乳化液泵容积效率的研究及核心件结构优化.pdf

中图分类号卫鲤 学科分类号堑鱼箜 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 乳化液泵容积效率的研究及核心件结构优化 作者姓名陈靓 专业名称扭越制造及自动丝 研究方向先进制造挂苤 导师姓名周蜇波教援 导师单位安徽理王太堂 答辩委员会主席扬玉麴 论文答辩日期2 0 1 5 年5 月3 1 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年5 月3 1 日 万方数据 T h eI 沁s e a r c ho fE m u l s i o nP u 妇叩V o l 啪e t r i cE f [ 1 c i e n c y a n dt h eS t r t u r a lO p t i m i z a t i I D l lo f I m p o r t 肌t P a r t s C a n d i d a t e C h e nL i a n g S u p e r v i s o r z h o u Z h e b o p r o f e s s o r M e c h a I l i c a lE n g i n e e r i n gD 印a r c m e n t An H l l iU n i V e r s 时o fS c i e n c ea I l dT e c l l I l o l o g ， N o ．1 6 8 ，S h u I l g e n gR 0 a d ，H u 如a J l ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C 阳N A 万方数据 删㈣川㈣㈣洲洲』 Y 2 6 9 6 7 5 3 独创性声明 ～～ 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 安徼垄王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名l 基氲日期世年』月垒日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徼堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名陈靓签字日期刀仫年占月手日 导师鲐钟牧 签字吼州年川日 万方数据 摘要 捅妻 矿用乳化液泵是综采工作面上支护设备的动力源，它将电动机的机械能转换 为乳化液的液压能，驱动液压支架完成快速移架、升架、降架等动作；它性能的 好坏对液压支架工作的可靠性和稳定性影响极大。容积效率是衡量乳化液泵性能 好坏的重要参数之一，国家煤炭行业对煤矿用乳化液泵的容积效率作了严格规定 M T 厂r 1 8 8 ．2 ．2 0 0 0 公称压力2 5 ～3 1 ．5h 伊a 的乳化液泵，其满载时容积效率不得 低于9 1 ％；公称压力越高，其容积效率要求越低。随着高产高效机械化综采面上 液压支架的发展，目前矿用的乳化液泵也不断推陈出新，尤其是乳化液泵的流量 和压力不断增大。因此，研究和提高乳化液泵的容积效率有极其重要的理论意义 和经济价值。 本文基于乳化液泵的工况和工作原理，分析了乳化液泵的结构特点及运动规 律，通过对乳化液泵流量的计算，推导出矿用乳化液泵容积效率的计算方法，为 迸一步研究乳化液泵的容积效率及其影响因素，找出提高容积效率的途径奠定了 理论基础。通过对影响乳化液泵容积效率因素的研究，结合实验验证，得出了系 统压力、曲轴转速与容积效率之间的变化规律。提出了“少曲拐，多柱塞”的设 计理念，针对具体实例加以验证，结果表明所提出的理论合理可行。提炼出吸、 排液阀滞后是造成容积损失的重要原因之～，为此本课题介绍了一种新型的吸排 液阀设计方法，能有效地避免吸排液阀滞后现象，为大排量、高压力矿用乳化液 泵的研究和设计提供一定的理论依据。 图3 6 表1 3 参5 5 关键词乳化液泵；容积效率流量；数学模型；优化设计 分类号T H 3 2 2 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 I I 万方数据 A - b s 仃a c t M i l l e - u e s de m u l s i o np 啪pi s 也ep o w e rs o u r c ef o rs u p p o r te q u i p m e n ti nn l l l y m e c h a l l j z e df 犯e ，t h em e c h a n i c a le n e r g yo ft h em o t o ri sc o n V e r t e di I l t o 血eh y d r a u l i c e n e r g yo fe m u l s i o np u m pb y 沁a r l dh y d r l l l i cs u p p o r ti Sm o V e dq u i c k l y ，s o 也e r e l i a b i l 畸锄d 蛐i l i 锣o fh y d r a l d i cs u p p o r ta r e 蚯b c t e dg r e a t l yb yi t Sp e r f ．0 n n a n c e ． V b l 啪e 伍ce 伍c i ∞c yi sr e g a r d e d 越a ni m p o r 眦i n 凼c 咖rt om e a S u r e 也ep e r f - o m a n c e o fe m l l l s i o np u I n p ，a n dN a t i o n a lM 砬S 仃yo fC o a lI I l d 唧h a saS 仃i c tr e g u l 撕0 1 1 s a b o u tv 0 1 u m e t r i ce 伍c i e I l c yo fe n m l s i o np 咖叩i fi t Sn o 蒯p r e s s u r ei sm o r et h a l l4 0 M p 如i t sv o l u m 嘶ce 位i e n c y 衄l s tn o tb el e s s 也a I l8 8 ％；也en o m i l l a lp r e s s u r ei s l l i 曲e r ，a n d 恤V o l 啪嘶ci s s r n a l l e r ．