車裝修井機機動性能及其動力性能的研究

黃文濤

【摘 要】論文主要對車裝修井機的機動性能和相應(yīng)的動力性能予以分析。望此次研究的內(nèi)容和結(jié)果，能對車裝修井機的廣泛應(yīng)用起到促進作用，進而為提升油田石油和天然氣的生產(chǎn)量獻力。

【Abstract】In this paper， the motor performance and the corresponding dynamic performance of the vehicle mounted workover rig are analyzed. It is hoped that the content and results of this study can play a role in promoting the wide application of the vehicle mounted workover rig，and enhance oil production capacity of oil and gas.

【關(guān)鍵詞】車裝修井機；機動性能；動力性能

【Keywords】 vehicle mounted workover rig；motor performance；dynamic performance

【中圖分類號】TE935 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0116-02

1 引言

在工業(yè)的迅速發(fā)展下，車裝修井機的升級和改進為石油開采設(shè)備的高效使用提供了重要的保障。隨著車裝修井機自身體積與質(zhì)量的不斷增加，其機動性能降低。由于油田礦區(qū)室外作業(yè)環(huán)境較為惡劣，使得在車裝修井機行駛的過程中，運載車車體底盤承受的沖擊較大，在鉆井作業(yè)過程中需要承受井架起落引起的載荷，以上這些因素對車裝修井機的動力性能提出了較高的要求。

2 車裝修井機機動性能研究

2.1 車裝修井機動力性能參數(shù)分析

在此主要對車裝修井機的動力性能進行分析。車裝修井機裝載了修井的相應(yīng)設(shè)備，其中整套的設(shè)備增加了運載底盤重量的同時，還改變了整體的重心位置。車裝修井機自身底盤動力性能主要從兩個方面進行評定：一是最高車速；二是最大爬坡度。其中最高車速指的是汽車在平直的道路上達到的最大行駛速度。鑒于這一數(shù)值是反映其自身的極限能力，并不是代表其實際作業(yè)時行駛速度，車裝修井機的重心偏高，并且在實際應(yīng)用中滿載的概率較大。因此，其最高車速和常見的運貨車相比較低，最高車速在50km/h左右。車裝修井機各個檔位下車速計算公式為：

其中，np是發(fā)動機自身的轉(zhuǎn)速，np=2100R/min；R是輪胎靜力半徑，R=0.542m；ig是變速箱各個檔位的傳動比，Ⅰ檔為4.1；Ⅱ檔為2.65、Ⅲ檔為2.11；Ⅳ檔為1.75；Ⅴ檔為1.2。將相應(yīng)的數(shù)值帶入到公式當(dāng)中得到的結(jié)果是：Ⅰ檔是12.73km/h；Ⅱ檔是18.85km/h、Ⅲ檔為24.95km/h；Ⅳ檔為36.94km/h；Ⅴ檔為20.3km/h。

而車裝修井機的爬坡度性能指的是在設(shè)備滿載時良好路面上的最大化爬坡度，用imax表示，這里的爬坡度指的是在車處于一檔時的極限位置。在實際應(yīng)用中車裝修井機自身的爬坡度有較高的要求，尤其是在滿載后重量偏大的狀況下，在一定程度上影響了爬坡度的大小。

2.2 車裝修井機穩(wěn)定性分析

車裝修井機自身行駛的穩(wěn)定性主要指的是在行駛的過程中，受外部因素的作用下能保持規(guī)定范圍內(nèi)的行駛狀態(tài)，進而避免發(fā)生失控和傾覆的現(xiàn)象。車裝修井機在直線坡道上行駛過程中，在公路的縱坡角α達到一定角度時，很有可能使其發(fā)生倒溜和滑移。假設(shè)車裝修井機在陡坡上行駛時，忽略空氣阻力和慣性阻力。其受力狀況如圖1所示：

通過對其進行物理力學(xué)分析得知，車身的重心高度越低，則重心到后軸的距離越大，車體適應(yīng)的縱坡越大，穩(wěn)定系數(shù)越高。而只要行駛于縱向坡度不超過最大爬坡度的坡道，便不會發(fā)生縱向倒溜和滑移。

3 車裝修井機作業(yè)前動力性能分析

3.1 液壓系統(tǒng)簡述

在礦井生產(chǎn)現(xiàn)場，首要的工作內(nèi)容是找準位置伸出液壓支腿，依靠液壓支腿支撐起整個修井機。之后的工作是起升井架，井架靠安裝在底盤上的起升液壓油缸進行起升。無論是液壓支腿或起升液壓油缸，在動力方面均來自車裝修井機上的配置液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是由液壓油箱提供的。通過分析得知液壓系統(tǒng)具有的幾點重要的功能：控制液壓支腿升降來調(diào)節(jié)整個修井機的水平；控制液壓缸伸縮，進而起升或回落井架；對外接的油壓源進行控制。

3.2 液缸起升動力性能分析

在對車裝修井機液缸起升動力性能進行分析時應(yīng)對其井架和井架起升液缸在此過程中形成的力學(xué)系統(tǒng)進行分析，如圖2所示：

（虛線部分是井架處于不同起升位置）

從圖2的分析得知，井架中心位置的距離起升的實際支點距離為6336mm，液壓缸對其自身井架支點距離為2167mm，從機械設(shè)計基礎(chǔ)的相應(yīng)知識得知，整個系統(tǒng)能可以看成是三個可動件：原動件、三個轉(zhuǎn)動副和一個滑動副。由此可見連桿結(jié)構(gòu)的自由度相當(dāng)于原動件實際的數(shù)量，這主要是由于其自身固有的運動規(guī)律是規(guī)則的，起升井架過程中在液壓油的影響下，關(guān)于一級液壓缸相對于外缸筒而言是向上滑動的，外缸筒圍繞固定在汽車底盤上的構(gòu)件進行順時針轉(zhuǎn)動。二級和三級的液壓缸與之工作的原理相似。在修井作業(yè)結(jié)束后，各個級別的起升液壓缸便縮回，在此過程中的運動方式和之前剛好相反。在對其動力性能進行分析時，按照各個液壓缸具有的起升能力以及對相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算得到的結(jié)果，能為車裝修井機當(dāng)中液壓缸的設(shè)計提供重要的數(shù)據(jù)。此次研究中車裝修井機中的井架起升液壓缸的測量尺寸如表1所示。

通過對表1和圖三相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行受力分析，利用力矩方程進行計算，計算公式和結(jié)果為：

通過對井架不同角度起升力大小進行計算得知，α的大小在0°～34°區(qū)間內(nèi)，屬于一級的液缸起升階段，而在34°～83°區(qū)間內(nèi)是二級液缸的起升階段，在83°～90°區(qū)間內(nèi)屬于三級液缸起升的階段。0°～90°的區(qū)間內(nèi)，在井架起升的過程中α=17°時，起升力度最大，其準確數(shù)值為的198091.2N。通過對壓力數(shù)值的計算和對比，在液壓系統(tǒng)的壓力數(shù)值在14MPa時，整個井架實際的起升階段是較為安全的。

4 結(jié)論

在此次研究中，主要對車裝修井機自身的機動性能和動力性能進行分析和計算，得到滿載的時各個檔位的最高車速和最大爬坡度，并通過對車裝修井機在作業(yè)前井架起升的動力性能進行計算，通過計算得到了高效安全的液壓系統(tǒng)安全數(shù)值。望此次研究的相應(yīng)數(shù)據(jù)和信息，能為油田礦井高效使用車裝修井機提供參考性建議。