測井車用兩種配置液壓系統Mooring控制的對比分析

勝偉，丁友林，熊麗君，李海濤，任科

(二機集團南陽華美石油設備有限公司，河南南陽473006)

測井車為油田的一種專用設備，該種設備上傳動系統目前主要采用REXROTH系統和SAUER ＆ DANFOSS ＆ DAIKIN (以下簡稱SAUER)系統兩種配置的液壓傳動系統，而液壓傳動系統中的Mooring控制系統隨著油田隨鉆及水平井等測試工作的增多，使其得到了廣泛的應用，但在實際使用過程中發現兩種配置的Mooring控制系統響應時間差別較大，下面分析引起差別的主要原因。

1 兩種配置Mooring控制原理圖

REXROTH系統及SAUER系統的Mooring控制原理分別如圖1、2所示。

圖1 REXROTH系統原理圖

2 Mooring控制的實現過程

兩種配置的液壓傳動原理一樣，其工作過程為:由變量油泵1與定(變)量馬達2組成閉式回路，定(變)量馬達2通過減速器(或減速器+鏈條)驅動絞車旋轉達到釋放或回收電纜的目的。通過油泵控制手柄3偏轉不同方向及角度對變量油泵1的伺服閥1.2 油路進行控制(SAUER系統為油泵控制手柄3對先導閥1.3控制，然后先導閥1.3 對伺服閥1.2 進行控制)，從而達到對變量油泵1 斜盤方向及角度的控制，最終控制定(變)量馬達2的旋轉方向及速度。

Mooring控制中，油泵控制手柄3 始終位于使絞車回收電纜的位置，通過遠程調壓閥5 (Remote Variable Pressure Limiter (RVPL))設定電纜上滿足工作要求的預張力，當有足夠大的外力向外拉電纜時，馬達變成油泵，使馬達高壓側的壓力進一步升高到足以將遠程調壓閥5 打開而使高壓油進入變量油泵1的伺服缸1.1的低壓側(高壓油過來后變成高壓側)，推動伺服缸1.1 內的活塞運動，帶動油泵斜盤越過中位變為相反的方向，絞車釋放電纜;由于變量泵1的伺服缸1.1 一般不能承受較高的壓力，通過背壓閥4 來設定進入伺服缸1.1的壓力油的壓力(REXROTH 系統中背壓閥設定壓力為5 MPa，SAUER系統中背壓閥設定壓力為2 MPa)。當向外拉電纜的力降到一定值時，遠程調壓閥5 關閉，變量油泵1的伺服缸1.1的原低壓側壓力降低，變量油泵1的伺服閥1.1 油路正常工作，絞車回收電纜。

圖2 SAUER系統原理圖

實際操作中，按相關要求對設備進行例行檢查確保在各方面正常的前提下，具備隨鉆條件后，將油泵控制手柄3 置于“停止”位置，遠程調壓閥5調節裝置逆時針旋轉到完全打開的位置，啟動原動機。減速器有擋位的使其位于最高擋位置(只有當高擋滿足不了上提要求時，可用較低的擋位)，然后先將遠程調壓閥5 調節裝置順時針旋轉到最小設定壓力(滾筒空轉起動壓力)，再將油泵控制手柄3偏轉較小的角度使絞車向回收電纜方向旋轉 (油泵控制手柄3偏轉角度根據實際工況、負載等因素，保證絞車在實際工作中上提、下放運轉正常)，再慢慢將遠程調壓閥5 調節裝置順時針旋轉，直至計量裝置面板上的張力值達到工作值，若只靠遠程調壓閥5 使計量裝置面板上的張力值達不到工作值，可增加控制手柄3偏轉角度，直到計量裝置面板上的張力值達到工作值，在此種狀態下，當鉆桿鉆進時，絞車將向釋放電纜方向旋轉與鉆桿保持同步下放電纜，當起鉆時，絞車將向回收電纜方向旋轉與鉆桿保持同步回收電纜，而在鉆桿鉆進、起鉆及停鉆過程中，電纜始終處于繃緊狀態。當鉆進及起鉆過程中絞車與鉆桿不同步時，不操作其他裝置，只操作遠程調壓閥5 調節裝置逆時針旋轉，直到在鉆桿的帶動下，絞車能向釋放電纜的方向旋轉，反之操作遠程調壓閥5 調節裝置順時針旋轉，直到在馬達的帶動下，絞車能向回收電纜的方向旋轉，該過程就稱為“Mooring控制”或“恒張力控制(Constant Tension Control)”。注意:在調整遠程調壓閥5 調節裝置過程中，隨時觀察計量裝置面板上的張力值不能超過所使用電纜的破斷拉力。