W t l lt 1 1 ed e v e l o p m e n to fh y d m u l i cs u p p o r ti I l m U ym e c 蜥z e df 犯e ，也em i r l e l l s e de m u l s i o np 眦n p a l s oc o n t i l l u e dt oe m e r g e ， e S p e c i a l l yt l l en o wa n dp r e s s u r eo fe m u l s i o np u m pi si n c r e a s i n gq 皿c l 1 y ．T h e r e f o r e ， r e s e 幽g a n di m p r o V i n gV o l u m 商ce 伍c i e Ⅱc yo fe m l l l S i o np u Ⅱ1 pi sV e 巧i I I 】岬r t a I l _ t ． B a S e do nt h ec o n d i 怕n sa n d 、Ⅳo r k i n gp r i n c i p l eo fe m u l s i o np u m p ，t 1 1 e 咖蛐 锄dm o v e m e n to fe m u l s i o np l l I I l pw e r ea I l a l y z e d ．B yc a l c l l l a t i l l gt h en o wo fe m l l l s i o n p u m p ，a n dc a l c u l a t i o nn l e t l l o do fV 0 1 l l I n e t r i ce Ⅱi c i e n c yo fe m u l s i o np u n 】pw a sd u d u c e d ． L a i dat h e o r e t i c a lf o u n d a 虹o nf o rf u n l l e rs t u d yv o l u m e t r i ce 伍c i e n c yo f 锄u l s i o np u m p a I l di t s 砌u e n c i n gf ．a c 【o r s ，t oi d e 瓶匆w a y st o 曲p r o V et l l ev o l u m e t r i ce 蚯c i e I l c y ．B y 锄a l y z i I 培i n n u e I l c i I 培f 破o r s o f V o l u m e 廿i c e 丘i c i e I l c y o fe m u l s i o np u m p ，a I l d c o m b i n e dw i t l le x p 豳e n t mV e r i f i c a d o n ，n l eV e r i a t i o nl a wo fs y s t e m p r e s s u r e ， 础s h 俎s p e e da n dV o l u m e t r i ce 伍c i e n c yw a L so b t a i n e d ．P r o p o s e dad e s i g nc o n c 印t f o r1 e s sc m n ka I l dm o r ep l m 增e r ．Ⅵl l i d a t e df o rs p e c i f i ce X a m p l e s ，a 1 1 d Ⅱl er e s u l t s s h o w c dm a tt h ep r o p o s e dt 1 1 e o r ri sr e a S o r l a b l ea n df e 笛i b l e ．C 0 1 1 s i d e r e dt l l el l y s t e r S i so f s u c t i o 坞d i s c h a r g eV a v l ei so n eo ft l l ei I n p o r t a Ⅱtc a u S e so fV 0 1 u m el o s s ，a n dad e s i 驴 m 甜l o do ft h en o v e ls 嘶o nd j s c h a 昭eV a V l ew 豁i n 仃o d u c e 吐t 1 1 eh y s t e r s i so fs u c t i o n d i s d 鹕eV a v l ew a L sa v o i d e de 任葩曲e l yb yi t ．B yS t u d y i n gm i st o p i c ，i tc a np r o V i d e 位 m e o I I e t i c a lb 嬲i sf o rt h ed e V e l o p m e n ta n dd e s i g no fl a 玛ed i S p l a c e n l e 】鸣1 1 i g hp r e s 姒r e e m l l l s i o np u m p ． I I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 F i 舒I r c 3 6t a b l e1 3r e f I e r e n c 圮5 5 K | e y W o r d s 涮s i o np Ⅷp ；V o l 啪确ce 伍c i e n c y ；n o w ；m 砒锄撕c a lm o d e l ； o p 缸a nd e s i g n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T H 3 2 2 I V 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s 仃a c t ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．