高粘度乳化炸药柱塞式输送泵及其工作方法与流程

本发明涉及泵送设备，尤其涉及一种高粘度乳化炸药柱塞式输送泵及其工作方法。

背景技术：

1、随着地下矿山及隧道工程机械化装药的发展，散装乳化炸药或乳胶基质逐渐应用于炮孔装药作业。现有井下装药设备通常采用装药泵直接从料箱吸取乳化炸药或乳胶基质，再将物料输送至炮孔内。

2、然而，乳化炸药及乳胶基质的粘度较高、流动性较差，在采用自然吸料方式时，装药泵容易出现吸料不充分、泵腔不能充满的问题，导致泵的容积效率降低；同时，物料温度、料箱料位等因素还会对实际吸料量产生影响，使每一输送行程对应的实际输送量发生波动，进而影响装药计量精度、装药连续性及装药密度。尤其对于隧道掘进和平巷炮孔，单孔装药量通常较小，对输送量及停止位置的控制精度要求较高，现有输送方式较难兼顾高粘度物料的可靠吸入、连续输送和定量装药需求。

3、此外，柱塞式输送机构在工作过程中需要频繁启停和换向，当活塞组件在行程中间位置停止或改变运动方向时，液压系统中的压力和流量会发生快速变化，运动部件自身的惯性也容易造成停止位置偏移或换向冲击。因此，如何提高高粘度乳化炸药的吸料稳定性，并在连续装药过程中实现较为准确的分段输送和稳定的启停、换向，仍是现有输送设备需要进一步解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高粘度乳化炸药柱塞式输送泵及其工作方法，能够降低中间停位及换向过程中的液压冲击和惯性位移，提高高粘度乳化炸药连续分段输送及装药控制的稳定性和准确性。

2、第一方面，本发明提出的一种高粘度乳化炸药柱塞式输送泵，包括驱动动力头、下泵体、输送活塞杆组件、入口单向阀、出口单向阀、位置传感组件以及行程缓冲组件；

3、所述驱动动力头与所述输送活塞杆组件传动连接，所述输送活塞杆组件的一端连接有下泵体活塞，所述下泵体活塞滑动设置于所述下泵体内，以通过所述下泵体活塞的往复运动改变所述下泵体的储料空间；

4、所述入口单向阀和所述出口单向阀分别设置于所述下泵体的进料侧和出料侧，所述入口单向阀包括随所述储料空间形成负压而开启的单向阀阀板以及限定所述单向阀阀板开启行程的限位结构，所述出口单向阀随所述储料空间内物料受压而开启；

5、所述位置传感组件包括相对设置的固定检测件和随所述驱动动力头的动力头活塞运动的移动检测件，用于根据所述固定检测件与所述移动检测件之间的相对位移检测所述输送活塞杆组件的实际运动行程；

6、所述行程缓冲组件包括第一先导油路控制缓冲器、第二先导油路控制缓冲器以及用于调节所述驱动动力头换向过程的电液换向阀缓冲组件，所述第一先导油路控制缓冲器和所述第二先导油路控制缓冲器分别作用于所述驱动动力头正、反向运动对应的两侧液压油路，用于对液压冲击进行吸收与压力平衡；

7、所述位置传感组件与所述行程缓冲组件相配合，使所述输送活塞杆组件能够在完整排料行程的中间位置停止，并能够由所述中间位置继续沿排料方向运动或者反向沿吸料方向运动。

8、优选地，所述下泵体活塞的侧壁中部设有高压格莱圈，所述下泵体活塞的上下两端嵌设有异形导向环，所述异形导向环与所述下泵体的内壁滑动配合，所述高压格莱圈与所述异形导向环共同保持所述下泵体活塞往复运动过程中的密封状态，以在所述下泵体活塞沿吸料方向运动时形成用于开启所述入口单向阀的负压。

9、优选地，所述入口单向阀包括入口单向阀座、单向阀阀板和阀板限位杆，所述入口单向阀座设有与所述下泵体的储料空间连通的进料通道，所述单向阀阀板可活动地设置于所述入口单向阀座朝向所述储料空间的一侧，并与所述入口单向阀座可分离地密封配合，所述阀板限位杆设置于所述单向阀阀板的开启方向上，用于限定所述单向阀阀板与所述入口单向阀座分离时的开启行程。

