帶有調(diào)漿裝置的雙液注漿泵的設(shè)計研究

， ， (河北工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 河北 邯鄲　056038)

引言

注漿泵應(yīng)用范圍很廣，隧道、礦井采掘工作面堵水時需要注漿泵；礦井回填、巖石加固補(bǔ)強(qiáng)時需要注漿泵；防止山體滑坡、糾正建筑物偏斜時也得需要注漿泵。而雙液注漿泵[1]在注漿泵類別中應(yīng)用較多，但目前所用雙液注漿泵無法有效調(diào)節(jié)兩種注漿液態(tài)漿液之間的比例，或只能實(shí)現(xiàn)一種配漿比例[2]，大大的限制了雙液注漿泵的應(yīng)用空間。介紹一種帶有調(diào)漿裝置的注漿泵，使該泵漿液配比實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。

1　液壓系統(tǒng)[3]基本回路

如圖1所示，本液壓系統(tǒng)是由油箱、軸向柱塞泵、溢流閥、二位四通換向閥、液壓缸[4]等組成的，當(dāng)泵工作時，軸向柱塞泵從油箱里吸油，油液經(jīng)三通，一端連接溢流閥，經(jīng)溢流閥流回油箱，另一端連接二位四通換向閥，經(jīng)二位四通換向閥流到液壓缸，從而推動液壓缸的活塞工作。溢流閥起安全閥的作用，二位四通換向閥為電磁換向閥[5]，當(dāng)二位四通換向閥斷電時，P和A相通，B和T相通，油液經(jīng)PA通路進(jìn)入左側(cè)液壓缸，推動活塞向右運(yùn)動，右側(cè)油箱油液經(jīng)BT回到油箱， 當(dāng)二位四通換向閥通電時，P和B相通，A和T相通，油液經(jīng)PB通路進(jìn)入液壓缸右側(cè)，推動活塞向左運(yùn)動，左側(cè)液壓缸油液經(jīng)AT回到油箱。柱塞泵的柱塞旋轉(zhuǎn)一周，吸油壓油各一次，總排量V為：

圖1　液壓系統(tǒng)回路

(1)

式中，d為柱塞半徑；z為柱塞數(shù)；R為柱塞孔在缸體中的分布圓半徑；γ為斜盤的傾斜角，由此公式可推算出理論排漿量。

2　注漿缸的設(shè)計

一個注漿缸如圖2所示，其中活塞桿1的直徑d必須滿足公式(2)：

(2)

式中，D為注漿缸缸筒內(nèi)徑；φ為活塞桿往返速比，根據(jù)注漿泵的具體工況而定。

1.活塞桿　2.排漿腔　3.缸體　4.吸漿腔 5.鋼球　6.吸漿口　7.鋼球　8.排漿口

注漿缸活塞桿1與液壓缸活塞桿一端連接，當(dāng)活塞桿1向上運(yùn)動時，鋼球5打開，鋼球7閉合，漿液從吸漿口6進(jìn)入吸漿腔4，排漿腔2由于容積減小從排漿口8排漿；當(dāng)活塞桿向下運(yùn)動時，鋼球7打開，鋼球5閉合，吸漿口6停止吸漿，吸漿腔4中的漿液經(jīng)鋼球7的小口進(jìn)入排漿腔，進(jìn)入的排漿腔2的部分高壓漿經(jīng)排漿口8排漿。另一個注漿缸只是在圖2的基礎(chǔ)上再開了兩個孔，一個在吸漿缸，另一個在排漿缸，如圖4左側(cè)，其他相同。

3　調(diào)漿裝置設(shè)計

固定缸和調(diào)節(jié)缸的壁厚δ必須滿足下列公式(3)和公式(4)，公式(3)是內(nèi)外徑比小于0.1時的所要求的，公式(4)是內(nèi)外徑比大于0.1時所要求的：

(3)

(4)

式中，p為該缸內(nèi)漿液的最大工作壓力；D為該缸的內(nèi)徑；σ為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限。

1.固定缸　2.鎖緊螺母　3.固定缸空腔　4.調(diào)解缸 5.活塞　6.密封圈　7.調(diào)節(jié)缸空腔　8.卡槽 9.調(diào)節(jié)缸流口　10.固定缸流口

