专利名称：气动柱塞式灌浆泵和配浆机及自动配浆灌浆设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灌浆工程用的配浆灌浆设备，特别是一种气动柱塞式灌浆泵和配浆机及自动配浆灌浆设备。
灌浆工程，特别是化学灌浆工程是一项非常复杂的工程，灌浆初期需要较大注浆流量和较小的压力，此时，需要灌浆设备提供较大功率和较小的压力，灌浆后期，需要较小的注浆流量和较大的压力，此时，需要灌浆设备提供较小的功率和较大的压力，而且要求注浆流量和压力要连续可调，避免产生浆压脉动现象。有些化学灌浆浆材为多组分，需随配随用，因此要求灌浆设备能进行双液法或多液法自动灌浆。
目前，广泛用于水电、冶金、煤炭、石油、交通、城建等领域的自动灌浆设备分为气压式、齿轮泵式、螺杆式和柱塞式四类，而柱塞式灌浆泵又有电动偏心轮驱动和液压驱动两种形式。其中气压式灌浆泵采用压缩气体直接驱动灌浆浆材，属于直接作用式，工作范围有限，浆压输出压力只能等于或小于供气压力(最高压力一般为0.6～1.0MPa)，工作压力范围有限，而现有齿轮泵式、螺杆式和柱塞式几种类型的灌浆泵虽可达到较高工作压力(可达20MPa)，但是由于采用定功率灌浆，即使灌浆量较小时，也需要较大功率维持高压，因此存在能源损耗大、设备发热、易损坏、结构复杂、清洗不便、重量大、压力调节复杂、低压时不能准确控制、浆压脉动等缺点，且无专门任意比例可调的配浆设备，无法实现自动化学灌浆。
本发明的目的就是针对上述产品的缺陷，提供一种结构简单，重量轻，能耗低，压力连续可调，输出浆压稳定，清洗维修方便的气动柱塞式灌浆泵，以弥补上述产品的不足。
本发明的另一目的，就是针对目前尚无专门任意比例可调的配浆设备，提供一种气动式柱塞式配浆机。
本发明还有一目的，就是提供一种可实现自动化学灌浆的自动配浆灌浆设备。
气动柱塞式灌浆泵的技术方案是这样实现的它由驱动气缸、工作液缸和活塞组成，其特征是驱动气缸上装有减压调压阀，换向电磁阀和行程控制开关，换向电磁阀通过进气管与驱动气缸的进气口连接，工作液缸端头装有单向进浆阀和单向出浆阀，驱动气缸通过活塞杆与工作液缸连接，压缩气体经减压调压阀，换向电磁阀后进入驱动气缸，推动活塞杆带动工作液缸的活塞往复运动；工作液缸的端头采用旋盖密封，单向进出浆管通过旋盖与工作液缸相连。
本发明通过变换驱动气缸和工作液缸的缸径比，以及调节减压调压阀，来实现液缸输出压力范围的扩大，采用0.1～1.0MPa驱动气压，可实现0.01～20MPa范围内压力的准确控制。其工作原理如下设减压调压阀的调压系数为α，驱动气压为P0，驱动气缸缸径为D，工作液缸的缸径为d，工作液缸输出压力为P，则P=α×P0×(Dd)2]]>即通过变换驱动气缸与工作液缸的缸径比(D/d)和调压系数(α)的大小即可调节输出浆压的大小。
气动柱塞式灌浆泵还可通过以下更优的技术方案实现即采用双缸或多缸泵通过交替往复控制电路(图7)控制灌浆泵交替吸浆、压浆，这样可避免单缸灌浆泵在吸浆行程时间内输出浆压的回落，保证浆压稳定。如图3、图7所示，以双缸气动柱塞式灌浆泵为例，将行程开关22、23、25、24分别接在交替往复控制电路的开关K1、K2、K3、K4上，换向阀20、21分别接在F1、F2位置，通过(图7)控制电路进行控制。
气动柱塞式配浆机的技术方案是这样实现的它是根据配浆组分的多少，选用多台气动柱塞式灌浆泵同步运行，各柱塞式灌浆泵的出浆管均与雾化器连接，雾化器通过管道与储浆桶相通。如图4、图6所示，将行程开关28、29、30、31分别接在同步往复控制电路的开关KA1、KA2、KB1、KB2上，换向阀26、27分别在FA、FB位置，通过(图6)控制电路进行控制。
