乳化液泵站RMI与KAMAT比较分析.pdf

第45卷 第3期 2019年3月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 45 No. 3 Mar. 2019 文章编号671-251X201903-0041 04 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018100041 乳 化 液 泵 站 4M I与K A M A T比较分析 叶健 北京天地玛珂电液控制系统有限公司， 北 京 100013 扫码移动阅读 摘要介绍了目前国内市场占有率较高的K A M A T泵 站 和 RM I泵站的整体结构，从减速系统、液力系 统、 润滑系统、 保护系统、 控制系统等方面对其关键技术进行了全面的比较和分析， 总结了各自的优缺点， 并 指出各自的改进方向 对 于 K A M A T泵站， 应提升齿轮轴的加工工艺和质量， 改进液力系统结构； 对 于 RMI 泵站， 应加强减速系统曲轴强度， 改进液力系统部分的高压密封模块设计和吸排液阀芯阀座的布置方式。 关键词 乳化液泵站； RMI; KAM AT; 减速系统；液力系统；润滑系统； 保护系统； 控制系统 中图分类号 TD355.4 文献标志码A 网络出版地址 Fttp //kns. cnki. net/kcms/detail/32. 1627. tp. 20190226. 1602. 003. html Comparative analysis of emulsion pump stations of RMI and KAMAT YE Jian Beijing Tiandi Marco Electro Hydraulic Control System Co. Ltd. , Beijing 100013, China Abstract Overall structure of KAMATpump station andRMI pump stationwhich have high domestic market share were introduced. Key technologies in terms of deceleration system, hydraulic system, lubrication system, protection system and control system were comprehensively compared and analyzed. Their respective advantages and disadvantages were summarized, and their improvement directions were pointed out for KAMAT pump station, processing technology and quality of gear shaft, as well as hydraulic system structure should be improved; for RMI pump station, crankshaft strength of deceleration system should be strengthened, and high-pressure seal module design of hydraulic system and arrangement of suction and discharge valve plug seat should be improved. Key words emulsion pump station； RMI; KAM AT; deceleration system； hydraulic system； lubrication system； protection system； control system 〇 引言 高压大流量乳化液泵站为大采高工作面液压支 架的液压动力源， 是整个综采工作面液压系统的核 心 ， 其 稳定可靠性成为影响煤矿 的关键因素[12]。