如圖3所示，其中固定缸空腔3和調(diào)節(jié)缸空腔7通過活塞5隔離，活塞5可以在缸內(nèi)自由移動，調(diào)節(jié)缸流口9與調(diào)解缸空腔7相通，固定缸流口10與固定缸空腔3相通，鎖緊螺母2可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)缸4的位置，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)缸的相對位置，改變活塞5兩側(cè)空腔的容積，從而達(dá)到改變排漿量的目的，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)雙液注漿泵的排漿比例[6]。

4　具體調(diào)節(jié)通路

如圖4所示，其中調(diào)節(jié)缸流口9和吸漿腔上流口12通過膠管連接。具體調(diào)節(jié)過程如下：當(dāng)活塞桿19向上運(yùn)動工作時，鋼球14打開，鋼球16閉合，漿液經(jīng)排漿口17排出的同時，一部分進(jìn)入固定缸空腔3，排漿腔18內(nèi)的漿液推動活塞5向右運(yùn)動，達(dá)到減少排漿量的目的，同時，調(diào)節(jié)缸空腔7的漿液經(jīng)調(diào)節(jié)缸流口9和吸漿腔上流口12回到吸漿腔，吸漿口13的吸漿量減?。划?dāng)活塞桿19向下運(yùn)動時，鋼球16打開，鋼球14閉合，吸漿腔15和排漿腔18連通，一部分漿液經(jīng)吸漿腔上流口12和調(diào)節(jié)缸流口9進(jìn)入調(diào)節(jié)缸空腔7，因固定缸空腔活塞截面積小于調(diào)節(jié)缸活塞截面積，活塞5向左運(yùn)動，由于調(diào)漿裝置兩側(cè)截面積不同，進(jìn)入調(diào)節(jié)缸空腔7的進(jìn)漿量大于固定缸空腔3的排漿量，從而排漿腔排漿口17的排漿量減少。由此可見，活塞桿19無論是向上運(yùn)動還是向下運(yùn)動，排漿量都是減少的。

5　無級調(diào)節(jié)[7]的范圍

設(shè)圖1所示的液壓缸左側(cè)活塞桿與圖2所示的注漿缸活塞桿連接，圖1液壓缸右側(cè)活塞桿與圖4所示注漿缸活塞桿19連接，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)裝置上的鎖緊螺母即可實(shí)現(xiàn)兩種漿液在一定范圍內(nèi)的任意配比。

11.排漿腔上流口　12.吸漿腔上流口　13.吸漿口　14.鋼球 15.吸漿腔　16.鋼球　17.排漿口　18.排漿腔　19.活塞桿

當(dāng)調(diào)漿裝置的鎖緊螺母2處于最左端時，此時調(diào)漿裝置中的活塞不運(yùn)動，兩注漿缸排漿量比為1∶1。

當(dāng)調(diào)漿裝置的鎖緊螺母2處于最右端時，此時調(diào)漿裝置中活塞運(yùn)動量最大，設(shè)此時左側(cè)注漿缸在液壓缸活塞桿運(yùn)動一個周期內(nèi)的排漿量為a，調(diào)漿裝置的固定缸空腔的容積為b，調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)缸空腔的容積為c，在液壓缸活塞桿運(yùn)動的一個周期內(nèi)，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的活塞也運(yùn)動了一個周期，此時，由于調(diào)漿裝置的存在使右側(cè)注漿缸的排漿量在液壓缸活塞桿運(yùn)動一個周期的時間內(nèi)排漿量減少2 (c-b)， 所以兩個注漿缸的排漿量比為a:[a-2(c-b)]。

因而，此液壓雙液注漿泵無級調(diào)節(jié)的雙液配比在1∶1 和a∶[a-2(c-b)]之間。

6　結(jié)論

本液壓雙液注漿泵從液壓系統(tǒng)著手，通過對注漿缸和調(diào)漿裝置的設(shè)計，使帶有調(diào)漿裝置的雙液注漿泵在實(shí)際工作時能夠?qū)崿F(xiàn)雙液的多種配比，而且漿液比例調(diào)整方便。與傳統(tǒng)雙液注漿泵相比，不但液壓系統(tǒng)簡單，而且使實(shí)際注漿的兩種漿液有多種配比，很好地滿足實(shí)際工程需要，適應(yīng)了市場的發(fā)展要求。

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