一种井下注浆泵的制作方法

本发明属于井下注浆泵技术领域，具体涉及一种可以自动往复运动的井下注浆泵。

背景技术：

施工钻孔是探明地质构造、煤层赋存、解决矿井瓦斯、水、顶底板等灾害的必要方法。而对于钻孔的注浆封孔也是必不可少的步骤，目前，矿井对于钻孔的注浆封孔常用的设备为气动注浆泵。气动注浆泵主要是利用井下的压缩空气，推动气缸活塞在气缸中进行往复运动，由气缸活塞带动注浆活塞进行往复运动，实现浆液的吸入、注浆的动作。但现有的气动注浆泵，在井下的压缩空气动力不足情况下，会导致注浆压力受限，所以经常需要单独配备压缩设备及压缩空气管路，增加了注浆封孔的成本，而且传动装置复杂、故障率高，体形臃肿笨重，井下转移困难。为解决此问题，现有技术中出现了液压注浆泵，其虽然可以解决气动注浆泵的一些不足，但其需要专门配置液压配流装置，整个系统显得复杂，同样在使用过程中故障率高、移动不便。

技术实现要素：

为了解决目前常规结构形式井下注浆泵存在的上述问题，本发明提出了一种全新结构形式的井下注浆泵。该井下注浆泵包括壳体、缸筒、活塞、第一柱塞、换向组件和第一弹簧；所述第一柱塞和所述活塞固定连接并且同步运动；

所述壳体的内部设有相互独立的控制室和第一工作室，所述壳体上设有p口、t口、第一进液口和第一出液口，并且p口与进油管连接，t口与出油管连接；

所述缸筒位于所述壳体内部，并且可以相对于所述壳体进行轴向往复移动，所述缸筒与所述壳体之间设有独立的第一控制腔和第二控制腔，并且分别位于所述缸筒的两端，所述第一控制腔和第二控制腔均与t口相连通；所述缸筒上设有沿轴向分布的第一油孔和第二油孔，并且所述第一油孔和所述第二油孔与p口、t口和第二控制腔交替连通；其中，所述第一油孔与p口连通时，所述第二油孔与t口连通，所述第二油孔与p口连通时，所述第一油孔与第二控制腔连通；

所述活塞位于所述缸筒内部，并且可以相对于所述缸筒进行轴向往复移动；所述活塞将所述缸筒内部分割为沿轴向的第一控制室和第二控制室，并且所述第一控制室和所述第二控制室分别与所述第一油孔和所述第二油孔连通；

所述第一柱塞位于所述第一工作室中，并且所述第一液口和所述第一出液口同时与所述第一工作室连通；

所述换向组件滑动设置所述缸筒内部，并位于所述缸筒的左端，所述换向组件向左移动时，可带动所述缸筒向左移动；所述第一弹簧位于所述第一控制腔内，所述第一弹簧一端抵在所述壳体上，另一端抵在所述缸筒上，使所述缸筒保持向右移动的趋势；

所述活塞相对于所述缸筒移动至右端位置时，所述第一控制室内压力上升，第一控制室内的压力推动换向组件向左移动，进而带动所述缸筒相对于所述壳体向左移动，使第二油孔与p口连通且第一油孔与第二控制腔连通，第二控制腔内的回油背压使所述缸筒保持在左端位置；所述活塞相对于所述缸筒移动至左端位置时，第二控制腔内的回油背压消失，第一弹簧推动所述缸筒相对于所述壳体向右移动，使第一油孔与p口连通且第二油孔与第一控制腔连通，第一弹簧使所述缸筒保持在右端位置。

优选的，所述壳体上设有第一油路、第二油路和第三油路；

所述第一油路的一端与第一控制腔连通，另一端与t口连通；所述第二油路的一端与第二控制腔连通，另一端与t口连通；所述第三油路的一端与所述第二控制腔连通，另一端与所述第一油孔选择连通。

进一步优选的，所述第二油路上设有节流孔。

进一步优选的，所述换向组件包括套筒和第二弹簧，所述套筒滑动设在所述缸筒内，所述第二弹簧一端抵在所述壳体上，另一端抵在所述套筒上，使套筒保持向右移动的趋势。

进一步优选的，在所述缸筒的两端面位置分别设有一个环形凹槽，两端的环形凹槽分别为所述第一控制腔和所述第二控制腔的一部分，所述左端环形凹槽内固定安装有左挡环，当所述套筒向左移动时，通过所述左挡环带动所述缸筒向左移动；所述壳体内还固定安装有左挡圈，所述左挡圈用以对所述左套筒进行右限位。

进一步优选的，所述活塞采用台阶结构形式，并且两侧的台阶分别为所述第一控制室和所述第二控制室的一部分。

优选的，所述壳体上设有第一连接槽；所述第一连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与所述p口保持连通。

