带有调浆装置的双液注浆泵的设计研究

， ， (河北工程大学 机电工程学院， 河北 邯郸　056038)

引言

注浆泵应用范围很广，隧道、矿井采掘工作面堵水时需要注浆泵；矿井回填、岩石加固补强时需要注浆泵；防止山体滑坡、纠正建筑物偏斜时也得需要注浆泵。而双液注浆泵[1]在注浆泵类别中应用较多，但目前所用双液注浆泵无法有效调节两种注浆液态浆液之间的比例，或只能实现一种配浆比例[2]，大大的限制了双液注浆泵的应用空间。介绍一种带有调浆装置的注浆泵，使该泵浆液配比实现无级调节。

1　液压系统[3]基本回路

如图1所示，本液压系统是由油箱、轴向柱塞泵、溢流阀、二位四通换向阀、液压缸[4]等组成的，当泵工作时，轴向柱塞泵从油箱里吸油，油液经三通，一端连接溢流阀，经溢流阀流回油箱，另一端连接二位四通换向阀，经二位四通换向阀流到液压缸，从而推动液压缸的活塞工作。溢流阀起安全阀的作用，二位四通换向阀为电磁换向阀[5]，当二位四通换向阀断电时，P和A相通，B和T相通，油液经PA通路进入左侧液压缸，推动活塞向右运动，右侧油箱油液经BT回到油箱， 当二位四通换向阀通电时，P和B相通，A和T相通，油液经PB通路进入液压缸右侧，推动活塞向左运动，左侧液压缸油液经AT回到油箱。柱塞泵的柱塞旋转一周，吸油压油各一次，总排量V为：

图1　液压系统回路

(1)

式中，d为柱塞半径；z为柱塞数；R为柱塞孔在缸体中的分布圆半径；γ为斜盘的倾斜角，由此公式可推算出理论排浆量。

2　注浆缸的设计

一个注浆缸如图2所示，其中活塞杆1的直径d必须满足公式(2)：

(2)

式中，D为注浆缸缸筒内径；φ为活塞杆往返速比，根据注浆泵的具体工况而定。

1.活塞杆　2.排浆腔　3.缸体　4.吸浆腔 5.钢球　6.吸浆口　7.钢球　8.排浆口

注浆缸活塞杆1与液压缸活塞杆一端连接，当活塞杆1向上运动时，钢球5打开，钢球7闭合，浆液从吸浆口6进入吸浆腔4，排浆腔2由于容积减小从排浆口8排浆；当活塞杆向下运动时，钢球7打开，钢球5闭合，吸浆口6停止吸浆，吸浆腔4中的浆液经钢球7的小口进入排浆腔，进入的排浆腔2的部分高压浆经排浆口8排浆。另一个注浆缸只是在图2的基础上再开了两个孔，一个在吸浆缸，另一个在排浆缸，如图4左侧，其他相同。

3　调浆装置设计

固定缸和调节缸的壁厚δ必须满足下列公式(3)和公式(4)，公式(3)是内外径比小于0.1时的所要求的，公式(4)是内外径比大于0.1时所要求的：

(3)

(4)

式中，p为该缸内浆液的最大工作压力；D为该缸的内径；σ为缸筒材料的抗拉强度极限。

1.固定缸　2.锁紧螺母　3.固定缸空腔　4.调解缸 5.活塞　6.密封圈　7.调节缸空腔　8.卡槽 9.调节缸流口　10.固定缸流口

如图3所示，其中固定缸空腔3和调节缸空腔7通过活塞5隔离，活塞5可以在缸内自由移动，调节缸流口9与调解缸空腔7相通，固定缸流口10与固定缸空腔3相通，锁紧螺母2可以调节调节缸4的位置，通过调节调节缸的相对位置，改变活塞5两侧空腔的容积，从而达到改变排浆量的目的，最终实现调节双液注浆泵的排浆比例[6]。

4　具体调节通路

如图4所示，其中调节缸流口9和吸浆腔上流口12通过胶管连接。具体调节过程如下：当活塞杆19向上运动工作时，钢球14打开，钢球16闭合，浆液经排浆口17排出的同时，一部分进入固定缸空腔3，排浆腔18内的浆液推动活塞5向右运动，达到减少排浆量的目的，同时，调节缸空腔7的浆液经调节缸流口9和吸浆腔上流口12回到吸浆腔，吸浆口13的吸浆量减小；当活塞杆19向下运动时，钢球16打开，钢球14闭合，吸浆腔15和排浆腔18连通，一部分浆液经吸浆腔上流口12和调节缸流口9进入调节缸空腔7，因固定缸空腔活塞截面积小于调节缸活塞截面积，活塞5向左运动，由于调浆装置两侧截面积不同，进入调节缸空腔7的进浆量大于固定缸空腔3的排浆量，从而排浆腔排浆口17的排浆量减少。由此可见，活塞杆19无论是向上运动还是向下运动，排浆量都是减少的。

5　无级调节[7]的范围

设图1所示的液压缸左侧活塞杆与图2所示的注浆缸活塞杆连接，图1液压缸右侧活塞杆与图4所示注浆缸活塞杆19连接，调节调节装置上的锁紧螺母即可实现两种浆液在一定范围内的任意配比。

11.排浆腔上流口　12.吸浆腔上流口　13.吸浆口　14.钢球 15.吸浆腔　16.钢球　17.排浆口　18.排浆腔　19.活塞杆

当调浆装置的锁紧螺母2处于最左端时，此时调浆装置中的活塞不运动，两注浆缸排浆量比为1∶1。

当调浆装置的锁紧螺母2处于最右端时，此时调浆装置中活塞运动量最大，设此时左侧注浆缸在液压缸活塞杆运动一个周期内的排浆量为a，调浆装置的固定缸空腔的容积为b，调节装置的调节缸空腔的容积为c，在液压缸活塞杆运动的一个周期内，调节装置内的活塞也运动了一个周期，此时，由于调浆装置的存在使右侧注浆缸的排浆量在液压缸活塞杆运动一个周期的时间内排浆量减少2 (c-b)， 所以两个注浆缸的排浆量比为a:[a-2(c-b)]。

因而，此液压双液注浆泵无级调节的双液配比在1∶1 和a∶[a-2(c-b)]之间。

6　结论

本液压双液注浆泵从液压系统着手，通过对注浆缸和调浆装置的设计，使带有调浆装置的双液注浆泵在实际工作时能够实现双液的多种配比，而且浆液比例调整方便。与传统双液注浆泵相比，不但液压系统简单，而且使实际注浆的两种浆液有多种配比，很好地满足实际工程需要，适应了市场的发展要求。

参考文献：

[1]刘建茂,徐涛,康和勇,等.“双液注浆法”在基坑堵漏中的应用研究[J].地质找矿论丛,2008,(1):82-87.

[2]蔡璇.高岭土自动配浆及选矿厂设备监控系统的设计[J].机电技术,2011,(1):91-93.

[3]张利平,刘青社.现代液压机研发中的液压系统设计[J].锻压机械,2002,(6):7-8,1.

[4]李静明,邓海顺.液压缸结构及设计[J].煤矿机械,2009,(9):52-54.

[5]郭彦青,付永领,祁晓野,等.电磁换向阀综合性能试验台研究[J].液压与气动,2014,(6):29-33,38.

[6]姚新港,蔡敏,徐桂连.系列颗粒浆液泵吸排浆球阀的设计[J].流体机械,2003,(4):15-17.

[7]刘忠,廖亦凡,黄秀祥,等.液压冲击机械的无级调节理论及装置研究[J].中国公路学报,2006,(2):121-126.