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1、乳化液泵分析报告1 绪近年来，国产的综采设备，从产品质量、设备性能、测试手段等方面逐年提 高。但另一方面，由于材料、设计、工艺以及管理等原因，我国在综采技术发展， 质量稳定性，设备的维护使用，科学管理等方面与煤炭发达国家相比存在较大差 距，这些因素都制约了煤炭企业效益的提高。然而制约我国综采设备性能的一个 很重要指标是乳化液泵的发展。随着煤矿综合机械化采煤技术的发展，要求矿用乳化液泵的流量不断增大。 到目前为止， 平顶山巨鹰科技有限公司已先后自行开发研制 BRW80/20 、BRW125/31.5、BRW160/31.5、BRW200/31.5D、BRW315/31.5D、BRW400/31.
2、5D 等型乳化液泵。乳化液泵主要是依靠增加柱塞直径的方法来增大泵的流量，这就使得整体阀体零件的结构尺寸越来越大，结构笨重，缺陷问题越来越突出。2 乳化液泵简介2.1 乳化液泵的一般结构(一)乳化液泵的结构形式乳化液泵一般均为三柱塞或五柱塞并列卧式径向柱塞泵。它主要由箱体、曲轴、连杆、滑块、柱塞、泵头等零部件组成。泵头装有三组或五组吸、排液阀。泵头与箱体之间有三组或五组密封填料组件，用来保持柱塞缸体内部的密封性，柱塞后端通过滑块与传动装置连接，滑块13用来为柱塞导向。(二)传动装置乳化液泵的传动装置一般有两种结构形式。1. 一级圆柱齿轮(直齿或斜齿)传动及曲轴连杆滑块机构。2. 蜗轮蜗杆及曲轴连
3、杆滑块机构。一般情况下将主动轴置于曲轴上方或靠近泵头侧。这样可以缩短箱体的长度， 使结构紧凑。传动装置还可以采用两级齿轮传动，这样不仅可以降低每对齿轮的 负荷，而且曲轴承受扭矩也比较均匀，但是结构复杂。图 2-1 RB315/31.5 型乳化液泵三维参数化实体模型2.2 乳化液泵的工作原理乳化液泵一般都采用往复式柱塞结构，工作原理如图 2-2 所示。电机驱动曲轴 1 做旋转运动，连杆 2 铰接在曲轴上把曲轴 1 的旋转运动转化为柱塞 5 的直线往复运动。当柱塞 5 向左运动时，缸体 6 内形成真空，乳化液箱内的乳化液在大气压的作用下，经过吸液管路把单向进液阀 8 顶开，此时单向排液阀 7 在排
4、液管路内的液压作用下关闭，乳化液被吸入缸体中，迅速充满柱塞 5 让出的空间。当柱塞 5 向右运动时，柱塞 5 挤压乳化液把排液阀 7 顶开，由于工作压力远远大于大气压力，此时吸液阀8 关闭，乳化液被出通过排液管道送到工作面。由于柱塞5 的往复运动，乳化液泵周而复始充分上述过程。由上述分析可知，乳化液泵吸液的同时不可能排液。所以单个柱塞的乳化液泵的流量很不平稳，导致液体压力脉动很大。为了使流量比较稳定，一般把乳化液泵设计成多柱塞泵以减小流量波动的幅值。图 2-2 乳化液泵工作原理图3 国内外乳化液泵站的现状及发展趋势国内外矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，是保证综采
5、工作面安全可靠运行的重要动力单元。近三十年来，国内的乳化液泵站的设计和制造技术取得了巨大的进步，主要技术参数得到了很大的提高。同时国内的大型煤矿也引进了众多厂家的乳化液泵站系统，使得我们对于国外的乳化液泵站技术有了较为全面的了解。国外厂家采用新材料、新工艺制造乳化液泵的关键部件，延长了整机的大修周期，提高了使用寿命。泵站采用电子监控手段实现了多泵成组自动化运行，提高了泵站系统的可靠性。这些新的思路对于我们开发研制高质量的矿用乳化液泵站具有很好的启示和借鉴作用。3.1 国内乳化液泵的现状国内矿用乳化液泵站由两台泵或三台泵组成。采用一台使用一台备用或两台使用一台备用的模式运行，通过手动操作隔爆电磁
