煤炭是我国主要的基础能源,是促进国民经济发展的重要支柱型产业。随着智能制造技术、工业自动化技术、无线通讯技术的发展和融合,自动化、智能化、无人化的煤炭开采技术已经初步应用于现代煤矿开采并成为未来的发展趋势。由于国内大采高综采工作面设备需求量的不断增加,高压、大流量的乳化液泵站成为目前矿用设备的研究重点之一。卸荷阀作为乳化液泵站压力控制的主要元件,在高压、大流量、启闭频繁等复杂的工况下,不可避免的会面临动态性能差、液压冲击大和气蚀损坏严重等问题。基于卸荷压力40MPa、公称流量1800L/min的工况需求,本文对卸荷阀进行了结构参数设计、理论建模分析、模拟仿真优化等一系列深入的研究,优化了卸荷阀的动态特性、液压冲击和气蚀损坏等关键性问题。通过研究相似工况下卸荷阀的国内外发展现状,明确了卸荷阀的参数性能指标和主要存在的问题。分析了卸荷阀的内在工作机理,对卸荷阀进行了结构和尺寸的设计。通过建立卸荷阀的等效物理模型,对其静态特性和动态特性进行了理论分析和推导。针对卸荷阀启闭过程中的压力、流量特性,对机械式和电磁式这两种控制方式下的卸荷系统进行了仿真,重点研究分析了阻尼孔直径和长度、顶杆直径以及电磁先导阀响应时间对卸荷阀动态性能的影响。研究发现:阻尼孔的长度和直径会影响卸荷阀的压力波动范围和流量超调,进一步影响卸荷阀的稳定性。顶杆直径会影响卸荷阀的恢复供液压力和卸荷频率。电磁阀的响应时间会影响卸荷阀的响应特性和卸荷周期,从而影响卸荷阀的启闭特性。对受液压冲击影响最大、结构强度最薄弱的单向阀组件进行了碰撞动力学仿真,通过分析其关闭时产生的应力和变形量,验证了单向阀的结构强度满足卸荷阀的性能要求。针对卸荷阀的气蚀破坏问题,对卸荷阀进行了流场仿真分析。通过设置空化模型,研究了不同开度下主阀腔内流体的运动情况,得到了主阀腔内流场的速度、压力和气相分布情况。结果表明:流体介质在流经阀口时,由于流速的骤增和压力的突降,会产生空化现象。空化产生的气泡溃灭时对零件内表面造成的破坏作用就是气蚀现象。随着主阀阀口开度的增加,通过阀口的流量不断增加,阀口前后的压差逐渐降低,这种气蚀现象也相应的减弱。所以当阀口处于小开度时,阀腔内的流场更应该值得关注。通过对气蚀发生机理的研究,对卸荷阀的结构进行优化设计,创新性的提出了一种异型阀口。它可以使流体介质在流经阀口时,产生分流和对冲的效果,使得阀口压力由突变转换为渐变,避免了流速的骤增。通过优化前后流场的速度、压力和气相分布情况的对比,可以发现:优化后主阀腔内的气相体积分数有所降低,气体分布区域也明显减少。结果表明该结构在满足卸荷阀通流能力要求的基础上,较好地提升了卸荷阀的抗气蚀能力。本文通过产品调研、理论推导、建模仿真、优化设计等流程,对卸荷阀的动态特性、液压冲击和气蚀破坏等问题进行了全面的分析与研究,为设计一个安全、可靠、耐用的卸荷阀奠定了理论基础。