ⅡI 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．1 课题来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 乳化液泵的发展概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1 国内乳化液泵的现状及发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 国外乳化液泵的现状及发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．3 国内外乳化液泵的主要参数对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 课题主要研究内容及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．4 ．1 课题主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 ．4 ．2 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 乳化液泵流量的理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．1 乳化液泵工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．2 乳化液泵的流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 ．1 乳化液泵的理论流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．2 ．2 乳化液泵的实际流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 ．3 乳化液泵的容积效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 乳化液泵的瞬时流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．1 柱塞运动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．3 ．2 乳化液泵的瞬时流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 ．3 流量脉动率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 2 ．3 ．4 吸、排液阀内液体的流动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 乳化液泵容积效率影响因素的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．1 建立乳化液泵容积效率的理论数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．2 影响乳化液泵容积效率因素⋯⋯⋯⋯⋯。．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．3 试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．乳化液泵、阀的结构优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．1 乳化液泵的结构改进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．2 对峙式乳化液泵的参数选择与确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 t 3 对峙式乳化液泵的有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．3 ．1 对峙式乳化液泵三维模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．3 ．2 曲轴连杆机构运动学和动力学仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．3 ．3 曲轴的应力应变分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．4 吸排液阀的改进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．5 试验验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．1 总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 1 5 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 万方数据 C o n t e n t s A b s I I i l c ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s 虹a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．