液壓絞車平衡閥開啟壓力設置分析

王建兵

摘 要：本文對動力貓道推送小車液壓馬達控制回路做了相關介紹，結合鉆桿下放中出現的抖動異響問題，對平衡閥液控比的選型及平衡閥開啟壓力的設置進行了分析。本文的分析思路和結論可為今后相關產品的設計提供參考。

關鍵詞：液壓馬達;液壓絞車;平衡閥;開啟壓力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.013

0 前言

液壓絞車在石油機械上的應用非常廣泛，鉆機底座及井架的起降、動力貓道鉆桿輸送等均使用到。為保證運行安全，絞車設有平衡閥及制動器。然而，絞車在負負載工作時存在抖動、異響等問題，影響設備的正常使用，同時抖動產生的壓力沖擊還會嚴重影響其他液壓元件的使用壽命。本文就此問題進行了相關分析，并給出了可行的調節方案。

1 馬達控制回路介紹

1.1 推送系統介紹

鉆桿輸送系統是貓道的核心組成部分，其結構原理如圖1所示，由液壓馬達驅動減速機，減速機輸出軸裝有鏈輪，通過鏈條將扭矩與轉速傳遞給推送小車，通過液壓馬達的正反轉實現小車的前進與后退，進而推動鉆桿。

1.2 存在問題

推送小車下放鉆桿時，小車及液壓馬達會出現抖動、爬行現象，馬達異響。

2 液壓絞車回路分析

2.1 液壓馬達控制回路分析

圖2a中Pc為鉆桿反作用于推送小車的力。鉆桿在下放過程中，B口進油，小車被動往回運動，此時小車的馬達承受負負載。因馬達平衡閥設置的開啟壓力Pt過低，B口油壓Pb在未解除機械制動之前就已開啟了平衡閥，Pb繼續升高，打開機械制動后，馬達在負負載Pb作用下被動旋轉，使得B口處的壓力下降，當不足以克服制動彈簧時，馬達制動剎車;剎車后B口壓力繼續升高，如此周而復始，馬達在頻繁的啟動、剎車，因而會出現抖動及壓力沖擊現象，頻繁的剎車引起馬達高溫異響。

2.2 平衡閥壓力設置分析

圖2b為平衡閥的流量-壓力曲線。圖中K與B點分別對應閥的開啟壓力Pk和閉合壓力Pb，N點對應閥的設定壓力Pn，即通過額定流量Qn時的壓力。由圖2b可知，開啟特性中流量增加時被控壓力升高;閉合特性中流量減少時被控壓力降低。

一般而言，平衡閥的關閉壓力不低于開啟壓力的85%。為保證執行器以最大工作壓力工作，設定壓力應滿足：0.85Pt﹥Pe[1]，式中，Pt--平衡閥設定壓力;Pe--系統額定工作壓力;

計算得：Pt﹥1.177Pe。

所以，平衡閥設定壓力一般為系統額定壓力的1.2～1.3倍以上，以保證正常工作[2]。

絞車裝有機械制動器，為保運行，平衡閥的最小開啟壓力必須大于制動器的開啟壓力，即Pbmin﹥Pf;式中，Pbmin--平衡閥最小開啟先導壓力;Pf--制動器開啟壓力，一般為8～20bar;一般平衡閥開啟的先導壓力比制動器的高1～4bar。

絞車用平衡閥的先導比一般選擇4.5：1。液控比太小會導致系統發熱大;液控比太大會使平衡閥與制動器開啟順序顛倒，失去平衡閥的作用，影響設備壽命，甚至無法正常工作。

3 結論

液壓絞車抖動、爬行問題是由于平衡閥與機械制動不匹配造成的，通過將平衡閥開啟壓力調高，使油壓先解除制動后開啟平衡閥，成功將該問題解決。

液壓絞車設計、選用平衡閥時，應綜合考慮負載、制動開啟壓力、平衡閥液控先導比等參數，通過計算確定平衡閥的設定壓力。絞車在調試階段，如遇系統抖動、爬行等異常時，可通過提高平衡閥設定壓力或更換先導比較小的平衡閥來解決此類問題。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]張海平.液壓速度控制技術（第一版）[M].機械工業出版社，2015（10）.

作者簡介：王建兵（1985-），男，山東人，工學學士，助理工程師，從事鉆井與修井設備的液壓系統設計工作。