀卸载振动机理

单向阀振动发生在立柱收缩操作过程中，图1是立柱控制原理，操作操纵阀，A1口接系统压力P，A2口接系统回液R，单向阀在A1的控制下打开，立柱下腔液体排除，立柱实现收缩下降动作。图2是单向阀结构原理，单向阀卸载瞬时，阀芯的受力为：

ΔF=π*P₃*d₂²/4 π*P₂*（d₁²-d₂²）/4

-π*P₁*d₁²/4 f （1）

其中，P₁ 、P₂ 、P₃分别为A1、A2、A3腔（图2）压力。d₁ 、d₂为对应阀芯和顶杆直径，f为弹簧力（可以不计）。开启前瞬间P₂≈0，

ΔF≈0，因此公式（1）可以简化为：

P₁*d₁²= P₃*d₂² （2）

图2、液控单向阀结构原理

此时P₁值定义为液控单向阀开启压力。随着P₁增大，公式（2）平衡打破，ΔF〈0，阀芯左移，阀口开启量加大，P₂值迅速增加，ΔF>0，阀芯又迅速往回运动，阀口趋于关闭，甚至退回关闭状态；随着阀口开启量的减小，P₂值减小，ΔF〈0，阀口又开启，如此反复，引起阀芯和顶杆的振动。

2．2、振动对系统及元件的影响

通常单向阀是和安全阀组合使用，当顶板移动量增加并超过一定值时，立柱下腔内液体压强增高，安全阀开启，释放出部分液体，使立柱下腔液体压强保持在一个设定值内，保护立柱和支架其它结构件。单向阀开启时立柱下腔压力往往很高，如果此时单向阀振动，将严重恶化安全阀的使用环境，导致安全阀的非正常开启，开启次数成倍增加，明显降低安全阀的使用寿命（参照文献1）。

单向阀本身实际使用寿命较试验寿命明显降低，除常见的密封件损坏外，出现成批的零件损坏现象，元件不能进行常规修复再使用。振动导致其附近管路辅件和结构件受迫振动，影响正常使用，如橡胶密封件，使用寿命将明显降低。

1、 振动控制方法分析

3．1、振动因素分析

如前所述，ΔF>0是阀芯右移，阀口开启的条件，在阀口开启过程中，P₁ 、P₃相对固定，导致ΔF在“零”值左右振荡的直接影响因素是P₂在不断变化，控制P₂值在一定范围内可以减少甚至消除ΔF>0的几率，消除振动。结合图1、图2，P₂可计算如下：

P₂=ζ_*Q^K ΔP_R （3）

其中，Q：为阀口打开后阀的流量；

K：为单向阀“流量-压差”指数，K≈2；

ζ：阀口之后与系统连接之间部分的压差系数；

ΔP_R：系统回液背压。

很明显，降低阀的压差系数ζ和系统回液背压可以降低P₂值，后者决定于系统结构。对于阀结构，降低流量和阀口后部分的阻力系数均可以降低P₂值。

根据公式（1），降低P₃和提高开启压力P_1也可以降低的P₂的相对值，减少对ΔF的影响。

3．2、振动控制方法

常用振动控制方法主要有三种：阻尼减振、二级卸载和消除振源。

1）阻尼减振

阀口开启有一个过程，建立P₂也需要一个过程，延长这个过程，在这个过程中单向阀封闭的压力腔液体逐步排出，P₂被控制的同时P₃也降低了，最后再全部打开阀口，大流量排液，油缸动作。实现这个过程需要控制P₁的变化，一般在A1腔与系统高压之间增加阻尼，这个阻尼也可以阻止阀芯的反方向运动，控制振动。配合阻尼的使用，通常在阀口部位增加节流结构，阀芯运动过程中逐步打开节流，最后打开阀口。