溶液自动配比装置的设计
摘要
本文简要介绍了溶液自动配比装置的结构和特点，重点对乳化液自动配比装置的性能
指标及各部分组成做了阐述。因为乳化液是采煤工作面液压支架和单位液压支柱的液压工
作介质，其配置比例直接影响液压支架或单位支柱的工作状况。分析了乳化液配置方法的
现状，提出了影响乳化液浓度精确配置的相关问题，并提出可一种新的配置方法。
在这次设计中，用浮球阀取代了手控配液方式中的截止阀，自动根据液位配制乳化液，
在低液位时系统连通，向乳化液箱注乳化液；当液位达到控制的最高液位时系统自动关闭，
停止向乳化液箱注液。在注液过程中能自动完成乳化油和中性水的混和，并且浓度按使用
要求可以调节，配比稳定，工作性能及动作稳定、可靠，使用寿命长。
本次设计研究的任务及目标：设计溶液自动配比装置的功能实现方案，包括传动系统
的设计，液压系统的设计，搅拌装置的设计，原动机的类型和具体型号选择，液压元件的
选型计算等。设计出溶液自动配比装置的整体结构，绘制出整机装配图，绘制液压系统原
理图，搅拌装置、液压缸、传动装置等主要零部件的结构图。
1 前言
1.1 概述
溶液自动配备装置在现实生活中有着广泛的应用，特别是在煤矿的安全生产上。而煤
炭生产效益的提高依靠煤矿机械化的进步，在采煤工作面是以综采和高档普采为主要手
段。乳化液泵站是煤矿采煤工作面用液压支柱和液压支架的动力源，液压支柱和液压支架
的压力传递介质是乳化液。乳化液作为一种廉价的工作介质，在液压传动中有着广泛的应
用，特别是在煤矿中，被誉为液压设备的血液。而乳化液浓度作为评价乳化液性能的一个
重要指标，在很大程度上影响着乳化液的使用性能，浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、
防锈性和润滑性；浓度过高不仅会增加费用，而且会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料
的溶胀性。因此，乳化液浓度的合理性和稳定性对保证煤矿支护设备的性能和使用寿命起
着重要作用。
目前煤矿上使用的乳化液多为水包油型，主要成分中水多于油，一般是3％—5％的乳
化油，配97％—95％的水，对支架、支柱具有一定的防腐防锈作用，且对橡胶密封没有腐
蚀性。有些矿井采取降低乳化液配比浓度的方法，以减少材料费用，有的甚至不加乳化油，
这样长期使用导致支柱、支架缸体内壁锈蚀，造成极大浪费。
乳化液泵站是支架液压系统的动力源，向系统提供一定的压力、流量和清洁度的乳化
液，是系统的重要组成部分。支架液压系统管路长，元件和执行机构多，有部分乳化液的
流失是必然的。尤其是单体支柱液压系统，液压支柱大部分为外注式，乳化液不回收，因
此必须及时补液。为了保护液压系统各元件和延长其使用寿命，必须严格控制工作介质(乳
化掖)的浓度．乳化液的配制方式显得越来越重要，这也是国内外乳化液泵站生产厂家设
计研究的课题。
1.2 存在问题
基于以上原因,为了确保液压支护设备的正常、安全、低成本运行,必须严格控制工作
介质(乳化液)的浓度质量和洁净程度。《煤矿安全规程》规定乳化液的配比浓度应严格控
制在3%～5%之间。但是根据现场实际的使用情况,存在以下问题:
1.2.1 配比浓度
目前现场采用的配比方式多是采用通过乳化液泵箱的观察口5(见图1-1),往泵箱内人
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工倾注乳化油。这种方法不仅原始、操作频繁,使工人劳动强度大,而且由于乳化油在水中
的扩散过程较长,使配制后的乳化液浓度有畸高畸低的现象,严重超越了《规程》规定的指
标要求。随着科研人员的努力,现在出现了由传感器来检测浓度变化或液位变化的差值,并
经微电子电路处理为控制信号,再通过控制电路控制辅助泵加注乳化油或水的新型完全自
动化技术。就该原理本身,技术较为先进,但是由于传感器工作环境要求较为苛刻,加上该
技术系统又需要配备防爆电器设备,在煤矿井下的使用受到现场恶劣条件的影响而使系统
性能的发挥得不到保证,设备维护也较为复杂,同时也增加了系统配制的成本。
目 录
1 绪论...................................................................................................................................... 1
1.1概述................................................................................................................................ 1
1.2存在问题.......................................................................................................................... 1
1.2.1配比浓度................................................................................................................... 1
1.2.2溶液高低……………………………………………………………………………….2
1.2.3洁净程度…………………………………………………………………………….…2
1.3 配比方式简介……………………………………………………………………………...2
1.3.1 人工地面混合方式……………………………………………………………………..2
1.3.2 手控配液方式…………………………………………………………………………..3
1.3.3 自动配液方式…………………………………………………………………………..3
1.4 发展趋势…………………………………………………………………………………...4
2 方案及主要参数的确定……………………………………………………………………….5
2.1 设计要求……………………………………………………………………………………5
2.2 方案确定……………………………………………………………………………………5
2.2.1 参考方案………………………………………………………………………………...5
2.2.2 方案确定…………………………………………………………………………….….6
2.2.3 方案比较………………………………………………………………………………..7
2.3 确定系统主要参数………………………………………………………………………...7
2.3.1 系统工作压力…………………………………………………………………………..7
2.3.2 液压缸流量的确定………………………………………………………………….….8
2.3.3 曲轴转速…………………………………………………………………………….….8
2.3.4 电机的选择…………………………………………………………………………......8