3 兩種系統的不同之處

遠程調壓閥不被打開時，油泵、馬達正常工作過程沒有什么特殊性，下面主要分析油泵、馬達處于非正常工作時(即馬達變成油泵)兩種系統的不同之處。

(1)從馬達來看

測井車液壓傳動系統中常用配置為:REXROTH系統為A4VG系列90排量的油泵配A2FM或A6VM系列的80排量的馬達，而SAUER系統為90系列100排量的油泵配90系列100排量的馬達。在負載、減速裝置及絞車等外部配置相同的情況下，Mooring控制系統中，馬達變泵時，馬達高壓側的壓力等于負載除以傳動比及馬達的扭矩常數 (SAUER90系列100排量的馬達的扭矩常數為15.9 N·m/MPa，REXROTH A2FM或A6VM系列80排量的馬達的扭矩常數為12.7 N·m/MPa)，則可知REXROTH 馬達產生的壓力高于SAUER 馬達產生的壓力，REXROTH系統遠程調壓閥則先被打開，也就是說REXROTH系統馬達高壓側的壓力油可先經過遠程調壓閥后進入油泵伺服缸的低壓側，先推動油泵伺服缸活塞反向運動，使油泵斜盤將先換向，故REXROTH系統比SAUER系統響應時間短。

(2)從伺服閥來看

遠程調壓閥過來的控制油進入伺服缸后，將伺服缸活塞反推，伺服缸活塞通過斜盤反饋桿帶動伺服閥閥芯運動。在Mooring控制系統中，電控手柄一般偏轉角度較小，則電控手柄輸出電流較小，伺服閥(REXROTH系統)或先導閥(SAUER系統)上的電磁閥產生的力較小，從圖1中可看出REXROTH伺服閥閥芯反向運動需克服電磁閥產生的磁力，該力相對較小，從圖2中可看出SAUER伺服閥閥芯反向運動需克服伺服壓力油產生的力，該力相對較大，故REXROTH伺服閥閥芯比SAUER伺服閥閥芯更易被推動，從而導致REXROTH系統中伺服控制油比SAUER系統中伺服控制油易被換向，使油泵斜盤換向更容易，故REXROTH系統比SAUER系統響應時間短。

(3)從遠程調壓閥過來的控制油進伺服缸的油路來看

從圖1中可看出REXROTH系統中遠程調壓閥過來的控制油(超過5 MPa時背壓閥打開溢流，對伺服缸起保護作用)直接全部進伺服缸，壓力損失小，流量大，對伺服缸活塞作用效果顯著。從圖2中可看出SAUER系統中遠程調壓閥過來的控制油(超過2 MPa+補油壓力時背壓閥打開溢流，對伺服缸起保護作用)與油泵內伺服控制油匯合在一起后分三路流向:一部分壓力油經過伺服閥回油泵殼體，一部分壓力油經過油泵內的單向閥(圖2中單向閥1.4)流向補油泵的出油口，只有部分而非全部進入油泵伺服缸，因此遠程調壓閥過來的控制油壓力損失大、流量相對較小，對伺服缸活塞作用效果不太顯著，相比較而言，REXROTH系統中伺服缸活塞比SAUER系統中伺服缸活塞易被推動，使油泵斜盤換向更容易，故REXROTH系統比SAUER系統響應時間短。

4 結束語

由于SAUER系統的配置及油泵結構方面的原因，使得SAUER系統的Mooring控制系統比REXROTH系統的Mooring控制系統響應慢，屬正常現象。文中只是定性分析了主要的原因，由于對兩種油泵內的伺服油路孔徑、長短、走向，節流孔的大小以及伺服缸活塞的直徑的大小等缺少相關的數據，故沒有進行定量的分析。

【1】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞變量泵A4VG系列3 RC 92 003/05.06[M].2006.

【2】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞定量馬達A2FM系列6 RC 91 001/10.06[M].2006.

【3】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞變量馬達A6VM系列6 RC 91 604/05.06[M].2006.

【4】薩澳行走液壓(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列軸向柱塞泵[M].2006.

【5】薩澳行走液壓(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列軸向柱塞馬達[M].2006.

【6】成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社，2009.