10、优选地，所述出口单向阀包括出口阀座、出口阀芯、钢珠和复位弹簧，所述出口阀芯设置于所述出口阀座内，所述出口阀座对应所述出口阀芯的进口处设有下台阶，所述下台阶具有与所述钢珠外表面相适配的密封面；所述出口阀芯靠近出口的一侧设有弹簧安装槽，所述复位弹簧设置于所述弹簧安装槽内并抵接所述钢珠，以使所述钢珠与所述下台阶抵接密封；所述出口阀芯内还设有上台阶，所述上台阶位于所述钢珠远离所述下台阶的一侧，所述上台阶用于限定所述钢珠远离所述下台阶移动时的位移；所述上台阶与所述钢珠相对的抵接部设有朝向所述出口阀芯内部凹陷的花瓣状过流部，以使所述钢珠在物料压力作用下移动至所述上台阶并压缩所述复位弹簧。

11、优选地，所述驱动动力头与所述输送活塞杆组件之间设有球头调心传动结构，所述球头调心传动结构包括球头杆、球头限制板和球杆座；所述球头杆的一端与所述驱动动力头的动力头活塞杆连接，所述球头杆的另一端设有球头部，所述球杆座设有与所述球头部相适配的球面承托部，所述球头部活动容纳于所述球杆座内并与所述球面承托部形成球面配合，所述球杆座远离球面承托部的一端与所述输送活塞杆组件连接；所述球头限制板设置于所述球头部背离所述球面承托部的一侧，并与所述球杆座连接，所述球头限制板设有供所述球头杆穿过的限位孔，所述限位孔用于限制所述球头部脱离所述球杆座，且所述球头杆与所述限位孔之间留有供所述球头杆相对于所述球杆座摆动的活动间隙，以使所述球头杆与所述球杆座在传递轴向驱动力的过程中能够通过相对摆动补偿所述驱动动力头与所述下泵体之间的轴线偏差。

12、优选地，所述驱动动力头与所述下泵体之间设有套杆定位组件，所述驱动动力头和所述下泵体的相对端部分别设有安装法兰，两所述安装法兰上设有相对设置的定位孔；所述套杆定位组件包括空心限位杆以及穿设于所述空心限位杆内的螺杆，所述空心限位杆设置于两所述安装法兰之间，且所述空心限位杆的两端分别伸入两所述安装法兰的定位孔内并与对应的定位孔形成定位配合，以限制所述驱动动力头与所述下泵体之间的径向相对位移；所述螺杆沿所述空心限位杆的轴向穿过所述空心限位杆并连接两所述安装法兰，以限制两所述安装法兰的轴向分离，从而通过所述空心限位杆与两所述定位孔的配合对所述驱动动力头和所述下泵体进行安装定位。

13、优选地，所述驱动动力头具有分别与所述动力头活塞两侧液压腔连通的第一工作油路和第二工作油路，所述第一先导油路控制缓冲器和所述第二先导油路控制缓冲器分别设置于所述第一工作油路和所述第二工作油路；所述第一先导油路控制缓冲器和所述第二先导油路控制缓冲器均包括缓冲溢流阀和补油单向阀，所述缓冲溢流阀设置于与对应工作油路连通的泄压支路上，以在对应工作油路的油压达到所述缓冲溢流阀的设定压力时导通所述泄压支路；所述补油单向阀设置于与对应工作油路连通的补油支路上，所述补油单向阀的导通方向朝向对应工作油路，以允许液压油经所述补油支路进入对应工作油路并限制液压油沿相反方向流动。

14、优选地，所述电液换向阀缓冲组件包括液动换向阀、换向控制部以及两个节流器；所述液动换向阀设有供油口、回油口以及分别与所述第一工作油路和所述第二工作油路连通的第一工作油口和第二工作油口，所述液动换向阀的阀芯两端分别形成第一液控腔和第二液控腔；所述阀芯能够在第一换向位置和第二换向位置之间移动，所述阀芯处于第一换向位置时，所述供油口与所述第一工作油口连通，所述第二工作油口与所述回油口连通；所述阀芯处于第二换向位置时，所述供油口与所述第二工作油口连通，所述第一工作油口与所述回油口连通；所述换向控制部设有第一控制接口和第二控制接口，所述第一控制接口通过第一控制油路与所述第一液控腔连通，所述第二控制接口通过第二控制油路与所述第二液控腔连通，两个所述节流器分别串联设置于所述第一控制油路和所述第二控制油路中；所述换向控制部具有两个控制状态，在其中一个控制状态下，第一控制接口作为控制油进油端，第二控制接口作为控制油回油端，使控制油经所述第一控制油路及对应的节流器进入所述第一液控腔，同时使所述第二液控腔内的控制油经所述第二控制油路及对应的节流器排出，阀芯移动至所述第一换向位置；在另一个控制状态下，第一控制接口作为控制油回油端，第二控制接口作为控制油进油端，使控制油经所述第二控制油路及对应的节流器进入所述第二液控腔，同时使所述第一液控腔内的控制油经所述第一控制油路及对应的节流器排出，阀芯移动至所述第二换向位置。

