帶有調漿裝置的雙液注漿泵的設計研究

， ， (河北工程大學 機電工程學院， 河北 邯鄲　056038)

引言

注漿泵應用范圍很廣，隧道、礦井采掘工作面堵水時需要注漿泵；礦井回填、巖石加固補強時需要注漿泵；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]在注漿泵類別中應用較多，但目前所用雙液注漿泵無法有效調節兩種注漿液態漿液之間的比例，或只能實現一種配漿比例[2]，大大的限制了雙液注漿泵的應用空間。介紹一種帶有調漿裝置的注漿泵，使該泵漿液配比實現無級調節。

1　液壓系統[3]基本回路

如圖1所示，本液壓系統是由油箱、軸向柱塞泵、溢流閥、二位四通換向閥、液壓缸[4]等組成的，當泵工作時，軸向柱塞泵從油箱里吸油，油液經三通，一端連接溢流閥，經溢流閥流回油箱，另一端連接二位四通換向閥，經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]，當二位四通換向閥斷電時，P和A相通，B和T相通，油液經PA通路進入左側液壓缸，推動活塞向右運動，右側油箱油液經BT回到油箱， 當二位四通換向閥通電時，P和B相通，A和T相通，油液經PB通路進入液壓缸右側，推動活塞向左運動，左側液壓缸油液經AT回到油箱。柱塞泵的柱塞旋轉一周，吸油壓油各一次，總排量V為：

圖1　液壓系統回路

(1)

式中，d為柱塞半徑；z為柱塞數；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為注漿缸缸筒內徑；φ為活塞桿往返速比，根據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，當活塞桿1向上運動時，鋼球5打開，鋼球7閉合，漿液從吸漿口6進入吸漿腔4，排漿腔2由于容積減小從排漿口8排漿；當活塞桿向下運動時，鋼球7打開，鋼球5閉合，吸漿口6停止吸漿，吸漿腔4中的漿液經鋼球7的小口進入排漿腔，進入的排漿腔2的部分高壓漿經排漿口8排漿。另一個注漿缸只是在圖2的基礎上再開了兩個孔，一個在吸漿缸，另一個在排漿缸，如圖4左側，其他相同。

3　調漿裝置設計

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

(3)

(4)

式中，p為該缸內漿液的最大工作壓力；D為該缸的內徑；σ為缸筒材料的抗拉強度極限。

1.固定缸　2.鎖緊螺母　3.固定缸空腔　4.調解缸 5.活塞　6.密封圈　7.調節缸空腔　8.卡槽 9.調節缸流口　10.固定缸流口

如圖3所示，其中固定缸空腔3和調節缸空腔7通過活塞5隔離，活塞5可以在缸內自由移動，調節缸流口9與調解缸空腔7相通，固定缸流口10與固定缸空腔3相通，鎖緊螺母2可以調節調節缸4的位置，通過調節調節缸的相對位置，改變活塞5兩側空腔的容積，從而達到改變排漿量的目的，最終實現調節雙液注漿泵的排漿比例[6]。

4　具體調節通路

如圖4所示，其中調節缸流口9和吸漿腔上流口12通過膠管連接。具體調節過程如下：當活塞桿19向上運動工作時，鋼球14打開，鋼球16閉合，漿液經排漿口17排出的同時，一部分進入固定缸空腔3，排漿腔18內的漿液推動活塞5向右運動，達到減少排漿量的目的，同時，調節缸空腔7的漿液經調節缸流口9和吸漿腔上流口12回到吸漿腔，吸漿口13的吸漿量減??；當活塞桿19向下運動時，鋼球16打開，鋼球14閉合，吸漿腔15和排漿腔18連通，一部分漿液經吸漿腔上流口12和調節缸流口9進入調節缸空腔7，因固定缸空腔活塞截面積小于調節缸活塞截面積，活塞5向左運動，由于調漿裝置兩側截面積不同，進入調節缸空腔7的進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無論是向上運動還是向下運動，排漿量都是減少的。

5　無級調節[7]的范圍

設圖1所示的液壓缸左側活塞桿與圖2所示的注漿缸活塞桿連接，圖1液壓缸右側活塞桿與圖4所示注漿缸活塞桿19連接，調節調節裝置上的鎖緊螺母即可實現兩種漿液在一定范圍內的任意配比。

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

當調漿裝置的鎖緊螺母2處于最左端時，此時調漿裝置中的活塞不運動，兩注漿缸排漿量比為1∶1。

當調漿裝置的鎖緊螺母2處于最右端時，此時調漿裝置中活塞運動量最大，設此時左側注漿缸在液壓缸活塞桿運動一個周期內的排漿量為a，調漿裝置的固定缸空腔的容積為b，調節裝置的調節缸空腔的容積為c，在液壓缸活塞桿運動的一個周期內，調節裝置內的活塞也運動了一個周期，此時，由于調漿裝置的存在使右側注漿缸的排漿量在液壓缸活塞桿運動一個周期的時間內排漿量減少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節的雙液配比在1∶1 和a∶[a-2(c-b)]之間。

6　結論

本液壓雙液注漿泵從液壓系統著手，通過對注漿缸和調漿裝置的設計，使帶有調漿裝置的雙液注漿泵在實際工作時能夠實現雙液的多種配比，而且漿液比例調整方便。與傳統雙液注漿泵相比，不但液壓系統簡單，而且使實際注漿的兩種漿液有多種配比，很好地滿足實際工程需要，適應了市場的發展要求。

參考文獻：

[1]劉建茂,徐濤,康和勇,等.“雙液注漿法”在基坑堵漏中的應用研究[J].地質找礦論叢,2008,(1):82-87.

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[3]張利平,劉青社.現代液壓機研發中的液壓系統設計[J].鍛壓機械,2002,(6):7-8,1.

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[5]郭彥青,付永領,祁曉野,等.電磁換向閥綜合性能試驗臺研究[J].液壓與氣動,2014,(6):29-33,38.

[6]姚新港,蔡敏,徐桂連.系列顆粒漿液泵吸排漿球閥的設計[J].流體機械,2003,(4):15-17.

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