6、启动器完成乳化液泵的开停。乳化液泵上安装有安全阀和液控的机械卸载阀，根据工作面对乳化液的需要实现乳化液泵压力的自动调整。根据泵的流量大小配置一台或两台乳化液箱。液箱上安装有高压过滤器、交替阀和蓄能器，以完成两台乳化液泵高压液体的过滤和供液回路的自动切换。通过使用浮球阀控制进水管的通断，并利用文丘里管的射吸原理来完成乳化油和水的自动混台。图 3-1 平顶山煤机厂BRW400 乳化液泵国内乳化液泵的生产单位厂家以无锡煤机，南京六合。浙江中煤等几家为代 表，产品结构大同小异。目前的流量系列有80、125、160、200、250、315、400、450、500、550 等。流量乳化液泵大多采用卧式五柱
7、塞结构。由无锡煤矿机械厂研制的 LRB400/31.5 型乳化液泵站工业性试验成功，并获得煤矿安全标志准用证。该泵站设计先进、结构紧凑，具有流量大、工作平稳可靠、故障少、操作简单、移架速度快等优点。该泵润滑系统采用飞溅与强迫润滑相结合，适应井下工况环境。由河北省邯郸市峰峰矿务局机械总厂研制的 RMB200/31.5 系列乳化液泵是在吸收国内同类产品优点的基础上设计的。产品采用卧式二柱塞往复式泵，整机匹 配具有强度和钢性以及良好的耐磨性、耐腐蚀性、密封性及使用寿命长等优点， 泵的传动部分采用了新技术、新工艺，整机系统噪音低、效率高、温升低、维修 方便，达到国内先进水平。南京六合煤矿机械有限责任公
8、司自行设计制造的 BRW500/31.5 型乳化液泵站是国内目前流量最大的乳化液泵。下面以使用较广泛的 400 泵为例，介绍国产乳化液泵的主要特点。该型泵额定压力 315MPa，额定流量 400 升分，卧式三柱塞结构。总体上可分为动力端和液力端两大部分。动力端部分主要由箱体、曲轴、连杆滑块和减速齿轮箱等组 成。箱体采用高强度铸铁整体箱型结构，箱内存有润滑油对运动部件实现飞溅润 滑。曲轴采用两端支承方式。液力端主要由柱塞、缸套组件和泵头组件等组成。 采用分体式泵头，泵头体为整体钢锻件，内有吸液阀、排液阀和排液孔，排液管 将各泵头排液孔汇流孔连接起来。排液管一侧装有安全阀，另一侧装有卸载阀。 大功
9、率的乳化液泵设有水冷的强制压力润滑系统，主要用来润滑曲轴连杆的滑动 轴承。有一些大流量的泵自吸能力差，在泵的进液端还配有皮带驱动的增压泵以 防止吸液腔产生的气蚀。3.2 国外乳化液泵站的现状国外的的矿用乳化液泵站一般由四台泵成，三台使用一台备用。配备完善的电控系统可根据工作面的需要可实现一台泵到三台泵同时供液，满足综采工作面对乳化液流量大范围变化的需求，增加了整个系统的工作可靠性。根据单泵流量大小配置一台或两台乳化液箱。装有过滤器和蓄能器的供回液小车完成对液体的过滤和稳压。电控系统为集散式控制，可实现自动和手动两种模式运行。一台总控箱负责完成对整套泵站的监控和参数设定，并向地面远程通讯；乳化液
10、泵和乳化液箱各有一台分控箱负责监控本台设备并将本地参数传送到总控箱。整套电控系统的功能有：乳化液泵润滑油位、油温、油压的检测保护；电磁卸载阀的自动控制；乳化液箱自动补液、配比和乳化油箱的油位保护；每台控制箱都可显示系统参数。国内大型煤矿进口的乳化液泵主要来自英国雷波、德国卡马特和豪辛柯三家公司，这些产品他们代表了世界上矿用乳化液泵设计制造的水平和发展方向。进口 乳化液泵全部采用卧式三柱塞结构。由于设计理念的不同，他们的设计重点从提 高产品的安全性，可靠性人手，尽量采用先进的电子技术为泵站提供种类齐全的 监控保护功能，进少了人为的误操作，为高产高效综采机械化工作面中央集中控 制打下了基础。图 3
