馬輝

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)電工程學(xué)院，安徽 六安237158）

1 概述

礦用乳化液泵站為綜采工作面的液壓支架等設(shè)備輸送動力，礦用乳化液泵流量已從過去的80 L/ min、125 L/ min 發(fā)展至當(dāng)今的450 L/ min、500 L/ min[1]，礦用卸載閥正朝著高壓力、大排量的方向發(fā)展。卸載閥對泵站液壓系統(tǒng)起保護(hù)作用，是一種重要的壓力控制裝置。 其功能主要是在乳化液泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，為液壓支架等綜合采礦設(shè)備提供高壓乳化液，并可及時(shí)卸載。保持供液壓力始終在控制的范圍內(nèi)，以滿足煤礦綜采作業(yè)面上間歇使用乳化液的需求。其性能的好壞直接影響著泵站系統(tǒng)的壓力、流量等重要性能指標(biāo)，決定泵站工作性能、采煤效率和生產(chǎn)安全。 在現(xiàn)有乳化液泵站卸載閥的基礎(chǔ)上，基于“高壓力、大排量”的工況特點(diǎn)，對新型礦用大排量乳化液泵卸載閥開展研究，具有較好的實(shí)用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 礦用乳化液泵站的組成

國內(nèi)外乳化液泵站運(yùn)行模式有所不同。國外一般采用“多泵一箱或兩箱”方式運(yùn)行，國內(nèi)以“兩泵一箱”模式運(yùn)行較為常見，即采用兩臺乳液泵和一個(gè)乳液箱的配置形式。其中一個(gè)泵站工作，另一個(gè)保留備用。乳化液泵站通常由電動機(jī)、乳化液泵和卸載閥等零部件組裝而成，如圖1 所示。

圖1 礦用乳化液泵站的組成

3 新型乳化液泵卸載閥的卸載方式及結(jié)構(gòu)分析

3.1 卸載閥的卸載方式

目前，礦用乳化液泵站卸載閥的結(jié)構(gòu)多種多樣，但是究其卸載形式常見的有兩種方式：外卸載和內(nèi)卸載。流量不同的國產(chǎn)乳化液泵站系統(tǒng)中兩種卸載方式都有選用，本文所研究的新型礦用大排量乳化液泵卸載閥采用的是外卸載方式，如圖2 所示。外卸載方式被廣泛運(yùn)用，當(dāng)前國內(nèi)外卸載閥采用該種形式卸載主要有兩種結(jié)構(gòu)[2]。一種是70 年代初從西德引進(jìn)的，另一種是90 年代從英國引進(jìn)的，我國當(dāng)前廣泛采用從西德引進(jìn)的結(jié)構(gòu)。所謂外卸載方式就是在泵站的出液口設(shè)置卸載閥以實(shí)現(xiàn)卸載回流。卸載閥進(jìn)液口P 連接乳化液泵出口，出液口A 連接綜采作業(yè)面上液壓支架等執(zhí)行設(shè)備，回液口T 連接乳化液箱。卸載閥的啟閉受液壓系統(tǒng)的工作壓力控制，當(dāng)工作壓力低于卸載閥調(diào)定值時(shí)，主閥處于關(guān)閉狀態(tài)，泵通過單向閥向系統(tǒng)供給高壓乳化液；反之，卸載閥打開，乳化液返回油箱，泵卸載。同時(shí)系統(tǒng)由蓄能器進(jìn)行保壓。乳化液泵無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)能省電，并提高了泵的使用時(shí)間。

圖2 新型卸載閥外卸載方式示意圖

3.2 卸載閥的結(jié)構(gòu)分析

礦用大排量乳化液泵卸載閥的結(jié)構(gòu)多種多樣，為滿足“大排量”的工況需求，該型卸載閥采用單向閥和主閥設(shè)置成兩組并聯(lián)形式，同時(shí)還有一個(gè)先導(dǎo)控制閥、多個(gè)阻尼器和專用過濾器，如圖3 所示。卸載閥集成三大閥功能為一體，具有卸載、溢流和單向液控的外卸載的復(fù)合功能。提高了卸載閥供液量或排量，保證流體正常流通，工作穩(wěn)定性好，設(shè)備可靠性高。

圖3 自動卸載閥結(jié)構(gòu)簡圖

基于“高壓力”的工況特點(diǎn)，該型卸載閥采用碟形彈簧適當(dāng)預(yù)緊并合理設(shè)計(jì)以滿足使用需求。碟形彈簧呈淺圓錐狀形狀，特別適合在狹小空間、負(fù)載大的場合使用。具有行程短，負(fù)載大，減震能力強(qiáng)，組合使用便捷，更換維修容易，經(jīng)濟(jì)安全性高等優(yōu)點(diǎn)。礦用大排量乳化液泵卸載閥中先導(dǎo)閥碟形彈簧的設(shè)計(jì)是十分重要的，設(shè)計(jì)思路具體如下。（1）碟形彈簧受力分析。碟簧承載時(shí)受力情況非常復(fù)雜，在做力學(xué)分析時(shí)常作如下假設(shè)[3]，如圖4所示：a.碟形彈簧承載后，受力截面（A-A 截面）不產(chǎn)生扭曲，即扭曲變形忽略不計(jì)。b.忽略徑向力的影響。c.碟形彈簧所受的力被認(rèn)為是均勻地分布在盤簧簧片的內(nèi)周和外周的軸向上。

圖4 碟形彈簧的力學(xué)分析

式中：f——碟形彈簧變形量，mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)n<1 時(shí)，碟簧選用對合式；n>1，碟簧選用疊合式；如遇負(fù)載大變形大的則應(yīng)選用復(fù)合式。

結(jié)束語

現(xiàn)代采煤生產(chǎn)正朝著大型化的方向發(fā)展，對液壓支架等采煤工作面機(jī)械設(shè)備提出了越來越高的要求。乳化液泵站為其提供動力，卸載閥對泵站系統(tǒng)中壓力起到控制調(diào)節(jié)作用。礦用卸載閥也正朝著“高壓力、大排量”的方向發(fā)展，通過對礦用大排量乳化液泵卸載閥的卸載方式及其結(jié)構(gòu)形式分析，對礦用大排量乳化液泵卸載閥的設(shè)計(jì)和研究具有一定的參考價(jià)值，以滿足現(xiàn)代綜采設(shè)備的工作需求。