基于“高壓力、大排量”新型乳化液泵卸載閥的卸載方式及結構分析

馬輝

（六安職業技術學院 汽車與機電工程學院，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 發展至當今的450 L/ min、500 L/ min[1]，礦用卸載閥正朝著高壓力、大排量的方向發展。卸載閥對泵站液壓系統起保護作用，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運轉的情況下，為液壓支架等綜合采礦設備提供高壓乳化液，并可及時卸載。保持供液壓力始終在控制的范圍內，以滿足煤礦綜采作業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的壓力、流量等重要性能指標，決定泵站工作性能、采煤效率和生產安全。 在現有乳化液泵站卸載閥的基礎上，基于“高壓力、大排量”的工況特點，對新型礦用大排量乳化液泵卸載閥開展研究，具有較好的實用和經濟價值。

2 礦用乳化液泵站的組成

國內外乳化液泵站運行模式有所不同。國外一般采用“多泵一箱或兩箱”方式運行，國內以“兩泵一箱”模式運行較為常見，即采用兩臺乳液泵和一個乳液箱的配置形式。其中一個泵站工作，另一個保留備用。乳化液泵站通常由電動機、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構分析

3.1 卸載閥的卸載方式

目前，礦用乳化液泵站卸載閥的結構多種多樣，但是究其卸載形式常見的有兩種方式：外卸載和內卸載。流量不同的國產乳化液泵站系統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用，當前國內外卸載閥采用該種形式卸載主要有兩種結構[2]。一種是70 年代初從西德引進的，另一種是90 年代從英國引進的，我國當前廣泛采用從西德引進的結構。所謂外卸載方式就是在泵站的出液口設置卸載閥以實現卸載回流。卸載閥進液口P 連接乳化液泵出口，出液口A 連接綜采作業面上液壓支架等執行設備，回液口T 連接乳化液箱。卸載閥的啟閉受液壓系統的工作壓力控制，當工作壓力低于卸載閥調定值時，主閥處于關閉狀態，泵通過單向閥向系統供給高壓乳化液；反之，卸載閥打開，乳化液返回油箱，泵卸載。同時系統由蓄能器進行保壓。乳化液泵無負載運轉，節能省電，并提高了泵的使用時間。

圖2 新型卸載閥外卸載方式示意圖

3.2 卸載閥的結構分析

礦用大排量乳化液泵卸載閥的結構多種多樣，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置成兩組并聯形式，同時還有一個先導控制閥、多個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，工作穩定性好，設備可靠性高。

圖3 自動卸載閥結構簡圖

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

圖4 碟形彈簧的力學分析

式中：f——碟形彈簧變形量，mm。

根據計算結果，當n<1 時，碟簧選用對合式；n>1，碟簧選用疊合式；如遇負載大變形大的則應選用復合式。

結束語

現代采煤生產正朝著大型化的方向發展，對液壓支架等采煤工作面機械設備提出了越來越高的要求。乳化液泵站為其提供動力，卸載閥對泵站系統中壓力起到控制調節作用。礦用卸載閥也正朝著“高壓力、大排量”的方向發展，通過對礦用大排量乳化液泵卸載閥的卸載方式及其結構形式分析，對礦用大排量乳化液泵卸載閥的設計和研究具有一定的參考價值，以滿足現代綜采設備的工作需求。