基于“高压力、大排量”新型乳化液泵卸载阀的卸载方式及结构分析

马辉

（六安职业技术学院 汽车与机电工程学院，安徽 六安237158）

1 概述

矿用乳化液泵站为综采工作面的液压支架等设备输送动力，矿用乳化液泵流量已从过去的80 L/ min、125 L/ min 发展至当今的450 L/ min、500 L/ min[1]，矿用卸载阀正朝着高压力、大排量的方向发展。卸载阀对泵站液压系统起保护作用，是一种重要的压力控制装置。 其功能主要是在乳化液泵连续运转的情况下，为液压支架等综合采矿设备提供高压乳化液，并可及时卸载。保持供液压力始终在控制的范围内，以满足煤矿综采作业面上间歇使用乳化液的需求。其性能的好坏直接影响着泵站系统的压力、流量等重要性能指标，决定泵站工作性能、采煤效率和生产安全。 在现有乳化液泵站卸载阀的基础上，基于“高压力、大排量”的工况特点，对新型矿用大排量乳化液泵卸载阀开展研究，具有较好的实用和经济价值。

2 矿用乳化液泵站的组成

国内外乳化液泵站运行模式有所不同。国外一般采用“多泵一箱或两箱”方式运行，国内以“两泵一箱”模式运行较为常见，即采用两台乳液泵和一个乳液箱的配置形式。其中一个泵站工作，另一个保留备用。乳化液泵站通常由电动机、乳化液泵和卸载阀等零部件组装而成，如图1 所示。

图1 矿用乳化液泵站的组成

3 新型乳化液泵卸载阀的卸载方式及结构分析

3.1 卸载阀的卸载方式

目前，矿用乳化液泵站卸载阀的结构多种多样，但是究其卸载形式常见的有两种方式：外卸载和内卸载。流量不同的国产乳化液泵站系统中两种卸载方式都有选用，本文所研究的新型矿用大排量乳化液泵卸载阀采用的是外卸载方式，如图2 所示。外卸载方式被广泛运用，当前国内外卸载阀采用该种形式卸载主要有两种结构[2]。一种是70 年代初从西德引进的，另一种是90 年代从英国引进的，我国当前广泛采用从西德引进的结构。所谓外卸载方式就是在泵站的出液口设置卸载阀以实现卸载回流。卸载阀进液口P 连接乳化液泵出口，出液口A 连接综采作业面上液压支架等执行设备，回液口T 连接乳化液箱。卸载阀的启闭受液压系统的工作压力控制，当工作压力低于卸载阀调定值时，主阀处于关闭状态，泵通过单向阀向系统供给高压乳化液；反之，卸载阀打开，乳化液返回油箱，泵卸载。同时系统由蓄能器进行保压。乳化液泵无负载运转，节能省电，并提高了泵的使用时间。

图2 新型卸载阀外卸载方式示意图

3.2 卸载阀的结构分析

矿用大排量乳化液泵卸载阀的结构多种多样，为满足“大排量”的工况需求，该型卸载阀采用单向阀和主阀设置成两组并联形式，同时还有一个先导控制阀、多个阻尼器和专用过滤器，如图3 所示。卸载阀集成三大阀功能为一体，具有卸载、溢流和单向液控的外卸载的复合功能。提高了卸载阀供液量或排量，保证流体正常流通，工作稳定性好，设备可靠性高。

图3 自动卸载阀结构简图

基于“高压力”的工况特点，该型卸载阀采用碟形弹簧适当预紧并合理设计以满足使用需求。碟形弹簧呈浅圆锥状形状，特别适合在狭小空间、负载大的场合使用。具有行程短，负载大，减震能力强，组合使用便捷，更换维修容易，经济安全性高等优点。矿用大排量乳化液泵卸载阀中先导阀碟形弹簧的设计是十分重要的，设计思路具体如下。（1）碟形弹簧受力分析。碟簧承载时受力情况非常复杂，在做力学分析时常作如下假设[3]，如图4所示：a.碟形弹簧承载后，受力截面（A-A 截面）不产生扭曲，即扭曲变形忽略不计。b.忽略径向力的影响。c.碟形弹簧所受的力被认为是均匀地分布在盘簧簧片的内周和外周的轴向上。

图4 碟形弹簧的力学分析

式中：f——碟形弹簧变形量，mm。

根据计算结果，当n<1 时，碟簧选用对合式；n>1，碟簧选用叠合式；如遇负载大变形大的则应选用复合式。

结束语

现代采煤生产正朝着大型化的方向发展，对液压支架等采煤工作面机械设备提出了越来越高的要求。乳化液泵站为其提供动力，卸载阀对泵站系统中压力起到控制调节作用。矿用卸载阀也正朝着“高压力、大排量”的方向发展，通过对矿用大排量乳化液泵卸载阀的卸载方式及其结构形式分析，对矿用大排量乳化液泵卸载阀的设计和研究具有一定的参考价值，以满足现代综采设备的工作需求。