礦用混凝土泵輸送量減少的原因分析

許聯(lián)航，馬慶偉

(1.神東煤炭集團(tuán)，陜西 神木 719315；2.萊州亞通重型裝備有限公司，山東 萊州 261411)

0 引言

混凝土輸送泵，又名混凝土泵，由泵體和輸送管組成。其工作原理為當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力油進(jìn)入一主油缸時，活塞桿伸出，同時通過密封回路連通管的壓力油使另一活塞桿回縮。與主油缸活塞桿相連的混凝土輸送活塞回縮時在輸送缸內(nèi)產(chǎn)生自吸作用，料斗中的混凝土在大氣壓力作用和攪拌葉片的助推作用下吸入輸送缸。同時，另一主油缸在油壓的作用下，推動主油缸的活塞桿伸出并同時推動混凝土活塞壓出輸送缸中的混凝土，通過S管進(jìn)入混凝土輸送管。動作完成后，系統(tǒng)自動換向使壓力油進(jìn)入另一主油缸，完成另一次不同輸送缸的吸、送行程。如此反復(fù)，料斗里的混凝土就源源不斷地被吸入和壓送出輸送缸，將混凝土沿管道連續(xù)壓力輸送。該泵主要應(yīng)用于房建、橋梁及隧道施工，而隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)今很多煤礦也在打密閉墻體、風(fēng)橋等工作中使用，而其在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)堵管及輸送量大幅減少的問題，需要分析影響混凝土泵輸送量的因素，找出混凝土泵輸送量減少的原因。

1 影響混凝土泵輸送量的原因

1.1 理論計算

本混凝土泵為柱塞式混凝土泵，理論計算輸送量的公式如下

QT=VT×nR

(1)

式中：QT—理論輸送量，m3/h；VT—混凝土泵每一工作行程的理論容積，m3；nR—混凝土每小時額定工作次數(shù)，次/h。

混凝土泵每一工作行程的理論容積計算公式如下

(2)

式中：l1—砼缸缸行程，m；r1—砼缸缸徑，m。

混凝土每小時額定工作次數(shù)計算公式如下

nR=3 600×Qn/V0

(3)

式中：Qn—泵的額定流量，m3/s；V0—推送油缸每一工作行程的理論容積，m3。

由以上各式可以看出輸送泵的理論輸送量與砼缸、推送油缸、泵和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。

1.2 其它實際因素

實際輸送量還與混凝土的質(zhì)量、泵送機(jī)構(gòu)的密封和液壓系統(tǒng)有關(guān)。

吸入率：柱塞式混凝土泵吸料是靠砼缸內(nèi)的活塞頭在油缸的拉動下使砼缸內(nèi)形成真空靠大氣壓將混凝土壓入砼缸，因此混凝土的質(zhì)量(混凝土的流動性及和易性)和料斗的設(shè)計(是否利于混凝土在其內(nèi)部流動)影響混凝土的吸入率，吸入率越低單位時間內(nèi)輸送混凝土的方量越少。

液壓系統(tǒng)：液壓元件的損壞導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作或者液壓系統(tǒng)的泄漏，其包括泵的內(nèi)泄漏和液壓閥、液壓缸的泄漏，導(dǎo)致流入系統(tǒng)的液壓油流量減少而導(dǎo)致額定工作次數(shù)的減少。

機(jī)構(gòu)設(shè)計：泵送機(jī)構(gòu)設(shè)計不合理表現(xiàn)為眼鏡板和切割環(huán)的間隙過大，泵送主油缸與擺動油缸配合不密切導(dǎo)致漏料，使輸出端的混凝土量減少。

2 輸送量減少的原因排查

2.1 液壓系統(tǒng)

礦用輸送泵泵送系統(tǒng)為單泵雙回路系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 礦用輸送泵液壓原理圖1-主油缸；2-液控單向閥；3-單向閥；4-球閥；5-換向閥；6-擺動油缸；7-電液換向閥；8-隔爆電磁閥；9-溢流閥；10-主電機(jī)；11-壓力表；12-主泵；13-手動換向閥；14-攪拌馬達(dá)；15-溢流閥；16-齒輪泵；17-副電機(jī)；18-油散；19-油箱；20-濾油器

該液壓系統(tǒng)分為泵送系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)2部分，泵送系統(tǒng)由37 kW主電機(jī)帶動主泵工作，攪拌系統(tǒng)為7.5 kW副電機(jī)帶動齒輪泵工作，除泵送系統(tǒng)控制正反泵送的電液換向閥的信號由攪拌回路提供外，2套液壓回路之間無相互干擾。泵送系統(tǒng)主泵為恒功率變量柱塞泵，排量起調(diào)點設(shè)置為8 MPa，礦用輸送泵正常工作及輸送量減少后系統(tǒng)壓力均為4～5 MPa，沒有達(dá)到恒功率泵排量起調(diào)點設(shè)定值，因此恒功率泵排量沒有因此減少。

煤礦用輸送泵前期使用過程中輸送量正常，因此可以排除砼缸和推送油缸設(shè)計錯誤的原因，通過測轉(zhuǎn)速的儀器測得電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，電機(jī)正常。現(xiàn)在主要排查泵和液壓系統(tǒng)泄漏及泵送機(jī)構(gòu)的問題(本實驗以水替代混凝土進(jìn)行，因此吸入率的問題可忽略不計)，表1為輸送泵的技術(shù)參數(shù)。