优选的，所述壳体上设有第二连接槽；所述第二连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，所述第二连接槽一端与所述第三油路的一端保持连通，所述第二连接槽另一端与所述第一油孔选择连通；所述壳体上设有第三连接槽；所述第三连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，所述第三连接槽与t口保持连通。

优选的，该井下注浆泵还包括第二柱塞，所述壳体内部还设有与所述控制室和所述第一工作室相互独立的第二工作室，并且所述壳体上还设有第二进液口和第二出液口；所述第二柱塞与所述活塞固定连接并且同步运动；所述第二柱塞位于所述第二工作室中，并且所述第二进液口和所述第二出液口同时与所述第二工作室连通。

优选的，所述壳体采用分体式结构，两端分别为可拆卸的端盖。

相较于现有结构形式的井下注浆泵，本发明的井下注浆泵具有以下有益技术效果：

1、在本发明中，通过在壳体上分别设置与进油管连接的p口以及与出油管连接的t口，并且p口和t口与活塞两侧的控制室进行交替连通，从而借助高压油液驱动活塞进行轴向往复移动，进而带动第一柱塞和第二柱塞往复进行压缩做功。同时，当活塞移动至控制室终端位置时，利用换向组件和第一弹簧驱动缸筒相对于壳体进行的轴向移动，达到高压油液对活塞两侧交替施加液压作用力的切换，实现对活塞进行轴向往复交替移动的驱动，达到第一柱塞和第二柱塞进行自动吸液和排液的目的。这样，在的液压油控制下就可以实现活塞的自动往复移动，改变了现有常规注浆泵依靠换向阀才能实现的往复动作情况。

2、在本发明中，通过在壳体和缸筒上设置相互关联的油路和油孔，从而实现缸筒相对于壳体进行相对轴向移动过程中，完成对p口和t口与活塞两侧控制室的交替连通切换。这样，不仅可以完全省去现有自动换向过程中对电磁换向阀的使用和控制要求，降低了成本和控制复杂度，而且通过在壳体、缸筒和活塞上分别设置多个不同功能的结构，提高了对零部件的使用率，减小了整个注浆泵的体积，减少了零部件使用量，从而实现了整个井下注浆泵的高集成度。

附图说明

图1为本实施例井下注浆泵中活塞向第二控制室方向移动过程的结构示意图；

图2为图1中的a-a剖面结构示意图；

图3为本实施例井下注浆泵中活塞向第一控制室方向移动过程的结构示意图；

图4为图3中的a-a剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

结合图1所示，本实施例井下注浆泵，包括壳体1、缸筒2、活塞3、第一柱塞41、第二柱塞42、换向组件和第一弹簧62。其中，沿轴线方向，第一柱塞41和第二柱塞42分别位于活塞3的两侧，并且与活塞3固定连接。

壳体1为中空形结构，并且在壳体1的内部设有相互独立的控制室、第一工作室9和第二工作室10，并且第一工作室9和第二工作室10分别位于控制室的两侧。壳体1上设有p口、t口、第一进液口11、第一出液口12、第二进液口13和第二出液口14。其中，p口与进油管连接，t口分别与出油管连接，在第一进液口11、第一出液口12、第二进液口13和第二出液口14中分别安装相应的吸液单向阀和出液单向阀，从而实现各个液口相应的单向进液和单向排液功能。

第一柱塞41与壳体1滑动连接，并且沿轴向伸至第一工作室9中。在活塞3往复轴向移动的带动下，第一柱塞41的端部在第一工作室9中进行吸液和排液的压缩做功。第二柱塞42与壳体1滑动连接，并且沿轴向伸至第二工作室10中。在活塞3往复轴向移动的带动下，第二柱塞42的端部在第二工作室10中进行吸液和排液的压缩做功。

缸筒2位于壳体1的内部，并且缸筒2的外表面与壳体1的内表面接触，可以相对于壳体1进行轴向的往复移动。缸筒2与壳体1之间设有独立的第一控制腔1a和第二控制腔1b，并且分别位于缸筒2的两端，第一控制腔1a和第二控制腔1b均与t口相连通。在缸筒2上设有沿轴向分布的第一油孔21和第二油孔22，并且第一油孔21和第二油孔22与p口、t口和第二控制腔1b交替连通。当第一油孔21与p口连通时，第二油孔22与t口连通；当第二油孔22与p口连通时，第一油孔21与第二控制腔1b连通。

活塞3位于缸筒2的内部，并且可以相对于缸筒2进行轴向往复移动。活塞3将缸筒2的内部分割为沿轴向的第一控制室23和第二控制室24，并且第一控制室23和第二控制室24分别与第一油孔21和第二油孔22保持连通。

