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乳化液泵分离阀体分析
乳化液泵分离阀体分析
煤炭科学研究总院 张志珍
摘 要 分析和比较了乳化液泵分离阀体和整体阀体的技术特点, 指出分离阀体结构已成功用于卧式五柱塞矿用乳化液泵，取得了十分显著的技术效果和经济效益。
关键词 乳化液泵 整体阀体 分离阀体 技术效果
0 引言
阀体是矿用乳化液柱塞泵的重要零件之一。常用的卧式三柱塞矿用乳化液泵一直沿用传统的整体阀体结构，即将3组缸套组件、3组吸液阀组和3组排液阀组安装在同一只阀体零件上。这种整体阀体零件的结构尺寸较大、工艺性较差，且存在着严重的过定位现象。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。卧式三柱塞矿用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的，这就使得整体阀体零件的结构尺寸越来越大，结构缺陷也越来越突出，客观上促进了人们去探索阀体零件的新结构。
上世纪90年代末期，我国自行研制了卧式五柱塞矿用乳化液泵。它一改过去靠增加柱塞直径来增大泵的流量的传统方法，而采用增加柱塞数目的方法来增大泵的流量。这种卧式五柱塞矿用乳化液泵，采用了分离式的阀体结构。这种分离式阀体结构是在一只阀体零件上只安装一组缸套组件，即一组吸液阀组和一组排液阀组，使阀体零件的结构尺寸大大减小，具有显著的经济效益。
1 分离式阀体的优点
1.1 材料性能得到改进
整体阀体和分离阀体的材料通常都用45钢,但二者的材料毛坯不同。整体阀体通常采用横截面尺寸在250mm×250mm以上的方钢作为毛坯材料。这种大截面的方钢多采用铸造钢锭直接锻造而成，尽管在工艺上安排了切除铸锭的料头和料尾，毛坯材料中仍会残存着较多的铸造组织缺陷，如气孔、缩松及晶粒粗大等。而分离阀体通常采用 150mm的热轧圆钢作为毛坯材料。这种热轧圆钢一般要由铸造钢锭经过2次轧制而成，可以消除铸造钢锭中的某些缺陷，如气孔、缩松等。它能被较好地压合，材料的组织致密度能得到改善，可使铸态金属中的粗大枝晶和柱状晶破碎，材料的机械性能得到提高。故分离阀体的毛坯材料在组织和性能上优于整体阀体的毛坯材料。
1.2 锻造工艺得到改进
整体阀体和分离阀体的零件毛坯都是采用自由锻造的工艺成形的，但二者的锻造工艺要求不同。整体阀体属于高度小、截面大的方形盘类零件，锻造工艺以镦粗工序为主，即减低工件材料高度，增大其截面积，锻造压力主要沿一个方向进行。分离阀体属于长而截面小的方形轴类零件，锻造工艺以延伸工序为主，即缩小工件材料截面积、增加其长度，锻造压力沿垂直于长度方向的两个方向进行。故分离阀体的材料塑性优于整体阀体的材料塑性。
1.3 加工质量得到保证
1）整体阀体和分离阀体都是以孔类尺寸要求作为主要加工内容的，但二者的设计要求和加工要求有所不同。整体阀体由于安装有3只缸套,且这3只缸套又要与箱体上的3个缸套孔相配合，形成了过定位结构。为尽量减小过定位干涉现象，整体阀体零件相邻缸套孔的位置尺寸需给出足够精度的误差要求，并在加工中予以保证。而分离阀体只安装1只缸套，相邻缸套间无刚性联系，其相互位直至由箱体零件尺寸要求保证即可，故分离阀体不存在相邻缸套孔位置尺寸要求。