Ⅲ P e r f 砬e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 哳o d u c l i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．1 T o p i cs o u r c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2R ．e s e a r c hb a c k g r o l l I l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．30 v e r v i e wo f 也ed e v e l o p I l l e I n to f e 州s i o np u m p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1D o m e s t i cs t a t u Sa T l dd e 、r e l o p m e n t 蚍n d0 fe m u l s i o np u m p ⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 F o r e i g ns t ￡【t u sa n dd e v e l o p I n e n tt I l e n do f 锄u l s i o np 砌p ⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．3C o n t r a S to f m i a np 猢e t e r so f e m u l s i o np 呦p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 I k s e a r c hc o n t e n t sa 1 1 dr e s e a r c hs i 鲥f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 1 ．4 ．1 R e s e a I e hc o n t c n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l O 1 ．4 ．2R e s e a r c hs i g 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吐l eV 0 1 u m e 仃i ce 伍c i e n c y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．1E s t a b l i S h 廿l et h e o 栅c a lm a 此m a 6 x a lm o d e lo f v 0 1 呦e t r i ce 伍c i e n c y ⋯3 3 ⅥI 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．2F 。锄r So 士t 1 1 eV o l u m 咖ce 伍c l e n c y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 3 ．3A n a J y s i so f t e S tr e s l l l _ t S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 3 ．4 h a p t e rs l l I m n a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 l 4 ．S 伽l c 删o p t i n l 溉i o no f e m l l l s i o np l m l pa n dV a l V e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．1S 血l c t u r a l 血p r 0 V e m 即惦o f e m _ u l s i o np l m l p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 4 ．2S e l o c ta n dd e t c I 】3 血ep a n u n e t e r so fc o n 五- o 删o ne m u l s i o np u m p ⋯⋯⋯4 6 4 ．3F i I l i t ee l e m e n ta n s l y s i so f c o n f I m n t a t i o n 锄u l s i o np l m l p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．3 ．1B u i l dn 1 I 优一d i m e n s i o n a lm o d e lo f c o n 矗．0 1 1 t a 吐o ne m I l l s i o np l l m p ⋯．4 8 4 ．3 ．2K i n e m a t i c sa n dd y n a m i c ss i m u l a t j o no f c r a l 出l i n l 【a g e ⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．3 ．3S 缸e s sa n d 蛐限．mo f 也ec r 越l k s h a R ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．