本发明将多台气动柱塞泵组合使用，调节各泵间驱动气缸的行程及工作液缸缸径的比例，采用同步往复控制电路驱动其同步往复，组成任意比例(1∶1～1∶30)连续可调的气动柱塞式配浆机。其结构特征为在于行程可调的驱动气缸推动工作液缸；各泵的工作液缸缸径，根据组分比例有所不同；控制电路驱动各泵同步往复运动；雾化混合器使各组分均匀混合；驱动气缸行程可在设备运行过程中不停机进行调节。以两组分配浆机为例，其比例调整的原理如下设A组分对应柱塞泵柱塞行程为LA，工作液缸的直径为dA，柱塞泵一次往复压出A组分体积为QA；B组分对应柱塞泵柱塞行程为LB，工作液缸的直径为dB，柱塞泵一次往复压出B组分体积为QB。因控制电路控制两个柱塞泵同步往复，则A、B组分配浆比例为QAQB=π(dA/2)2×LAπ(dB/2)2×LB=(dAdB)2×(LALB)]]>即通过选配合适的工作液缸缸径比(dA/dB)，并调整柱塞行程比(LA/LB)即可准确控制A、B组分配浆比例。
自动配浆灌浆设备的技术方案采用以下技术方案实现它是由气动式柱塞式配浆机和气动柱塞式灌浆泵串联组成，气动柱塞式灌浆泵的进浆管直接与配浆机的储浆桶连接。
本发明的有益效果如下1、本发明采用压缩气体作驱动力，无须电动机、高压油泵、油箱及设备冷却装置，因此结构简单，重量轻，搬运方便，无油污污染。且能在断电条件下持续工作。
2、本发明采用气压驱动，设备能量消耗以压缩气体的耗量计算，输出压力越高，输出浆量越大，则压缩气体耗量越大，可适应大范围灌浆实际功率的变化，能量损耗很少，由于气体的压缩储能作用，在高压小灌量情况下，压缩气体消耗极少，不会导致设备的升温，甚至压缩气体的采用还带来膨胀制冷的效果，在实际操作中产生设备的降温现象。气动柱塞式灌浆设备具备低功耗的优点。
3、采用气压驱动的柱塞泵，压力调节操作简单、输出浆压稳定。
4、采用压缩气体作为动力源且控制电路为小于36V的低电压，避免电动机等大功率用电部件，设备安全性增强，可适应水电、煤炭、石油等领域施工现场潮湿、供电能力无保证的施工条件。
5、化灌浆材可能污染、腐蚀密封件，活塞上的密封件需经常更换、驱动气缸与工作液缸为分离结构，且工作液缸进出浆端头采用旋盖设计，清洗拆卸方便。工作液缸即使损坏，只需要更换液缸部件，维修成本较低。
6、能进行双液法或多液法灌浆，浆材各组分的比例能够在机械运行过程中调节，即在不停机的情况下调节。
7、组成自动配浆-灌浆设备，整个系统做到密闭操作，可避免浆材中刺激，有毒的气体危害人体健康。
以下结合附图对本发明做进一步描述。
图1为单缸气动柱塞式灌浆泵结构示意图；图2为同一驱动气缸装配不同缸径的工作液缸三种典型情况示意图；图3为双缸气动柱塞式灌浆泵结构示意图；图4为两组分气动柱塞式配浆机结构示意图；图5为单缸气动柱塞式灌浆泵自动往复控制电路图；图6为两组分气动柱塞式配浆机同步往复控制电路图；图7为双缸气动柱塞式灌浆泵交替往复控制电路图；图8为自动配浆灌浆设备组合示意图。
1、减压调压阀2、换向阀 3、4、行程开关 5、磁环6、密封圈7、进气口 8、气缸活塞 9、活塞杆 10、驱动气缸 11、进气口 12、液缸活塞 13、工作液缸 14、旋盖 15、单向进浆阀16、单向出浆阀 17、储浆桶 18、雾化混合器 19、储浆桶气动柱塞式灌浆泵的工作过程是这样的如图1所示气动柱塞式灌浆泵驱动气源(0.1～1.0MPa压缩气体或其它气体)通过减压调压阀1进行压力调整供给换向电磁阀2，换向电磁阀2在自动往复控制电路(图5)的控制下，交替向驱动气缸两个通气口7、11供气，驱动气缸活塞8在压缩气体驱动下自动往复运动；工作液缸端头14装有单向进浆阀15和单向出浆阀16，工作液缸活塞的往复运动，导致工作液缸不断产生从储浆桶17吸浆、向灌浆管压浆的循环过程；气动柱塞式灌浆泵可装配不同直径的工作液缸缸体和活塞，若需提供比驱动气源压力更高的浆压，则应采用比驱动气缸直径更小的工作液缸，并配合减压调压阀1的调整范围，使其在要求浆压下能准确、稳定；若需提供比驱动气源压力低的浆压，则首先利用减压调压阀进行调节，若要求稳压范围低于减压调压阀的稳定工作范围，则采用比驱动气缸直径更大的工作液缸，再配合减压调压阀进行调整。