小型混砂橇液壓傳動系統設計

吳沫

摘 要：小型混砂橇液壓系統設計采用比例多路閥進行調速精確控制，并選用蓄能器減小系統壓力脈動，已在青海油田和新疆油田試驗成功并將批量生產。

關鍵詞：液壓原理圖；變速控制；比例多路閥

1 概述

小型混砂橇是油田噴砂射孔、噴砂切割等作業過程的主要配套設備。其作用是將石英砂與胍膠液等液體按設定的砂濃度連續混配，按一定的排出壓力、流量泵送給施工壓裂車。

小型混砂橇由動力、供液、輸砂、混合攪拌、排出、電氣控制以及數據采集與顯示等幾個子系統組成。其中，供液、輸砂、混合攪拌和排出子系統全部采用液壓驅動。因為液壓傳動有與機械傳動無可比擬的優點，所以，根據現場使用要求和系統負載特性，運用液壓系統的基本原理，通過理論分析計算，從而確定各個子系統的基本參數，最終達到小型混砂橇的設計更優化。

2 液壓系統傳動方案設計

小型混砂橇負載有4個部分，全部由液壓系統傳動。由于供液泵、輸砂器、攪拌器以及排出泵都是屬于旋轉機構，故采用液壓馬達驅動，并且所有的負載不大，功率也相對較低，但供液泵、輸砂器和排出泵的速度變化較大，所以擬定采用開環比例液壓傳動系統，其示意圖如圖1所示。

3 液壓傳動系統設計

3.1 負載特性分析

供液泵、輸砂器、攪拌器和排出泵四個負載的特性是：

1）扭矩不變，并保持恒扭矩特性。

2）供液泵、輸砂器和排出泵的轉速范圍變化大，數值從零到最大值，功率隨轉速增加而增大；攪拌器的功率也隨轉速變化，但比較穩定。

3.2 液壓回路的選擇

因為小型混砂橇所需功率屬于中、小功率范圍，從適用性、可靠性、經濟性的角度進行考慮選擇開式液壓傳動系統。但為了保證負載從零點完成減速—換向—增速過程平穩，故控制閥選擇比例閥進行精確控制。其開式變速控制示意圖如圖2所示。

3.3 主要元件設計計算

3.3.1執行器（液壓馬達）主要參數的確定

通過上述，可分別計算出驅動供液泵、排出泵、輸砂器以及攪拌器液壓馬達的排量，并根據排量可確定液壓馬達的型號。

3.3.2系統工作壓力的確定

根據選定液壓馬達的排量來確定系統實際工作壓力，被控制的各個負載支路上所需壓力進行比較，最大值pmax即為系統工作壓力。由式（1）、（2）、（4）可得：

3.3.3確定液壓泵主要參數

由于液壓泵的工作壓力與負載性質有關，在選擇液壓泵時需要確定各個支路的最大工作壓力。

液壓泵的工作壓力p必須大于（或等于）負載各支路最大工作壓力pmax與進油路上總壓力損失∑pm之和。即：

式中，∑pm為液壓泵、液壓馬達、比例閥以及管路中沿程和局部損失之和，可以按經驗估計，一般調速和管路較簡單的系統取0.2～0.5MPa，進油路上有調速閥或管路較復雜的系統取0.5～1.5MPa，綜合分析取為∑pm =1.5MPa。

3.3.4液壓閥的選擇

本文中主要涉及到溢流閥和比例多路閥的選擇。以系統最大壓力和通過閥的實際流量為依據并考慮閥的控制特性、穩定性及油口尺寸、外形尺寸、安裝連接方式、操縱方式等，從產品樣本中選取。選擇中應注意：

① 溢流閥的應用

溢流閥位于泵出口，起到調壓溢流的作用。一方面使油液進入系統工作，多余油液經溢流閥流回油箱；另一方面溢流閥處于其調定壓力下的常開狀態，調節彈簧的預緊力，也就調節了系統的工作壓力。

② 比例多路閥的選用

Ⅰ、應根據需要選擇合適的閥通徑。

Ⅱ、根據系統需要，選用合適的中位機能及過渡機能。

Ⅲ、使用時，不能超過樣本中規定的額定壓力和流量極限。

Ⅳ、回油口T的壓力不能超過所規定的允許值。

3.3.5蓄能器的選擇

蓄能器的作用是用來降低液壓控制系統的各個支路中因壓力時高時低引起的脈動。在小型混砂橇液壓控制系統之中，回路上增加了皮囊式蓄能器，并與液壓泵配合使用，系統的壓力就會一直維持在額定壓力的狀態下進行工作，這就成為了恒壓控制系統。

所以，在選用蓄能器時，需要嚴格的計算、分析蓄能器的容量。

蓄能器流量計算：

3.4 液壓原理圖的擬定

綜合所述，小型混砂橇液壓系統控制原理圖如圖3所示。

4 結論

本文所介紹的液壓系統已配套在小型混砂橇上，小型混砂橇已經在青海油田和新疆油田試驗成功并將投產。

參考文獻：

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