淺析往復(fù)式活塞隔膜泵液壓系統(tǒng)的主要特性和設(shè)計(jì)

摘要：往復(fù)式活塞隔膜泵是在往復(fù)式活塞泵的基礎(chǔ)上研制成功的一種先進(jìn)的料漿輸送設(shè)備。通過增加隔膜室橡膠隔膜，將礦漿與油介質(zhì)分隔開來，克服了因活塞泵運(yùn)動部件與料漿直接接觸導(dǎo)致其缸套、活塞密封件易磨損的缺點(diǎn)，成為輸送高磨礪性、高腐蝕性料漿的新一代往復(fù)式活塞隔膜泵，目前，在冶金、煤化工、建材、電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。該隔膜泵的設(shè)計(jì)、制造涉及機(jī)械、液壓、電子及橡膠等多學(xué)科技術(shù)。其中液壓系統(tǒng)是保證隔膜泵正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。本文概述往復(fù)式活塞隔膜泵液壓系統(tǒng)的主要組成部分及分類，介紹其功用、原理和特點(diǎn)；論述其工作特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，重點(diǎn)介紹往復(fù)式活塞隔膜泵的核心技術(shù)——推進(jìn)液系統(tǒng)的工作原理。

關(guān)鍵詞：隔膜泵；推進(jìn)液系統(tǒng)；工作原理

1液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隔膜泵液壓系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)分，主要包括：動力源部分、控制部分、輔助部分及出口壓力脈動補(bǔ)償器充氣裝置（見圖1）。動力源部分由推進(jìn)液油泵電機(jī)組和沖洗油泵電機(jī)組構(gòu)成；控制部分由兩位兩通閥組、二位三通電磁閥組、壓力變送器組件三部分組成；輔助部分包括：氣動三聯(lián)件、蓄能器、濾油器、油箱、管路及儀表等。

1.氣動三聯(lián)件組件2.工作壓力表3.出口壓力脈動補(bǔ)償器充氣裝置4.推進(jìn)液油泵電機(jī)組5.空氣壓力表6.二位三通電磁閥組件7.卸荷閥8.推進(jìn)液壓力表9.推進(jìn)液濾油器10.沖洗油泵電機(jī)組11.兩位兩通閥組12.壓力變送器組件13.蓄能器14.沖洗濾油器

隔膜泵液壓系統(tǒng)按工作特性又可分為三個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，即推進(jìn)液系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)和出口壓力脈動補(bǔ)償器充氣裝置。其中推進(jìn)液系統(tǒng)是整個(gè)液壓系統(tǒng)的重要組成部分。

1.2液壓系統(tǒng)工作原理

1.2.1推進(jìn)液系統(tǒng)工作原理

其正常工作狀態(tài)是：通過空氣壓縮機(jī)持續(xù)供氣，二位三通電磁閥處于常開狀態(tài)，氣體進(jìn)入兩位兩通閥閥體上腔，作用于小隔膜上，通過壓縮小隔膜，使補(bǔ)油閥密封塊與單向閥、排油閥密封塊與噴嘴緊密閉合。當(dāng)檢測單元補(bǔ)油信號發(fā)生器發(fā)出隔膜腔內(nèi)需要補(bǔ)油信號時(shí)，補(bǔ)油端二位三通電磁閥關(guān)閉，氣體泄掉，推進(jìn)液系統(tǒng)壓力（壓力設(shè)定值為0.5～1MPa）將閥推桿及密封塊向上頂開，經(jīng)單向閥通過管路進(jìn)入隔膜腔，完成補(bǔ)油過程。當(dāng)系統(tǒng)需要排油時(shí)，排油端二位三通電磁閥關(guān)閉，氣體泄掉，油經(jīng)噴嘴流回油箱，完成排油過程。

需要說明的是，隔膜腔內(nèi)油液量的正常與否是保證隔膜泵正常運(yùn)行的關(guān)鍵，其原理已在多篇文章做過論述，在此不再贅述。[2]