目前国内许多年 级 的大型矿井都配套选用高压大 液 ， 选 用的 主 要 为 国 外 进 口 的 R M I和 KAMAT-4]。这 2 种泵站运行效果稳定可靠， 但也 存在各自的缺陷。与进口 比， 国内 的技 术水不及成 存在一定差距-]。基于此， 本文 体 结 构 、 关 键 技 术 、 优势和劣势等方面介绍 RMI 和 KAMAT ， 并进行对比分析总结， 以期对国内高端 的自主研发与改进 丨 借 鉴和指导作用。 收稿日期2018-10-19 ;修回日期 2019-01-26 ;责任编辑 胡娴。 基金项目 中 国 煤 炭 科 工 集 团 科 技 创 新 创 业 资 金 专 项 青 年 基 金 项 目 （ 2018QN0 2 6 中 国 煤 炭 科 工 集 团 科 技 创 新 创 业 资 金 专 项 面 上 项 目 2018MS027。 作者筒介 叶 健 （ 1987-，男 ， 湖北荆州人，助理研究员， 硕 士 ， 现主要从事流体机械、 往复柱塞泵研发工作，E-mail yeiaii tdmarco. com。 引用格式 叶健.乳化液泵站RM I与 K A M A T 比 较 分 析 工 矿 自 动 化 ， 2019， 453 41-44. YE Jian. Comparative analysis of emulsion pump stations of RMI and KAM AT[J]. Industry and Mine Automation, 2019 45 3 41-449 42 工 矿 自 动 化2 0 1 9 年 第 4 5 卷 1整体结构 1.1 RM I泵站整体结构 RM I泵站主要由防爆电动机、 控制系统、 底架、 联轴器、 联结罩、 卧式柱塞泵等组成， 以三柱塞为例 的 RMI泵站整体结构如图1 所示。水平方向， 电动 机和卧式柱塞泵通过止口法兰联结， 分别固定于联 结罩的左右两侧； 竖直方向， 联结罩固定于底架上， 由底架上的固定螺栓支撑， 联轴器内置于联结罩内。 泵站正常运行时， 防爆电动机经联轴器带动柱塞泵， 经一级齿轮减速后， 带动曲轴旋转， 并同时使曲轴上 的连杆带动柱塞作往复运动。在此过程中， 乳化液 介质通过柱塞泵内的单向阀形成吸液和排液， 机械 能转化成液压能， 高压液通过液压管路输送到工 作面。 4 1 RM I泵站整体结构 Fig. 1 Overall structure of RMI pump station RMI泵站整体以轴向悬臂梁结构联结为主， 竖 直支撑为辅； 电动机带动联结罩中的联轴器高速旋 转 ， 产生一定的轴向风冷， 有利于泵站的可靠运行； 其结构紧凑， 不易拆卸， 因此要求其有极高的可靠 性 ， 否则， 在煤矿井底实际生产中极难拆卸维护。 1.2 K A M A T泵站整体结构 K AM A T 泵站主要由防爆电动机、 控制系统、 底架、 联轴器、 卧式柱塞泵等组成， 以三柱塞为例的 K AM AT泵站整体结构如图2 所示。电动机和卧 式柱塞泵的安装固定方式不同于RM I泵站， 其主要 通过地脚联结固定在底架上。联轴器采用可拆卸的 梅花型联轴器， 整体易拆卸维护， 但联轴器旋转不能 产生有效的轴向风冷。K A M A T泵站驱动运转原 理 与 RM I泵站一致， 均采用曲柄连杆滑块机构， 使 机械 成液压 。 图2 K AM AT泵站整体结构 Fig. 2 Overall structure of KAMAT pump station 2关键技术分析 2.1 减速系统 RM I泵站减速系统采用单侧斜齿副传动， 曲轴 用轴承全支撑结构设计;而K AM AT泵站传动结构 为对称的双侧斜齿轮副， 曲轴仍用固定轴承支撑， 但 依据柱塞数量而定， 比如K AM AT三柱塞泵系列的 K350和 K160采用两点支撑方式， 而五柱塞泵系列 的 K500则采用四点支撑方式[6]。这 2 种减速方式 决定了不同的设计参数和结构。 