换向组件滑动设置缸筒2内部，并位于缸筒2的左端，换向组件向左移动时，可带动缸筒2向左移动。第一弹簧62位于第一控制腔1a内，第一弹簧62一端抵在壳体1上，另一端抵在缸筒2上，使缸筒2保持向右移动的趋势。

当p口与第一油孔21连通时，将进油管的高压油液引流至第一控制室23，同时第二油孔22与t口连通，将第二控制室24中的油液引至出油管，从而使活塞3在第一控制室23中高压油液的作用下向第二控制室24的方向移动，实现第一工作室9吸液、第二工作室10的排液。待活塞3移动至第二控制室24的终端位置时，第一控制室23内压力上升，第一控制室内23内的压力推动换向组件向左移动，进而带动缸筒2相对于壳体1向左移动，使第二油孔22与p口连通且第一油孔21与第二控制腔1b连通，第二控制腔内1b的回油背压使缸筒2保持在左端位置，从而开始反向驱动活塞3向第一控制室23的方向移动。

当p口与第二油孔22连通时，将进油管的高压油液引流至第二控制室24，同时第一油孔21与第二控制腔1b连通，将第一控制室23中的油液经第二控制腔1b后引流至出油管，从而使活塞3在第二控制室24中高压油液的作用下向第一控制室23的方向移动，实现第二工作室10吸液、第一工作室9排液。待活塞3移动至第一控制室23的终端位置时，第二控制腔1b内的回油背压消失，第一弹簧62推动缸筒2相对于壳体1向右移动，使第一油孔21与p口连通且第二油孔22与t口连通，第一弹簧62使缸筒2保持在右端位置，从而开始反向驱动活塞3向第二控制室24的方向移动。

结合图1所示，在本实施例中，壳体1上设有第一油路104、第二油路105和第三油路106,第一油路104的一端与第一控制腔1a连通，另一端与t口连通；第二油路105的一端与第二控制腔1b连通，另一端与t口连通,第三油路106的一端与第二控制腔1b连通，另一端与第一油孔21选择连通。

结合图1所示，在第二油路105上设有节流孔81。此时，借助节流孔81对通过的油液的节流效果，即对对第二油路105与第一控制室23之间油液流动的节流效果，可以保持第二控制腔1b中回油背压对缸筒2所产生指向第一控制腔1a方向的作用力，将缸筒2固定在第一控制腔1a的终端位置，保证活塞3向第一控制室23方向移动过程中，第二油孔22与p口以及第一油孔21与t口的稳定连接。

优选的，结合图1所示，在本实施例中，换向组件包括套筒51和第二弹簧61，套筒51滑动设在缸筒2内，第二弹簧61一端抵在壳体1上，另一端抵在套筒51上，使套筒51保持向右移动的趋势。

结合图1所示，在本实施例中，在缸筒2的两端面位置分别设有一个环形凹槽，两端的环形凹槽分别为第一控制腔1a和第二控制腔1b的一部分，左端环形凹槽内固定安装有左挡环7，当所述套筒51向左移动时，通过所述左挡环7带动所述缸筒2向左移动；所述壳体1内还固定安装有左挡圈8，所述左挡圈8用以对所述左套筒51进行右限位。

结合图1所示，在本实施例中，活塞3采用台阶结构形式，并且两侧的台阶分别为第一控制室23和第二控制室24的一部分。这样，当活塞沿轴向移动至终端位置时，借助活塞两侧的台阶可以使活塞与壳体之间继续保有第一控制室和第二控制室，从而快速引入高压油液并且迅速建立对活塞反方向驱动的作用力，提高活塞进行轴向反方向移动的反应速度，提高该液压缸进行往复运动的换向速度。

结合图1所示，在壳体1上还设有第一连接槽101。第一连接槽101采用沿轴向布设的环形槽结构形式，并且与p口保持连通。这样，在缸筒进行轴向移动过程中，即便发生圆周方向的转动，也可以保证p口与第一油孔或第二油孔的准确快速连通，从而保证该井下注浆泵工作过程的稳定可靠性。

结合图1所示，在壳体1上还分别设有第二连接槽102和第三连接槽103。第二连接槽102和第三连接槽103均采用环形槽结构形式，并且位于壳体1与缸筒2之间，其中，第二连接槽102一端与第三油路106的一端保持连通，第二连接槽102另一端与所述第一油孔21选择连通，第三连接槽103与t口保持连通。这样，在活塞进行轴向移动过程中，即便发生圆周方向的转动，也可以保证第二控制腔1b与第一油孔21以及t口与第二油孔22的准确快速连通，从而保证该井下注浆泵工作过程的稳定可靠性。