1.2.2沖洗系統(tǒng)工作原理

沖洗系統(tǒng)由動力單元及輔助元件組成。其動力單元由油泵電機(jī)組及油泵內(nèi)部裝有的設(shè)定值為0.8MPa的溢流閥組成。輔助元件由輸油管路、濾油器、油箱、分配器等組（見圖4）。隔膜泵啟動前應(yīng)先開啟沖洗油泵，沖洗油液不間斷地沖洗活塞桿和活塞，起潤滑和冷卻作用，以保證活塞在缸套中良好的運(yùn)動。

1.液力端2.活塞缸3.出口壓力脈動補(bǔ)償器4.充氣工具

圖4沖洗系統(tǒng)原理圖

1.2.3出口壓力脈動補(bǔ)償器充氣裝置

2液壓系統(tǒng)工作特性

2.1.1吸入過程

2.1.2排出過程

根據(jù)上述隔膜泵輸送料漿的吸入過程和排出過程，可以得知，推進(jìn)液系統(tǒng)的排油必須在隔膜泵的吸入過程中完成，補(bǔ)油必須在隔膜泵的排出過程中完成，此乃推進(jìn)液系統(tǒng)的工作特性。

2.1.3靜態(tài)分析

（1）壓縮空氣持續(xù)供氣，密封塊11與單向閥12及噴嘴3的接觸面要起到良好的密封作用；

（2）當(dāng)壓縮空氣泄壓后，閥推桿10應(yīng)能在彈簧力的作用下輕松復(fù)位；

（3）需要補(bǔ)油時(shí)，補(bǔ)油閥5上部的壓縮空氣泄壓后，閥推桿10向上抬起，單向閥12在推進(jìn)液系統(tǒng)壓力作用下應(yīng)及時(shí)打開，推進(jìn)液油迅速進(jìn)入隔膜腔；

（4）需要排油時(shí)，排油閥1上部的壓縮空氣泄壓后，閥推桿10向上抬起，油液要順暢地回到油箱；

（5）各面貼合處及密封件密封處不得有任何泄漏；

（6）工作可靠，壓力損失要??；

（7）工作過程中，減小振動和噪聲；

（8）便于拆、裝、維護(hù)與維修等。

2.2沖洗系統(tǒng)的工作特性

2.3出口壓力脈動補(bǔ)償器充氣裝置[4]

3往復(fù)式活塞隔膜泵液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)啟動、制動迅速，運(yùn)動平穩(wěn)；對油液的污染敏感度較低；

（2）操作簡便，與電力、氣動傳動相配合，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動控制；

（3）各液壓元件有自潤滑和冷卻作用，使其不易磨損，易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，因而壽命長；

（4）液壓系統(tǒng)各部件多采用模塊化設(shè)計(jì)，不僅提高了零部件的互換性，便于裝配，而且為產(chǎn)品的升級奠定了基礎(chǔ)。

（5）易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

4結(jié)束語

多年來，通過不斷探索、實(shí)踐，隔膜泵液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)逐步得到優(yōu)化。其中主要的零、部件設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化、系列化，不僅保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)也縮短了整機(jī)的設(shè)計(jì)周期，而且為用戶使用和維護(hù)隔膜泵提供了方便。近年來，隨著該泵在冶金、礦山、有色、石油化工、建材、煤炭、電力及環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，隔膜泵液壓系統(tǒng)的運(yùn)行不僅在正常工作環(huán)境中滿足設(shè)計(jì)要求，而且能夠在高溫、高原、防爆等特殊工作場合穩(wěn)定運(yùn)行，隔膜泵液壓系統(tǒng)的技術(shù)水平、液壓元件的使用壽命及系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性均趨于成熟。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]凌學(xué)勤.往復(fù)式活塞隔膜泵[A].中國國際裝備制造業(yè)博覽會論文集[C].沈陽：沈陽冶金機(jī)械有限公司，2006.

[3]官中范.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]太原科技大學(xué)液壓教研組.液壓元件[M].山西：太原科技大學(xué)，2007.