4h p r o V e m e n _ t so fs u c d o nd 1 面n ⅧV e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．5E X p e r i r n e r 蹦V 萌f i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 4 ．6C h a p t e rs u m m a 巧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5S u l n m a r ya 1 1 df o r e c a L s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 ．1S l l l n m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 l 5 ．2F o r e c a S t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 I i ℃f I e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 C o m p I i I l l e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 7 R ．e s u m eo f 卸t h o ra 1 1 da r t i c l ep u b l i S h e dd u r i n g 吐屺r e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 V I I I 万方数据 引言 引言 我国是一个少气、少油和多煤的国家，煤炭在我国能源应用结构r f l 占有非常 重要的地位，在我国采用井下开煤方式为消耗煤炭的主要来源，高达8 0 ％以上I lJ 。 南于我国石油资源短缺而导致石油进口量增加，用煤为原料发展化学工业及用煤 制取燃料油工业已经成为当今的热门研究课题。近年来，随着煤化工产业的发展， 加速煤炭行业高效、安全地发展更是我国的一项重要国策。因此，对综采工作面 上机械设备的产煤能力和安全性能的要求越来越高。作为煤矿井下高产高效综采 工作面上的关键设备液压支架，它的发展趋势必然是高支护力、大支护高度 及高支护强度。 乳化液泵站是煤矿机械化综采工作面上液压支架的动力源，乳化液泵是乳化 液泵站的关键设备。它能将电动机的机械能转化为乳化液的液压能，驱动液压支 架完成移架、升架、降架等一系列动作，它的性能好坏直接影响着煤矿综采效率 和安全性。随着我国高产高效机械化综采的大型化煤矿的建设和发展，综采支护 关键设备一定要具备适应性强、效率高、工作可靠、噪声低、体积小、操作和检 修方便等特点，这对乳化液泵的性能提出了更高的要求，其流量要求越来越大， 压力要求越来越高。综合现有文献及相关技术报道，结合本课题的研究发现不 论其使用性能，还是节能、降噪等均与容积效率的高低密切相关。 为此，我国的煤炭行业还专门制定了相关标准M T l 8 8 ．2 ．2 0 0 0 煤炭矿用乳 化液泵站乳化液泵，在其中就特别规定了容积效率这项性能验收的指标。例如， 对于我国目前煤矿使用的工作压力为2 5 ～3 1 ．5 Ⅷa 的乳化液泵，明确规定其容积 效率必须高于9 l ％【2 J 。 所谓的容积效率是乳化液泵的实际流量与理论流量之比。通过研究发现随 着乳化液泵的排量的增大，工作压力的提高，容积效率不断’卜．降。由此可见，为 适应我国煤矿的大型化、高效率、高安全性的发展而开发和研究的大排量、高压 力乳化液泵的需要，必须要充分做好乳化液泵容积效率的基础研究，方可奠定该 类产品设计的理论基础。 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 万方数据 1 绪论 1 ．1 课题来源 l 绪论 1 ．课题来源 本课题来源于安理工大学周哲波教授与华源矿用机电设备厂共同承担的国家 科技部创新基金支持项目三曲拐六柱塞卧式对峙式乳化液泵，立项代号 1 2 C 2 6 2 1 3 4 0 3 2 5 4 。 2 ．项目介绍 该项目产品为B 触咐O O ／3 1 ．5 D 型对峙式乳化液泵，其主要参数如表1 所示。 表lB I 删4 0 0 ，31 ．5 D 型乳化液泵的主要技术参数 T a b l e lM a i nt e c h n 0 1 0 9 yp a 坛叨e t e ro f m eB R W 4 0 0 ，3 1 ．5e m u l s i o np u m p 公称流量L ／m i n 公称压力M P a 柱塞直径m m 柱塞行程m m 柱塞数目 曲轴转速r ／m i I I 电机功率k w 电压 V 泵头外形尺寸 泵头重量 工作介质 4 0 0 3 1 ．5 5 0 7 6 6 5 0 0 2 5 0 6 6 0 门1 4 0 l3 0 6 x 1 10 6 x 5 8 5 1 8 5 0 中性水与乳化油按9 5 5 重量比配置而成的乳化液 它是基于“少曲拐，多柱塞”理念来开发和研制的，即减少乳化液泵曲轴上 曲拐的数日，增加单个曲拐上柱塞数目。这样，可很好地保证乳化液泵在同等额 定压力和额定流量的情况下，能有效的降低曲轴转速，减少曲拐数量，大大地简 化了结构和减小了体积。解决了乳化液泵中柱塞磨损快、密封失效快、气蚀严重 和曲轴寿命短等问题，确保综采设备安全可靠的运行。 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 1 ．2 课题研究背景 我国的煤炭储量丰富，占据着能源消耗结构中的主导地位。为了满足我国对 煤炭的旺盛需求，同时降低煤炭开采的成本，迫切需要我国煤矿行业进行高效、 集约化生产，而提高综采工作面的生产能力是实现高效、集约化生产的首要条件。 