表1 輸送泵技術(shù)參數(shù)

由此算得混凝土泵的額定工作次數(shù)為1 010次/h，理論輸送量為28.5 m3/h。

2.2 泵送機(jī)構(gòu)問題的排查

觀察間隙：觀察眼鏡板和切割環(huán)之間的間隙，未發(fā)現(xiàn)明顯的縫隙，拆下眼鏡板和切割環(huán)檢查無明顯磨損，說明眼鏡板和切割環(huán)處密封完好，不會導(dǎo)致漏料而影響輸送量。為進(jìn)一步確認(rèn)此處無明顯漏料，現(xiàn)對泵送次數(shù)和實際輸送量統(tǒng)計見表2和表3。

由表2算得實際工作次數(shù)為660次/h，以此算得的輸送量為18.6 m3/h。

表2 泵送次數(shù)統(tǒng)計

表3 實際輸送量統(tǒng)計

由表3計算得實際輸送量為18.3 m3/h，與表2計算基本相同，也證明了泵送機(jī)構(gòu)密封處設(shè)計合理且無損壞。

觀察油缸配合：觀察推送油缸和擺動油缸的配合，發(fā)現(xiàn)擺動油缸剛擺到位置推送油缸開始運動，而推送油缸剛到行程終點擺缸開始運動，兩者之間配合合理，不會導(dǎo)致大量漏料。

2.3 液壓系統(tǒng)問題的排查

液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定見表4。

表4 液壓系統(tǒng)參數(shù)

將液壓系統(tǒng)進(jìn)行憋壓，發(fā)現(xiàn)壓力達(dá)到28 MPa后迅速降落至20 MPa，之后一直在20～28 MPa之間擺動，與正常情況下的在28 MPa附近輕微浮動不同。將系統(tǒng)壓力調(diào)至31.5 MPa，再次進(jìn)行憋壓試驗，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力最大只能達(dá)到28.5 MPa，而后迅速回落至20 MPa，之后一直在20～28.5 MPa之間擺動。因此判定液壓系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重。

液壓油檢查：打開液壓油箱，將液壓油放空，拆下過濾器，發(fā)現(xiàn)液壓油箱底部有大量鐵屑等雜物，濾油器濾芯基本堵死，因此判定導(dǎo)致礦用輸送泵輸送量大幅下降的根本原因可能為液壓油污染導(dǎo)致鐵屑進(jìn)入液壓系統(tǒng)，致使液壓元件油缸、液壓閥和油泵等損壞而使泄漏量增大。

油缸內(nèi)泄漏排查：拆下泵送主油缸的回油管路，觀察有無明顯油液流出，如有說明油缸密封損壞，導(dǎo)致油缸高壓腔與低壓腔產(chǎn)生內(nèi)泄漏，如無則說明油缸正常，經(jīng)觀察回油管路無明顯油液流出，因此排除主油缸內(nèi)泄漏。

閥組泄漏排查：拆下主閥上泄漏油口的管路觀察，也無大流量的油液流出，因此排除閥的內(nèi)泄漏。

變量柱塞泵內(nèi)部磨損排查：變量柱塞泵對油液的清潔度要求相對高，油液污染很可能導(dǎo)致變量柱塞泵內(nèi)部磨損，泄漏量增大，從而導(dǎo)致了礦用混凝土輸送泵輸送量大幅度減少。拆下柱塞泵泄漏油口處管路，觀察空載和載荷情況，發(fā)現(xiàn)空載時有大量油液冒出，載荷時會有油液噴出，且在工作1 min后泵后端部殼體發(fā)燙并伴有尖銳的噪音。圖2為此柱塞泵的剖面圖，由圖可知發(fā)熱部位為回程盤處，為了維持柱塞泵的正常運行，回程盤與滑靴副之間本來存在一定的間隙用以產(chǎn)生靜壓支承，防止回程盤與滑靴副之間的磨損，此縫隙設(shè)計合理的情況下內(nèi)泄漏很小，在短時間的空載運行下不會產(chǎn)生大量的熱，因此判定是回程盤與滑靴副產(chǎn)生磨損導(dǎo)致產(chǎn)熱嚴(yán)重，而磨損后的回程盤與滑靴副之間的間隙增大從而導(dǎo)致內(nèi)泄漏增大。

圖2 柱塞泵剖面圖

3 結(jié)論

(1)以煤礦用混凝土泵出現(xiàn)輸送量大幅下降為例，對影響混凝土泵輸送量的因素進(jìn)行逐一分析，最終判定影響輸送量大幅下降的原因為液壓油污染導(dǎo)致柱塞泵損壞引起內(nèi)泄漏量增大。

(2)柱塞泵的使用條件較為嚴(yán)格，須規(guī)范操作，防止油泵吸空和油液清潔度導(dǎo)致的油泵磨損。

(3)影響混凝土泵輸送量的因素眾多，在設(shè)計泵送機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)及液壓件時應(yīng)綜合考慮使用工況。