2）阀体零件上的孔类尺寸大部分是在普通车床上加工的，特别是吸液阀组压盖或排液阀组压盖采用螺纹压紧结构时，由于阀体上的螺纹孔直径较大，必须在普通车床上车制螺纹，以保证螺纹的精度和承载能力。整体阀体零件上有3组孔类尺寸，其中有2组孔类尺寸是不对称分布的，因而在车加工时必须使用一个结构复杂且笨重的有3个工位的车夹具，使整体阀体零件的加工精度受到较大的累计误差影响；而且由于零件和夹具的不对称性，虽采取一些配重措施，仍会有不平衡的惯性离心力使得整体阀体零件的孔类尺寸，包括内螺纹尺寸出现椭圆误差。而分离阀体零件只有一组孔类尺寸，且呈对称分布，在单件小批生产条件下，可直接在四爪卡盘上找正定位进行车加工，在大批量生产条件下只需采用一个工位的车夹具即可进行车加工，使累计误差的影响减小，惯性离心力的影响消失。
1.4 装配质量得到保证
整体阀体由于过定位干涉，在阀体、缸套和箱体零件间产生装配应力。这种装配应力降低了阀体零件的承载能力，加剧了缸套零件的疲劳破坏，是阀体零件微观裂纹扩展的主要原因之一。整体阀体的过定位干涉常会集中表现在某1只缸套上，使相关零部件轴线的误差较大，造成缸套密封的早期失效，以及柱塞与柱塞密封间严重偏磨等现象。分离阀体彼此间没有刚性连接，阀体缸套孔中心距要求不复存在，消除了整体阀体的过定位干涉现象。每个分离阀体零件只安装1组缸套组件，装入阀体零件中的缸套组件可以顺利地装入箱体零件的缸套孔中，使阀体、箱体、缸套、柱塞及柱塞密封等具有良好的对中性。因此,分离阀体使产品的装配质量比整体阀体更易于保证和提高。
2 分离阀体应用推广的技术效果与经济效益
2.1 阀体的微观裂纹倾向得到消除
阀体的微观裂纹倾向，是整体阀体零件失效的主要原因。这种微观裂纹倾向起因于阀体材料本身的微观组织缺陷，在高压交变应力的作用下，随着应力循环次数的增加，材料的疲劳极限值下降，诱使微观组织缺陷扩张，形成微观裂纹倾向。阀体的微观裂纹倾向具有随机性。尽管阀体零件的生产过程已普遍采用无损探伤检验，但潜在的微观组织缺陷仍难以避免，遇外部载荷条件适宜，便可发育成微观裂纹倾向。一般说来，泵的工作压力越高，阀体零件的几何尺寸越大，越易于形成微观裂纹倾向。分离阀体的轮廓尺寸较小，其体积只有相应三柱塞乳化液泵整体阀体结构的1/3，阀体的微观裂纹倾向得到有效消除。事实上，分离阀体结构在五缸乳化液泵中应用至今，尚未发现微观裂纹倾向。
2.2 阀体的制造成本得到降低
整体阀体零件为了保证相邻缸套孔的位置精度要求，常常需要在镗床上进行孔系尺寸的精加工；而分离阀体零件不存在相邻缸套孔的位置要求，孔系尺寸只需在车床上加工即可。此外, 整体阀体零件的尺寸要求较多，有一个尺寸超差就会造成一个零件的报废；而分离阀体减少了同一零件上尺寸要求的数量。在同样的尺寸超差的概率条件下，分离阀体比整体阀体可减少废品损失约2/3。因此，分离阀体结构使制造成本得到降低。
2.3 整机性能得到提高
整体阀体结构由于过定位干涉，在阀体、缸套和箱体零件间产生装配应力，降低其使用寿命,并使乳化液泵产品的整机性能受到很大影响。采用分离阀体结构由于消除了过定位干涉和装配应力的影响，使装配质量明显提高，促进了产品整机性能的提高。此外,由于分离阀体重量较轻，加工、装配、维护亦很方便。
2.4 泵的噪声小运行平稳
在检验过程中发现，与整体式三柱塞泵比较，分离式阀体结构的五柱塞泵具有压力平稳，流量均匀，互换性好，噪声小等显著优点。
3 结论
分离阀体结构已成功用于卧式五柱塞矿用乳化液泵。该泵已在全国几十家大型矿务局推广使用并出口，取得了十分显著的技术效果和经济效益。
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