图5电路由低压直流电源向电路供电，其中JA、JB为继电器，JA1为JA的常闭触点，JB1、JB2为JB的两组常开触点，K1、K2为图1中对应的行程开关3、4，F为图1中对应的换向阀2。换向阀2有两种状态断电状态和通电状态，对应供气通路的两种情况断电状态向进气口11供气，进气口7与大气相通，气缸活塞8在气压驱动下移向磁感开关4，开关4变为闭合状态；若此时向图5电路供电，则JB吸合，JB上常开触点JB1、JB2也随之吸合，改变换向阀F的通电状态，转为向进气口7供气，进气口11与大气相通的状态。活塞8在气压驱动下向行程开关3方向移动，开关4因活塞8的远离又变为开的状态。而此时JA1、JB1仍为闭合状态，持续向JB供电，保持其吸合状态，JB2也保持吸合状态，向换向阀2供电。因此活塞8持续向开关3移动，直至抵达开关3部位；开关3由于活塞8上磁环5的作用转为闭合状态，向JA供电，JA吸合，引起JA上常闭点JA1变为开；向JB供电断路，JB离合，引起JA上常闭点JA1变为开；向JB供电断路，JB离合，引起JB2断开，向换向阀2供电断路，则换向阀2转为向进气口11供气，进气口7与大气相通的状态。活塞也随之向开关4方向移动，直至抵达开关4完成一次往复，抵达开关4后，引起开关4状态改变，开始新一次往复。因此该电路可实现自动换向控制。
以上叙述的是单缸泵的工作过程，为避免单缸泵在吸浆行程时间内输出浆压的回落，可用两台或多台单缸泵通过交替往复控制电路(图7)控制交替吸浆、压浆(图3)。图7中JA、JB为继电器，JA1为JA的常闭触点，JB1、JB2为JB的常开触点，K1、K2、K3、K4分别为图3中对应的行程开关22、23、25、24，F1、F2分别为两泵的换向阀20、21。图7交替往复控制电路的工作过程是这样的在断状态下，换向阀20、21的状态是使活塞分别靠近开关22、25，向电路供电时，开关22、25为闭合状态，则向JB供电，JB吸合，则JB1、JB2闭合，JB1起自锁作用，此时22、25即使断开仍可保持JB的吸合。JB2的闭合使换向阀30、31供电状态变化，其供气状态发生变化，推动活塞分别向开关23、24移动。当23、24同时变为闭合状态时，JA吸合，导致其常闭触点JA1的断路，引起JB的断电离合，JB2触点随之断开，换向阀20、21断电，活塞运动方向发生改变，分别向开关22、25移动，直至22、25同时闭合，又开始下一次的交替往复运动。本电路的特点是将两泵的不同端的行程开关23、24串联，22、25串联，使活塞交替往复运动。
气动柱塞式配浆机的工作过程如下如图4，气动柱塞式配浆机是由多台气动柱塞泵组合而成，其个数由浆材配方中组分个数决定。以两组分浆材配浆机为例，由两台气动柱塞泵组合而成，两台泵分别从两种组分的储浆桶中吸浆，通过单向进浆阀进入工作液缸中；自动往复控制电路(图6)可控制两台泵同步进行往复运动；两台工作液缸的缸径根据两组分间的比例选定若两组分比例相差不大，可采用相同缸径的工作液缸，仅通过调整工作液缸的行程来调整两组分的比例；若两组分比例相差较大，则应采用不同缸径(dA/dB)的工作液缸并配合行程的调整进行两组分比例的准确调整。每组分工作液缸行程的调整是通过调整驱动气缸的行程开关间距(LA、LB)进行的，行程开关28、29、30、31为磁感应开关，位于驱动气缸缸体外部，其间距可在气动柱塞泵运行过程中方便地进行调整。两台泵分别压出的浆材通过雾化混合器18混合均匀后进入储浆桶19备用。同步往复控制电路图6中JA、JB、JC、JD、JE为继电器，JA1、JA2为JA的常开触点，JB1为JB的常闭触点，JC1为JC的常开触点，KA1、KA2、KB1、KB2为图4中对应的行程开关28、29、30、31，FA、FB为图4中对应的换向阀26、27。该电路的工作是这样的在未向电路供电情况下，换向阀26的状态为将活塞向开关28方向推动，并停留在开关28的位置；换向阀27将活塞推向开关30位置，则开关28、30在断电状态下呈闭合状态。