乳化液被誉为井下支护设备的血液,在煤矿中有着重要作用。乳化液浓度是影响其使用性能的关键因素,因此需要对配制乳化液的浓度进行准确控制。传统的乳化液手动法配比和机械配比法由于配比精度低,操作复杂等缺点已被逐渐淘汰,现多用自动配液的方式。自动配液系统主要有双缸定比配液系统、自力式自动配比系统、单片机控制配液系统以及PLC控制配液系统。双缸定比配液系统由于缺少传感器,无法对系统的配比浓度进行监控;而自力式自动配比系统由于井下风压、水压不稳定,配比精度无法保障;单片机控制的自动配液系统多为开环控制;而PLC控制的自动配液系统由于浓度传感器在使用过程易受污染影响精度,故设计时不用浓度传感器直接测量,而采用液位传感器的方式对乳化液浓度进行间接测量,实质上乳化液充分混合后,浓度传感器在清洁的情况下对系统乳化液浓度的精度把控远高于液位传感器,因此自动配液系统的改进需解决乳化液充分混合以及浓度传感器污染的问题。基于以上问题,本文对乳化液自动配比系统做了以下几方面的研究。首先对配液装置整体进行了设计,配液装置集乳化液箱和乳化油箱于一体,且为了整体美观,将各类执行机构和传感器都嵌于配液装置内部,各类器件在箱体内部都通过钢管走线并汇总到接线盒内,配液装置整体结构紧凑、简洁、美观。同时对配液装置进行了壁厚优化,在满足使用条件的基础上使箱体轻量化,节省成本的同时减少井下工人劳动量。接着对乳化液混合起关键作用的搅拌器进行数值模拟,比较圆盘式四直叶涡轮搅拌器、圆盘式45°涡轮搅拌器以及开式45°涡轮搅拌器完成配液的混合时间和能量消耗,结果表明开式45°涡轮搅拌器作用下,液箱体内部湍流强度最为均匀,混合完成时间最短以及混合消耗能量最少。同时就搅拌器的不同安装高度对乳化液混合的影响进行了数值分析,当桨叶距底高度为250mm时,乳化液整体混合完成所需时间最短。其次就浓度传感器的堵塞问题进行了探究,不同安装位置以及箱体堵板不同的开孔形式在搅拌器的剪切作用下,都不足以对浓度传感器起到冲洗的作用,故需要设置冲洗装置进行传感器的清洗。通过对比不同喷嘴的轴向速度分布以及传感器感光元件壁面的动压和打击力,得出角型喷嘴形成的壁面动压和打击力最大,并在入口直径为8mm、收缩角α为13°、出口直径d为4mm、出口扩散角β为20°以及入口压力为3MPa的参数条件下对浓度传感器起到良好冲洗效果的结论。最后设计了基于浓度传感器直接测量的自动控制系统,完成了相应程序编写和画面组态。系统经地面试验和实际井下运行验证均取得良好的效果。