自2 0 世纪9 0 年代以来，乳化液泵在综采工作面上的应用已经越来越广泛， 随着我国大型煤矿的发展，机械化综采的应用越来越普及，乳化液泵已经成为保 证煤矿工作面安全可靠运行的核心设备【3 】【4 】。 综合现有的文献发现近三十年来，我国的综采设备不论从设备性能、产品 质量，还是性能检测等都获得了显著提高。但因设计、材料、工艺和管理等多方 面因素的影响及研究不足，我国在综采设备的开发、使用与维护、产品质量稳定 性及科学管理等方面与发达国家相比较仍存在较大的差距，这些因素也影响了我 国煤炭行业的经济效益和安全性【5 】【6 】。 据相关技术报道，如在澳大利亚、美国等采煤技术先进的国家，其大型高产 煤矿的综采工作面均已广泛使用高压力、大排量乳化液泵，其公称压力4 0 5 0 M P a ，公称流量4 0 0 ～5 0 0L ／【I l i n ，可实现液压支架在工作面上成组或者成排同时快 速移架，达到每架6 ～8 秒的速度。尤其是在美国，早在上世纪9 0 年代已经使用 公称压力5 0M P a ，公称流量5 0 0I ，／m i n 的乳化液泵，来确保液压支架的快速移动 及高支护动力。可是通过调研获悉，目前在我国的煤矿企业综采工作面上使用的 乳化液泵公称压力普遍为3 0 Ⅷa 左右，流量在4 0 0I ，／m i I 】以下，最快的移架速度 均为1 0 ～1 2 秒 井下实际应用时有时在2 0 秒以上 【7 】[ 8 】。因此，加速高压力、大 排量乳化液泵的研发，已是我国煤矿高效、安全、大型化发展和赶超世界先进采 煤技术的关键。 1 ．3 乳化液泵的发展概述 1 ．3 ．1 国内乳化液泵的现状及发展趋势 在我国煤矿开采中，乳化液泵站通常由2 台或者3 台乳化液泵及1 台或2 台 乳化液箱的配置来构成，其中1 台乳化液泵工作l 台备用，或者l 台工作2 台备 用，一般是通过使用隔爆电磁启动器来控制乳化液泵的工作状况。乳化液泵上安 装卸载阀和安全阀，根据综采工作面的具体要求，卸载阀和安全阀可以对乳化液 泵的压力进行自动调整。一般依据乳化液泵的排量大小，配置1 台或2 台乳化液 箱，乳化液箱上安装高压过滤器、交替阀和蓄能器，用来过滤乳化液泵排出的高 4 万方数据 1 绪论 压液体，并且自动切换供液回路和提高压力的稳定性。通常采用浮球阀来控制乳 化液泵进液管的通断，利用文丘里管的射吸原理来实现水和乳化油的自动配比和 混合【9 】【1 0 】。 图1B l w 0 0 ／3 1 ．5 型乳化液泵站样机实物图片 F i g ．1n ep r o t o 咖er e a lp i c t u r eo fB R W 4 0 0 ，31 ．5 呵p e 啪u l s i o np 啪pS t z 岫o n 乳化液泵 组 与乳化液箱一起组成乳化液泵站，为煤矿综采工作面上的液 压支架提供动力源。目前我国大排量乳化液泵的生产单位主要以浙江中煤、无锡 煤机、南京六合等几个厂家为代表，但是产品的结构大同小异。在我国煤炭行业 标准中，规定的额定流量具体有8 0 、1 2 5 、1 6 0 、2 0 0 、2 5 0 、3 1 5 、4 0 0 、4 5 0 、 5 0 0 【l l 】【1 2 】。在我国大排量乳化液泵的结构形式大部分采用卧式五柱塞结构。例如 淮南华源生产的2 台B R W 4 0 0 ／3 1 ．5 型乳化液泵和1 台Ⅺo } 玎陷0 0 0 型乳化液箱组 成1 个乳化液泵站，如图l 所示，主要运用在百万吨级以上的综采工作面上，也 可以作为地面上其它大型液压设备的动力源。B R W 4 0 0 ／3 1 ．5 型乳化液泵结构，如 图2 所示，该泵为卧式五柱塞往复泵，本着“降低转速，增大流量”的设计理念， 弥补了目前市场上矿用乳化液泵连杆滑块组件中柱塞易磨损的不足。该乳化液泵 采用一对斜齿圆柱齿轮减速和曲柄、连杆滑块 十字头 结构，另外，曲轴支承 采用三支承结构，即两端轴颈及二、三拐之间轴承为支承点，既减小了曲轴的结 构尺寸，又大大延长了曲轴的使用寿命；在液力端采用了分离式阀体，箱体内采 用强迫式循环冷却润滑系统。具有流量波动小、压力平稳、运转稳定、脉冲率小、 噪音小和使用维护方便等特点。 5 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 图2B 踟4 0 0 ／3 1 ．5 型乳化液泵研制实物图片 F i g ．2 T h ed e V e l o p e dI _ e a Ip i c t u r eo f B R W 4 0 0 ／3 1 ．5 呵p ee m u l s i o np u m p 乳化液泵可分为液力端和动力端两部分。液力端主要由泵头组件、缸套组件 等组成。泵头用整体钢锻件，腔内有吸液阀、排液阀，出液板将由各泵头排出来 的高压液体汇合起来，出液板一端装有卸载阀，另一端装有安全阀。动力端主要 有齿轮组、曲轴、连杆、柱塞等，这组零部件均安装在箱体内，箱体采用整体铸 造结构，工作时箱体内倒装一定量机油，对曲轴、连杆等运动部件实现飞溅润滑， 并且在曲轴一端装齿轮油泵，加强润滑效果。 上世纪7 0 年代初，煤科院太原分院和山西大同矿务局合作，成功研制出工程 压力为1 0M P a 、公称流量为1 0 0L ／m j n 的R B l 0 0 ／1 型乳化液泵，揭开了我国乳化 液泵研究发展的序幕【1 3 】。从此随着各种参数液压支架的使用，相继研制出各种型 号的乳化液泵站。随着我国煤炭企业的发展，乳化液泵的压力、流量等在逐渐增 大，尤其流量增加的幅度最大，国内主要是通过增大柱塞直径的方式来达到来增 大公称流量的目的。近年来，一些高校和厂家在乳化液泵站的保护系统和试验方 面取得了一些成果，例如，1 9 9 3 年，鸡西矿务局恒山煤矿开发了采煤机油泵、油 马达综合试验台；2 0 0 9 年，浙江工业大学机械制造及自动化实验室的吴丽华等人 开发了一套液压泵／马达开式液压试验系统，但是技术都还不是很成熟，目前还没 有推广使用【l 】。在吸、排液阀结构上，一些厂家用平面阀代替锥面阀结构。在材 料方面