11、-2 澳大利亚长壁回采工作面的豪辛柯高压泵站下面介绍国内引进量较大的英国雷波公司 S300 型乳化液泵的结构特征。该泵额定压力 37.5MPa，额定流量315 升/分，卧式三柱塞结构。传动箱体为分箱结构，便于曲轴的安装调整并易于实现多点支承。曲轴由两支承支撑变为四支承，增加 了曲轴的刚性，提高曲轴的工作稳定性。采用了多点润滑回路环路,改善了传动部 件的工作条件。泵头组件由泵头体、缸套、吸排液阀等元件组成。泵头体为整体 锻件，强度高，内部密封圈少，维修方便。缸套内使用多个小弹簧压紧盘根密封， 压紧力均衡，密封可靠，寿命长。柱塞采用陶瓷材料，密度较小并且耐磨、防锈、 有效延长了使用寿命。润滑油的冷
12、却采用强制风冷和水冷方式，冷却效果良好， 满载平衡温度不高于 5O。通过联轴器上的风扇和机座壳体的作用，形成离心风 机，实现强制风冷；同时设置独立的冷却器对压力润滑油进行冷却。乳化液泵的 卸载采用电控外卸载方式，由控制系统根据设定压力自动控制卸载和加载。监控 系统设有压力、温度、液位等传感器，实时监控泵站系统的运行状态并在参数异 常时自动停机。图 3-3 EHP 一 3K 300 S 系列 400ml/mp 乳化液泵模型3.3 国内乳化液泵站的发展趋势国产矿用乳化液泵站的发展趋势是在基本保持两泵一箱配置的基础上，通过增大单台乳化液泵的流量来提高泵站系统的流量。近年来有部分厂家和高校在研制泵站的
13、保护系统，取得了一些技术成果，但功能还很不完善，目前都还没有推广应用。在新材料的使用上，国内已有厂家在尝试使用陶瓷材料制造柱塞。在吸排液阀的结构型式上，也有厂家采用平面密封的片式阀结构。3.4 国外乳化液泵站的发展趋势国外矿用乳化液泵站的发展思路是通过增加乳化液泵的数量来满足矿井对泵 站流量的要求，即三台或四台乳化液泵与一台或两台液箱配套使用，最大可由三 台乳化液泵同时向工作面供液。目前国内引进的乳化液单泵最大流量为 430 升/分， 供给综采工作面的最大流量可达到为 1290 升/分，足以满足大部分长断面大采高综采面的需求。通过电控系统来实现矿用乳化液泵站系统的自动有序运行，提高 了系统的灵
14、活性和可靠性。主要的发展趋势是：采用吸排液阀同侧布置，提高乳 化液泵的可维护性；大量使用不锈钢和陶瓷材料，提高整机的可靠性和使用寿命； 使用更多的传感器，完善系统的监控，从而提高了设备的自动化程度；采用带有 图形界面的显示器，更加直观方便，提供了更加友好的人机交互环境。3.5 国内外乳化液泵站的主要参数对比分析为了便于对比国内外矿用乳化液泵站的主要差别，以流量为315 升/分的机型为例，表 1 中列出了国内外主要型号乳化液泵的参数，表 2 列出了国内外矿用乳化液泵站的主要特征。型号额定压力材料柱塞行程柱 塞直 径柱 塞数 目曲 轴转 速输 入功 率生产厂家S30037.5陶瓷606236022
15、25英国雷波K25O5O33.5陶瓷100553450200德国卡马特EH 一 3K20035.7钢98533490200德国豪辛柯PRB931.5钢76485498200平顶山煤机厂GRB3l5/31.531.5钢66455650200无锡煤机厂BRW315/3l.531.5钢60505532200南京六合煤机表 1 国内外乳化液泵参数从表 1 中可以看出，国外乳化液泵全部采用三柱塞结构，额定压力较高，普遍采用了陶瓷材料制造柱塞；而国产乳化液泵全部采用了五柱塞结构，柱塞材料 以钢为基础，经过表面处理制造而成，反应出了国内外在材料和加工工艺方面的差别。型 号泵站型式电子监控卸载方式大修周期生产