15、第二方面，本发明提出的一种高粘度乳化炸药柱塞式输送泵工作方法，包含上述高粘度乳化炸药柱塞式输送泵任意一种方案，所述工作方法如下：

16、s1：驱动输送活塞杆组件沿吸料方向运动，使下泵体的储料空间增大并形成负压，所述入口单向阀在所述负压作用下开启，所述出口单向阀依靠钢珠的自身重力及复位弹簧提供向下的弹力将钢珠与出口阀座的下台阶密封面接触使出口单向阀关闭，以将高粘度乳化炸药吸入所述储料空间；

17、s2：根据当前炮孔的目标装药量驱动所述输送活塞杆组件沿排料方向运动，使所述入口单向阀内的单向阀阀板受物料流动产生的液力作用下压与入口单向阀座的密封面接触后将入口单向阀关闭、所述出口单向阀开启，并通过位置传感组件检测所述输送活塞杆组件的实际运动行程，当所述实际运动行程达到与当前炮孔的目标装药量对应的排料行程时，使所述输送活塞杆组件停止于完整排料行程的中间位置，并使未排出的高粘度乳化炸药保留于所述储料空间内；

18、s3：完成当前炮孔的排料后，根据所述输送活塞杆组件的当前停止位置所对应的剩余储料状态以及下一炮孔的目标装药量，确定后续操作模式，若剩余储料大于等于下一炮孔的目标装药量执行步骤s2，若剩余储料小于下一炮孔的目标装药量执行步骤s4；

19、s4：使所述输送活塞杆组件由当前停止位置反向沿吸料方向运动，在保留所述储料空间内已有高粘度乳化炸药的状态下进行补充吸料，补料完成后，执行步骤s5；

20、s5：重复步骤s2-s4，直至完成所有炮孔装药工作。

21、优选地，在所述输送活塞杆组件停止于完整排料行程的中间位置时，通过第一先导油路控制缓冲器和第二先导油路控制缓冲器对所述驱动动力头对应工作油路中的液压冲击进行缓冲；在所述输送活塞杆组件由所述中间位置反向沿吸料方向运动时，通过所述第一先导油路控制缓冲器和所述第二先导油路控制缓冲器对所述驱动动力头换向过程中产生的液压冲击进行缓冲，并通过电液换向阀缓冲组件的节流器限制液动换向阀的阀芯在两个换向位置之间的移动速度。

22、本发明中的有益效果是：

23、（1）通过下泵体活塞的往复运动形成储料空间，并配合入口单向阀和出口单向阀实现高粘度乳化炸药的吸料与排料，有利于提高高粘度物料吸入和输送过程的稳定性；

24、（2）通过位置传感组件检测输送活塞杆组件的实际运动行程，可使输送活塞杆组件根据炮孔目标装药量停止于完整排料行程的中间位置，从而实现分段定量排料，并在下泵体内保留未排出的乳化炸药，便于连续完成多个炮孔的装药；

25、（3）在当前炮孔排料完成后，可根据剩余储料状态与下一炮孔的目标装药量选择继续排料或由当前中间位置反向补充吸料，无需每完成一个炮孔均执行完整的吸料、排料循环，有利于提高连续装药效率；

26、（4）通过分别作用于驱动动力头两侧工作油路的先导油路控制缓冲器，对停止及换向过程中产生的液压冲击进行泄压和补油，并通过电液换向阀缓冲组件限制换向阀芯的移动速度，可减小中间停位及反向运动时的液压冲击和惯性位移，提高输送过程的平稳性及位置控制精度；

27、（5）通过球头调心传动结构与套杆定位组件配合，可在安装时对驱动动力头与下泵体进行定位，并在传递轴向驱动力过程中补偿二者之间的轴线偏差，从而减小不同轴对活塞杆组件传动及密封结构造成的不利影响。