矿用混凝土泵输送量减少的原因分析

许联航，马庆伟

(1.神东煤炭集团，陕西 神木 719315；2.莱州亚通重型装备有限公司，山东 莱州 261411)

0 引言

混凝土输送泵，又名混凝土泵，由泵体和输送管组成。其工作原理为当液压系统压力油进入一主油缸时，活塞杆伸出，同时通过密封回路连通管的压力油使另一活塞杆回缩。与主油缸活塞杆相连的混凝土输送活塞回缩时在输送缸内产生自吸作用，料斗中的混凝土在大气压力作用和搅拌叶片的助推作用下吸入输送缸。同时，另一主油缸在油压的作用下，推动主油缸的活塞杆伸出并同时推动混凝土活塞压出输送缸中的混凝土，通过S管进入混凝土输送管。动作完成后，系统自动换向使压力油进入另一主油缸，完成另一次不同输送缸的吸、送行程。如此反复，料斗里的混凝土就源源不断地被吸入和压送出输送缸，将混凝土沿管道连续压力输送。该泵主要应用于房建、桥梁及隧道施工，而随着社会的发展，现今很多煤矿也在打密闭墙体、风桥等工作中使用，而其在使用过程中经常出现堵管及输送量大幅减少的问题，需要分析影响混凝土泵输送量的因素，找出混凝土泵输送量减少的原因。

1 影响混凝土泵输送量的原因

1.1 理论计算

本混凝土泵为柱塞式混凝土泵，理论计算输送量的公式如下

QT=VT×nR

(1)

式中：QT—理论输送量，m3/h；VT—混凝土泵每一工作行程的理论容积，m3；nR—混凝土每小时额定工作次数，次/h。

混凝土泵每一工作行程的理论容积计算公式如下

(2)

式中：l1—砼缸缸行程，m；r1—砼缸缸径，m。

混凝土每小时额定工作次数计算公式如下

nR=3 600×Qn/V0

(3)

式中：Qn—泵的额定流量，m3/s；V0—推送油缸每一工作行程的理论容积，m3。

由以上各式可以看出输送泵的理论输送量与砼缸、推送油缸、泵和电机转速有关。

1.2 其它实际因素

实际输送量还与混凝土的质量、泵送机构的密封和液压系统有关。

吸入率：柱塞式混凝土泵吸料是靠砼缸内的活塞头在油缸的拉动下使砼缸内形成真空靠大气压将混凝土压入砼缸，因此混凝土的质量(混凝土的流动性及和易性)和料斗的设计(是否利于混凝土在其内部流动)影响混凝土的吸入率，吸入率越低单位时间内输送混凝土的方量越少。

液压系统：液压元件的损坏导致系统无法正常工作或者液压系统的泄漏，其包括泵的内泄漏和液压阀、液压缸的泄漏，导致流入系统的液压油流量减少而导致额定工作次数的减少。

机构设计：泵送机构设计不合理表现为眼镜板和切割环的间隙过大，泵送主油缸与摆动油缸配合不密切导致漏料，使输出端的混凝土量减少。

2 输送量减少的原因排查

2.1 液压系统

矿用输送泵泵送系统为单泵双回路系统，其液压系统原理图如图1所示。

图1 矿用输送泵液压原理图1-主油缸；2-液控单向阀；3-单向阀；4-球阀；5-换向阀；6-摆动油缸；7-电液换向阀；8-隔爆电磁阀；9-溢流阀；10-主电机；11-压力表；12-主泵；13-手动换向阀；14-搅拌马达；15-溢流阀；16-齿轮泵；17-副电机；18-油散；19-油箱；20-滤油器

该液压系统分为泵送系统和搅拌系统2部分，泵送系统由37 kW主电机带动主泵工作，搅拌系统为7.5 kW副电机带动齿轮泵工作，除泵送系统控制正反泵送的电液换向阀的信号由搅拌回路提供外，2套液压回路之间无相互干扰。泵送系统主泵为恒功率变量柱塞泵，排量起调点设置为8 MPa，矿用输送泵正常工作及输送量减少后系统压力均为4～5 MPa，没有达到恒功率泵排量起调点设定值，因此恒功率泵排量没有因此减少。