16、厂家S300四泵一箱有机电卸载3 年英国雷波K25050四泵一箱有机电卸载3 年德国卡玛特EHP-3K200四泵一箱有机械卸载3 年德国豪辛柯PRB9两泵一箱无机械卸载2 年平顶山煤机厂GRB315/31.5两泵一箱无机械卸载2 年无锡煤机厂BRW3l5/31.5两泵一箱无机械卸载2 年南京六合煤机表 2 国内外矿用乳化液泵站特征表 2 中显示了国内外乳化液泵泵站组成及控制方式的不同。得益于电子控制方式的应用，选用相同流量的单泵，国外的泵站可以提供更大的流量，能更好的 兼顾工作面的流量需求和泵站的可靠性要求。4 浅析巨鹰公司乳化液泵的发展隶属平顶山煤矿机械有限责任公司的巨鹰科技，有着悠久的历史
17、和多年的乳化液泵设计生产经验。目前主导产品有 BRW 型系列化乳化液泵站、BPW 型系列化喷雾泵站等十几种产品。但是相对于国内外同行业而言，还存在一定的差距，其 主要表现在：一、产品结构单一，核心技术含量少； 二、体积较大，结构较笨重；三、可靠性差，故障率较高；根据实际调查，我公司的乳化液泵最主要的质量问题在于零部件加工精度低、配合间隙过大以及材料、工艺等原因造成的漏液。产品质量水平的高低取决于设 计和加工，在承认差距的前提下，我们应该充分利用后发优势，从高起点入手。 笔者认为，缩短与同行之间制造水上的差距，应该走消化吸收先进技术与自主研 发相结合的道路。（一） 消化吸收先进技术方面对于国外先
18、进设备，可以通过在使用现场跟踪使用情况，维修现场了解维护情况，收集有用的资料。特别是利用维修机会对乳化液泵的关键元部件，如曲轴， 滑块，柱塞，吸排液阀等进行材料分析，尺寸测绘，逐步实现国产化。利用国内引进先进设备的良好机遇，对国外的先进产品进行消化吸收，缩短差距。在关键元部件试验成功后，就可以比较容易地完成整机的国产化。在此基础上结合煤矿实际使用要求，设计出具有自己特色的先进矿用乳化液泵站系统。总之充分利用国外的先进理念和研究成果，结合我公司的制造工艺水平，开发出满足高产高效综采工作面使用的泵站系统，实现替代进口产品的目标。（二） 自主研发方面我国地质条件复杂，决定了液压支架结构不同，种类多、
19、工作特性不同。因此乳化液泵的结构，也不应当单一的发展曲轴连杆滑块传动的三柱塞或五柱塞卧式结构形式，应研制和发展适合各种类型液压支架工作特点的径向或其它结构型式的，重量轻、体积小的定量或变量乳化液泵，使结构设计有更大的突破，进一步适应液压支架发展的需要。例如可以将曲轴的曲柄与从动齿轮制成一起，也就 是将曲柄扩大为圆柱齿轮(例如捷克的 HA-60/200 型乳化液泵)这种结构不仅非常紧凑，还可以减少曲轴的静不平衡量，有利曲轴静、动平衡。在吸收消化先进成果的基础上，对结构设计和加工工艺方面有所创新和提高 的同时，也对一些重要零件也要不断的研究和改进。例如：柱塞的研究，从一开 始采用 45 钢高频淬火，后来改为 45 钢镀硬铬，再改为 38CrMoA1 经辉光离子氮化柱塞一直到现在的 45 钢表面热喷镀镍基合金柱塞。实际上乳化液泵站的主要组成部份的自动卸载阀、安全阀、高压过滤器等，也要进行不断研究改进，才能保证 泵站整体质量的提升。也可以利用近几年来国内矿用电气发展的成果，借助于国内煤矿快速发展的需求，结合我国实际国情，自主开发国产高性能矿用乳化液泵站的思路也是不错的选择。电控系统的设计要坚持高起点、多功能、高可靠性的原则，尽量选用成熟可靠的元器件，先满足功能上的要求，再进行优化设计。矿用乳化液泵站只有实现自动化监控，才能大幅提高产品的可靠性和附加值。