在本实施例中，通过在控制室的两侧分别设置第一工作室和第二工作室，并且将第一柱塞和第二柱塞的端部分别延伸至第一工作室和第二工作室中，从而实现了活塞往复移动过程中，第一柱塞和第二柱塞对第一工作室和第二工作室中液体的交替压缩做功，提高对液体的压缩做功效率。但是，在其他实施例中，完全可以根据不同的使用工况，将该井下注浆泵设计为只有一个工作室，即只保留一个柱塞对相应工作室中的油液进行压缩做功，这样就可以适当减小整个壳体的长度尺寸，缩小整个注浆泵的体积，形成单向液体压缩做功的结构形式。甚至，还可以将第一工作室和第二工作室依次设置在控制室的同一侧，并且将柱塞设计为台阶形结构，依次穿过第一工作室和第二工作室，从而形成单向压缩液体做功的形式，提高单向液体压缩做功效率。

此外，结合图1所示，在本实施例中，壳体1采用分体式结构，两端分别采用通过轴向螺栓连接的端盖结构形式。这样，不仅便于对整个壳体进行加工制造，尤其是对相关油路的加工，从而降低加工难度和成本，而且便于拆卸，提高组装效率和维护的便捷性。

结合图1至图4所示，本实施例的井下注浆泵进行工作时，p口与进油管连接，t口与出油管连接，具体工作过程如下：

当活塞3向第二控制室24方向移动，使第二工作室10排液、第一工作室9吸液时，进油管的高压油液依次通过p口、第一连接槽101和第一油孔21流至第一控制室23中，同时第二控制室24中的油液依次通过第二油孔22、第三连接槽103、t口流至出油管，从而使活塞3在第一控制室23和第二控制室24两侧油液压力差作用下，向第二控制室24的方向移动，实现第二工作室10排液、第一工作室9吸液。

在上述过程中，第一控制腔1a和第二控制腔1b中由于无油液流动，压力与t口压力相等，从而使缸筒2在第一弹簧62的作用下，固定在第二控制腔1b的终端位置，保持第一连接槽101与第一油孔21的稳定连通状态以及第二油孔22与第三连接槽103的稳定连通状态，保证活塞3向第二控制室24方向移动的稳定可靠性。

当活塞3移动至第二控制室24的终端位置，第一控制室23内的压力迅速上升，第一控制室23内的压力作用在套筒51上克服第二弹簧61的作用力，推动套筒51向左移动，进而通过左挡环7带动缸筒2向左移动，从而使进油管的高压油液依次通过p口、第一连接槽101、第二油孔22流至第二控制室24中，同时第一控制室23中的油液依次通过第一油孔21、第二连接槽102、第三油路106、第二控制腔1b、第二油路105流至出油管，由于第二控制腔1b中存在回油背压，从而使缸筒2在第二控制腔1b和第一控制腔1a两侧油液压力差作用下，向第一控制腔1a的方向相对于壳体1进行移动，将p口切换至与第二油孔22连通，将第一油孔21切换至与第二连接槽102连通，实现活塞3的换向操作。

当活塞3向第一控制室23方向移动，使第一工作室9排液、第二工作室10吸液时，进油管的高压油液依次通过p口、第一连接槽101、第二油孔22流至第二控制室24中，同时第一控制室23中的油液依依次通过第一油孔21、第二连接槽102、第三油路106、第二控制腔1b、第二油路105流至出油管，从而使活塞3在第一控制室23和第二控制室24两侧油液压力差作用下，向第一控制室23的方向移动，实现第一工作室9排液和第二工作室10吸液。

在上述过程中，第二控制腔1b中的油液通过第二油路105中的节流孔81流入t口，使第二控制腔1b中存在背压，而此时第一控制腔1a中由于无油液流动，压力与t口压力相等，从而使缸筒2在第二控制腔1b和第一控制腔1a两侧油液压力差作用下，固定在第一控制腔1a的终端位置，保持第一连接槽101与第二油孔22的稳定连通状态以及第一油孔21与第二连接槽102的稳定连通状态，保证活塞3向第一控制室23方向移动的稳定可靠性。

当活塞3移动至第一控制室23的终端位置，第二控制腔1b内的背压消失，第一控制腔1a和第二控制腔1b内的压力都与t口压力相等，第一弹簧62推动缸筒2向右移动，从而使进油管的高压油液依次通过p口、第一连接槽101、第一油孔21流至第一控制室23中，同时第二控制室24中的油液依次通过第二油孔22、第三连接槽103、t口流至出油管，实现活塞3的再次换向操作。

依次重复上述往复动作，实现该井下注浆泵在液压驱动下往复吸液、排液的做功。