煤矿用输送泵前期使用过程中输送量正常，因此可以排除砼缸和推送油缸设计错误的原因，通过测转速的仪器测得电机转速为1 480 r/min，电机正常。现在主要排查泵和液压系统泄漏及泵送机构的问题(本实验以水替代混凝土进行，因此吸入率的问题可忽略不计)，表1为输送泵的技术参数。

表1 输送泵技术参数

由此算得混凝土泵的额定工作次数为1 010次/h，理论输送量为28.5 m3/h。

2.2 泵送机构问题的排查

观察间隙：观察眼镜板和切割环之间的间隙，未发现明显的缝隙，拆下眼镜板和切割环检查无明显磨损，说明眼镜板和切割环处密封完好，不会导致漏料而影响输送量。为进一步确认此处无明显漏料，现对泵送次数和实际输送量统计见表2和表3。

由表2算得实际工作次数为660次/h，以此算得的输送量为18.6 m3/h。

表2 泵送次数统计

表3 实际输送量统计

由表3计算得实际输送量为18.3 m3/h，与表2计算基本相同，也证明了泵送机构密封处设计合理且无损坏。

观察油缸配合：观察推送油缸和摆动油缸的配合，发现摆动油缸刚摆到位置推送油缸开始运动，而推送油缸刚到行程终点摆缸开始运动，两者之间配合合理，不会导致大量漏料。

2.3 液压系统问题的排查

液压系统参数设定见表4。

表4 液压系统参数

将液压系统进行憋压，发现压力达到28 MPa后迅速降落至20 MPa，之后一直在20～28 MPa之间摆动，与正常情况下的在28 MPa附近轻微浮动不同。将系统压力调至31.5 MPa，再次进行憋压试验，发现系统压力最大只能达到28.5 MPa，而后迅速回落至20 MPa，之后一直在20～28.5 MPa之间摆动。因此判定液压系统泄漏严重。

液压油检查：打开液压油箱，将液压油放空，拆下过滤器，发现液压油箱底部有大量铁屑等杂物，滤油器滤芯基本堵死，因此判定导致矿用输送泵输送量大幅下降的根本原因可能为液压油污染导致铁屑进入液压系统，致使液压元件油缸、液压阀和油泵等损坏而使泄漏量增大。

油缸内泄漏排查：拆下泵送主油缸的回油管路，观察有无明显油液流出，如有说明油缸密封损坏，导致油缸高压腔与低压腔产生内泄漏，如无则说明油缸正常，经观察回油管路无明显油液流出，因此排除主油缸内泄漏。

阀组泄漏排查：拆下主阀上泄漏油口的管路观察，也无大流量的油液流出，因此排除阀的内泄漏。

变量柱塞泵内部磨损排查：变量柱塞泵对油液的清洁度要求相对高，油液污染很可能导致变量柱塞泵内部磨损，泄漏量增大，从而导致了矿用混凝土输送泵输送量大幅度减少。拆下柱塞泵泄漏油口处管路，观察空载和载荷情况，发现空载时有大量油液冒出，载荷时会有油液喷出，且在工作1 min后泵后端部壳体发烫并伴有尖锐的噪音。图2为此柱塞泵的剖面图，由图可知发热部位为回程盘处，为了维持柱塞泵的正常运行，回程盘与滑靴副之间本来存在一定的间隙用以产生静压支承，防止回程盘与滑靴副之间的磨损，此缝隙设计合理的情况下内泄漏很小，在短时间的空载运行下不会产生大量的热，因此判定是回程盘与滑靴副产生磨损导致产热严重，而磨损后的回程盘与滑靴副之间的间隙增大从而导致内泄漏增大。

图2 柱塞泵剖面图

3 结论

(1)以煤矿用混凝土泵出现输送量大幅下降为例，对影响混凝土泵输送量的因素进行逐一分析，最终判定影响输送量大幅下降的原因为液压油污染导致柱塞泵损坏引起内泄漏量增大。

(2)柱塞泵的使用条件较为严格，须规范操作，防止油泵吸空和油液清洁度导致的油泵磨损。

(3)影响混凝土泵输送量的因素众多，在设计泵送机构和液压系统及液压件时应综合考虑使用工况。