单侧斜齿传动方式输入轴短小， 需要单独配置 固定的齿轮箱体， 增加了整机的零部件数量， 不利于 井下维护； 同时斜齿轮副接触面积增大， 使负载降 低 ， 但易造成各轴承、 曲拐受扭转力不均， 从而导致 断裂问题[7.相应的曲轴采用小偏心距设计， 使柱塞 滑块行程变短， 对输入轴、 滑块、 连杆等关键传动零 部件的加工工艺和制造精度的要求降低。 KAMAT 系 的 侧 传动结 构使曲轴各个曲拐、 轴承处的扭矩受力均勻， 仅配置 一件曲轴箱即可， 结构简单;但此结构在同等流量压 力设计条件下， 输入轴大， 跨距整个箱体， 曲轴需设 计大偏心距， 使柱塞滑块行程变长， 因此， KAMAT 泵站减速系统的核心零部件如减速箱、 输入轴、 曲 轴 、 连杆、 滑块等必须采用优质的材料、 优良的加工 和装配工艺。同等流量压力等级下2 种泵站的设计 参数见表1。 表1 2种泵站的设计参数比较 Table 1 Compari s on of de s ign parameter s of two kinds of pump station 中低流量/压力等级大流量/压力等级 参数 400 L/min， 37. 5 MPa 630 L/min， 37. 5MPa RM IKAMATRM IKAMAT 柱塞数量/根3355 柱塞行程/m m 60 140 70120 柱塞直径/m m 70556055 曲轴转速/ “ m in 1 653438657 449 滑块长度/m m215 337233313 输入轴长度/m m328 808357 1 140 2.2 液力系统 KAMAT 和 RMI 液 系 均 头 、 柱塞组件、 高压密封组件、 卸载阀等主要部件构 成 ， 下面依次分析比较。 1泵头结构。K AM AT泵站的泵头的吸液腔 与排液腔呈水平阶梯分布结构， 吸排液阀轴线平行 2 0 1 9 年 第 3 期叶 健 乳 化 液 泵 站 R M I 与 K A M A T 比 较 分 析 3 布置； 过流区域结构简单， 以避免截面形状的变化造 成气蚀等问题， 过流性能优越， 阻力损失较小； 整体 结构比RM I泵头大， 吸排液阀芯阀座运用大通径的 平面硬密封结构设计， 能满足吸排液时有充分的过 液量， 使吸排液弹簧受力小； 同时阀芯阀座、 弹簧零 部件均具有互换性， 便于井下拆装更换。该结构的 不足之处在于密封面之间液流冲击惯性大， 易造成 内部泄漏， 使容积效率降低， 加速阀芯阀座导向配合 段的磨损。 RMI泵站泵头的吸液腔与排液腔呈同一轴线 竖直分布， 吸液与排液的阀芯、 阀座采用直通式锥面 密封结构。其特点是密封性能好、 容积效率高、 结构 紧凑， 吸液与排液弹簧削弱了阀芯运动惯性力， 减小 了液流冲击和回流损失， 延长了使用寿命。RM I泵 吸液与排液的阀芯、 阀座、 弹簧结构不同， 不具备互 换性， 其弹簧在回流冲击力和阀芯自重力的作用下 频繁动作， 极易断裂。易损件在井下维护时， 难以拆 卸更换。 2柱塞组件和高压密封组件。K AM AT泵站 与 RM I泵站的柱塞组件均为分体式柱塞， 由金属螺 纹联结杆和陶瓷材质的柱塞套组成， 与模块化设计 的高压密封组件配合形成往复运动的高压密封副， 均具有高抗耐磨性、 自润滑、 高可靠性密封等优点。 但两者所配套的液力系统结构不同， RM I泵站通过 固定法兰上的4 条螺栓预紧力和可调整轴向压力弹 簧的盘根密封设计， 密封性能更优越， 使用寿命也大 大增加； K AM AT泵站的高压密封副完全靠8 条螺 栓预紧， 密封副配合有较大偏差时， 高压液极易泄漏 或因预压过紧使柱塞磨损。在 实 际 拆 卸 维 护 时 ， K AM AT泵 站 比 RM I泵站更易操作， 且从密封副 承受高压液压力安全系数比较， K AM AT泵 站 8 条 螺栓的安全性高于RMI泵站的4 条螺栓。 “ 电磁卸荷阀。K A M A T泵 站 和 RM I泵站 电磁卸荷阀基本原理相同， 结构存在一定差异。电 磁卸荷阀为二位三通阀， 功能实现部分主要由主单 向阀、 先导式机械阀、 电磁先导阀构成， 由电磁先导 阀或先导式机械阀来控制主单向阀动作， 实现泵站 的增压和卸载[8]。