速關閥

速關閥主要由兩大部分組成，如圖1 所示。

控制速關閥開閉的液壓系統。控制閥由液壓控制系統控制。控制閥的上端連接一個彈簧。在控制閥關閉的時候，彈簧在油壓力的作用下處於伸長狀態，當收到使閥打開的指令時，液壓腔內壓力瞬時消失，油壓力卸載，控制閥在彈簧力的作用下向上運動將液壓腔內的液壓油排除使控制閥打開。當需要關閉控制閥時，就向液壓腔內注入液壓油。則控制閥在液壓油和彈簧力的共同作用下向下運動，直至將閥口關閉。控制部分除了液壓控制閥外，還有手動輪盤控制部分。當液壓控制閥出現故障而又需要速關閥關閉的時候，需要手動關閉速關閥。

驅動部分包括動力源和液壓執行機構。液壓 介質採用油。油缸、油泵和蓄能器等組成獨立的密閉的動力油源系統。油泵提供液壓動力，液壓執行機構由缸體、活塞、閥頭、閥桿等主要部件和導向與密封裝置等組成，它們相互連接構成一個運動整體。通過活塞的上下運動帶動閥頭、閥桿的運動，實現速關閥的開閉。

圖2為活塞的三維實體圖，如圖所示活塞為環形結構，通過中間孔和閥桿等部件連接起來。周向的環形槽用於安放密封零件。活塞在速關閥的中的作用非常重要，將油壓力和彈簧力的勢能轉化為執行部件的動能。從而實現速關閥的快速關閉。

閥頭和閥桿在速關的過程中會受到很大的衝擊力，所以對閥頭和閥桿的 結構和材料屬性都要有很高的要求，以保證速關閥在快速關閉的時候，能滿足使用要求。

傳動機構的下側為油缸，傳動機構與油缸之間有活塞隔開。動力油源系統集成在一起，成為液壓油站。在常態下，油泵向系統供油，使系統保持額定壓力，通過控制閥的閉鎖，實現閥門的保位功能在工作狀態下，液壓執行機構受控於液壓閥，依靠系統控制油壓和蓄能器的蓄能能量釋放，實施快速關閉和正常啟閉。在閥門快速關閉的過程中，當近於全關位置時減速關閉，防止密封面受衝擊。

在速關閥打開的時候，液壓油對活塞做功底部彈簧積蓄能量，在速關閥需要關閉的時候，彈簧釋放能量對活塞做功帶動閥頭、閥桿運動使速關閥快速關閉。缸體是速關閥機構的主要零件之一，其體積、重量較大，油道孔槽較多要求具有較高的加工精度。其氣密性的好壞直接決定著速關閥機構能否平穩、有效的運行。其機構如圖3所示。

速關閥在船舶正車航行時，進油口打開，出油口關閉，液壓油從進油口通入，在液壓油的作用下活塞向下運動，底部彈簧被壓縮，直至規定位置，速關閥完全打開，此時工作腔內的液壓力與活塞底部彈簧力平衡。

當船舶需倒車航行時，控制閥收到速關閥關閉的指令，控制閥在頂部彈簧力的作用下迅速向上運動時間非常短可忽略不計出油口打開，工作腔內液體壓力瞬間消失，活塞在底部彈簧力和液流慣性阻力的作用下快速向上運動，油腔中的液壓油從出油口排到油箱中，實現速關閥快速關閉。

對速關閥關閉時進行受力分析如圖4所示。控制閥打開 時，工作腔內油壓瞬間降低，此時活塞在底部彈簧力的作用下帶動閥桿向上加速運動，在運動過程中會受到活塞及閥桿與工作腔壁摩擦所產生的摩擦力和工作腔內高速液體的慣性阻力。

由於重力和摩擦力與彈簧力相比非常小，故在計算過程中可以忽略不計，則執行部件在運動過程中主要受到底部彈簧力和液壓腔中液流慣性阻力。在一般的動力分析情況下，只須先分別求出彈簧力和液壓油的液流慣性阻力與時間的關係，然後將力與時間的關係分別施加到受力部位，通過ANSYS/LS-DYNA幾一計算出速關閥的關閉時間及在衝擊過程中的動態應力。以下分別對彈簧力及液流慣性阻力進行計算。