当向设备供电供气时，开关28、30闭合向JA供电，JA闭合，其触点JA1、JA2也随之闭合，则JB1、JA1闭合向JD供电，JA2、JC1闭合向JE供电，JD、JE则闭合。同时JD1、JE1、JD2、JE2也随之闭合，JD2、JE2的闭合引起两换向阀26、27供电状态的变化，两活塞分别向开关29、31移动，28、30又恢复断路状态，JA上JA1、JA2两触点又断开，但由于JD1、JE1触点在电路中的自锁作用，JD、JE仍吸合，保持JD2、JE2的吸合状态，26、27仍维持通电状态，活塞继续向29、31移动，直至它们分别抵达开关29、31位置，开关39、31闭合，分别导致JB、JC闭合，则常闭触点JB1、JC1分别断开，引起JD、JE供电状态的变化，导致JD2、JE2断路，则换向阀26、27分别断电换向，两活塞又向开关28、30移动，直至活塞都抵达开关28、30位置，开关28、30同时闭合，向JA供电，开始下一次循环往复，由于开关28、30的串联方式使两泵活塞每一次往复运动同步开始，使两泵的往复次数保持一致。
自动配浆灌浆设备的工作过程为配浆机和灌浆泵工作过程的总合。
权利要求
1.一种气动柱塞式灌浆泵，它由驱动气缸、工作液缸和活塞杆组成，其特征是驱动气缸上装有减压调压阀，换向电磁阀和行程控制开关，换向阀通过进气管与驱动气缸的进气口连接，工作液缸端头装有单向进浆阀和单向出浆阀，驱动气缸通过活塞杆与工作液缸连接，压缩气体经减压调压阀、换向电磁阀后进入驱动气缸，推动活塞杆带动工作液缸的活塞往复运动。
2.如权利要求1所述的气动柱塞式灌浆泵，其特征是工作液缸端头采用旋盖密封。
3.如权利要求1所述的气动柱塞式灌浆泵，其特征是驱动动力为0.1～1.0MPa的压缩空气、氮气和惰性气体。
4.如权利要求1所述的气动柱塞式灌浆泵，其特征是行程控制开关为磁感应行程控制开关。
5.如权利要求1所述的气动柱塞式灌浆泵，其特征是可采用两台或多台单缸泵，通过交替往复控制电路控制灌浆泵交替吸浆、压浆。
6.如权利要求5所述的气动柱塞式灌浆泵，其特征是交替往复控制电路是将两泵或多泵不同端的行程开关串联而组成控制电路。
7.利用权利要求1所述的气动柱塞式灌浆泵所组成的配浆机，其特征是它由多台气动柱塞式灌浆泵并联组成，采用同步往复控制电路将多台气动柱塞式灌浆泵同端的行程开关串联而组成控制电路，控制多台气动柱塞式灌浆泵同步运行，各柱塞式灌浆泵的出浆管均与雾化器连接，雾化器通过管道与储浆桶相通。
8.如权利要求7所述的配浆机，其特征是各工作液缸的缸径根据各组分的比例选定。
9.如权利要求7或8所述的配浆机，其特征是可通过调整各驱动气缸的行程开关间距来调整各组份工作液缸的行程。
10.利用权利要求1的气动柱塞式灌浆泵和权利要求7的配浆机所组成的自动配浆灌浆设备，其特征是它由配浆机和气动柱塞式灌浆泵串联组成，气动柱塞式灌浆泵的进浆管直接与配浆机的储浆桶连接。
全文摘要
本发明公开了一种气动柱塞式灌浆泵、配浆机和自动配浆灌浆设备。气动柱塞式灌浆泵由驱动气缸、工作液缸和活塞杆组成,其特征是:驱动气缸上装有减压调压阀,换向电磁阀和行程控制开关,换向电磁阀通过进气管与驱动气缸的进气口连通,工作液缸端头装有单向进浆阀和单向出浆阀,驱动气缸通过活塞杆与工作液缸连接,压缩气体经减压调压阀、换向电磁阀进入驱动气缸,推动活塞杆带动工作液缸的活塞往复运动,它解决了现有灌浆设备能耗高,浪费大,体积重,结构复杂,压力调节繁琐,浆压脉动等问题。利用多台气动柱塞式灌浆泵可组成任意比例可调的配浆机和自动配浆灌浆设备,它具有能耗低,重量轻,压力调节简单,输出浆压稳定,可任意调节配浆比例的特点,可广泛用于水电、煤炭、石油、交通、城建等领域的自动灌浆,特别是化学灌浆工程。
文档编号F04B49/06GK1321835SQ0111425
公开日2001年11月14日 申请日期2001年6月7日 优先权日2001年6月7日
发明者黄循锦, 李昵 申请人:黄循锦