3 齿轮的设计计算………………………………………………………………………….…..9
3.1 齿轮传动的设计计算……………………………………………………………….……9
3.1.1 传动比…………………………………………………………………………….…...9
3.1.2 齿轮材料、热处理及精度……………………………………………………………9
3.1.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸………………………………………………….…...9
3.1.4 校核齿面接触疲劳强度……………………………………………………………….13
3.2 具体轴的岗案设计………………………………………………………………………..14
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II
3.3 轴承的选择及寿命的计算……………………………………………………………..…14
3.3.1 高速轴轴承计算…………………………………………………………………….…14
3.3.2 低速轴轴承计算…………………………………………………………………….…16
4 液压缸的设计计算………………………………………………………………………..….19
4.1 液压缸的主要技术要求……………………………………………………………….….19
4.2 液压缸的选用与计算……………………………………………………………………..19
4.2.1 吸排水液压缸的设计………………………………………………………………….19
4.2.1.1 液压缸主要参数的确定……………………………………………………………19
4.2.1.2 缸筒设计……………………………………………………………………………24
4.2.1.3 缸筒与端盖…………………………………………………………………………27
4.2.1.4 活塞的选用…………………………………………………………………………33
4.2.1.5 活塞杆设计…………………………………………………………………………37
4.2.1.6 缓冲装置……………………………………………………………………………39
4.2.1.7 排气装置……………………………………………………………………………39
4.2.2 吸排油液压缸的设计………………………………………………………………….39
4.2.2.1 液压缸主要参数的确定……………………………………………………………40
4.2.2.2 缸筒设计……………………………………………………………………………42
4.2.2.3 缸筒与端盖…………………………………………………………………………44
4.2.2.4 活塞的选用…………………………………………………………………………47
4.2.2.5 活塞杆设计…………………………………………………………………………48
4.2.2.6 缓冲装置……………………………………………………………………………54
4.2.2.7 排气装置……………………………………………………………………………54
5 曲轴设计计算………………………………………………………………………………...50
5.1 曲轴的结构设计…………………………………………………………………………..51
5.2 曲轴的校核………………………………………………………………………………..53
6 其他零部件的设计和选择………………………………………………………………….57
6.1 液压控制阀的选择…………………………………………………………………….….57
6.1.1 减压阀………………………………………………………………………………….58
6.1.2 出口单向阀………………………………………………………………………….…58
6.1.3 进口单向阀………………………………………………………………………….…58
6.1.4 浮球开关阀………………………………………………………………………….…59
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III
6.1.5 溢流阀………………………………………………………………………………….59
6.2 其他液压元件的选择……………………………………………………………………..59
6.2.1 过滤器………………………………………………………………………………….59
6.2.2 液位控制器…………………………………………………………………………….59
6.3 联轴器的选择……………………………………………………………………………..60
6.4 油箱的设计………………………………………………………………………………..60
6.4.1 油箱的尺寸确定……………………………………………………………………….60
6.4.2 液压油箱的结构设计特点……………………………………………………………...60
结论........................................................................................................................................ 61
致谢........................................................................................................................................ 62
参考文献................................................................................................................................ 63
附录........................................................................................................................................ 64
附录1 .................................................................................................................................. 64
附录2 .................................................................................................................................. 72
参 考 文 献
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