在控制方式上， 均采用双控方式， 即以电磁先导阀控制为主、 机械方式作为电磁失效 时的替补型压力控制方式， 使泵站系统运行更加稳 定可 。 2.3 润滑系统 K AM AT泵站润滑系统利用自身减速系统双 侧对称布置斜齿的特征， 采取飞溅润滑为主、 强制润 滑为辅的润滑方式， 而 RM I泵站完全以强制润滑为 主。在曲轴与轴瓦、 连杆与轴瓦、 连杆轴承套与销轴 之间两者均采用强制润滑， 有利于形成润滑油膜， 提 高承载能力。在十字头滑块与箱体滑道孔运动副中 两者却完全不一样， K AM AT泵站利用曲轴旋转带 动齿轮使润滑油飞溅人滑道进行润滑， 此种方式只 需保证箱体内的润滑油没过齿轮根部即可； 而 RMI 泵站则完全依靠外置油路强迫润滑， 此润滑系统稳 定可靠的前提是必须要有优质的齿轮泵提供稳定的 油压， 否 则 其 减 速 系 统 必 然 会 受 到 损 坏 。另夕卜， K AM AT齿轮泵与输人轴直联， 其转速与电动机转 速相同， 油压不会受电动机变频调速影响； RM I泵 站由于齿轮泵与曲轴直联， 经一级减速后其转速低 于电动机转速， 在用变频电动机调速时， 润滑油压不 再满足强制润滑的油压要求， 需要重新设计润滑 系。 2.4 保护系统 K AM AT泵站和RM I泵站均采用高精端传感 器对减速系统润滑油在线状态进行监测， 以实现泵 站故障诊断， 确保泵站可靠运行。K AM AT泵站润 滑油温、 油压均采用数字传感器， 油温保护临界值为 定值， 油压保护临界值由传感器自身设置， 未配置油 位传感器， 无法实现在线数据信息的采集。RM I泵 站润滑油压、 油温、 油位保护开关均采用模拟传感 器 ， 保护参数可现场实时设置， 数据信息实现在线采 集 ， 可视化程度高， 保护系统更可靠-10]。 2.5 控制系统 RMI KAMAT 制系 均采用集 中分布式控制方式， 根据工作面的压力信号和液压 支架移动信号对泵站系统进行控制和监测， 均可以 远程和就地启动， 主站和从站都有急停闭锁功能。 从 控 制 系 统 模 块 上 比 较 ， K A M A T 泵站采用 2 条控制总线分别负责单控， 主站采用IPC工控机， 各从站控制模块对主站依赖性高， 当 IP C 出现问题 ， 机 系 无 。 RMI 采 用 CANBUS总线连接通信， 从站控制模块依赖性低， 主 出 障 ， 影响 ， 且主 均 能实时在线显示运行参数。另外， RM I泵站各控制 模块的散线连接方式易虚接， K AM AT泵站采用直 插插头接线， 线路布置整齐美观， 虚接故障低[1112]。 3 改进方向 通过分析2 种进口泵站技术特点， 在 明 确 2 种 泵站优缺点的前提下， 结合实际运行过程中所出现 的故障， 提 出 2 种泵站的改进方向 “ K AM AT泵站。减速系统输人轴发生扭断 情况较多， 可从提升齿轮轴的加工工艺和质量方向 来考虑； 吸排液阀芯阀座损坏及高压密封失效故障 44 工 矿 自 动 化2 0 1 9 年 第 4 5 卷 较高，主要失效模式是阀座破裂、阀芯导向杆断裂， 高压密封漏液， 可借鉴RM I泵站液力系统结构进行 结构改进。 2 RMI泵站。减速系统曲轴强度有待加强， 容易在第一曲拐处出现断轴故障； 液力系统部分的 高压密封模块设计和吸排液阀芯阀座的布置方式不 利于井下更换， 有待改进。 4结语 选取国内市场占有率较高的K A M A T泵站和 RM I泵站， 对其整体结构和关键技术进行了全面的 比较和分析，总结各自优缺点，并结合两者的优势， 指出其改进方向， 对国产泵站的改造与研发有着一 定借鉴意义。 参 考 文 献 （ References [ 1]王金华， 黄乐亭 ， 李首滨 ， 等.综采工作面智能化技术 与 装 备 的 发 展[ J ] .煤 炭 学 报 ，2014, 39 8 1418-1423. 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