液壓絞車平衡閥開(kāi)啟壓力設(shè)置分析

王建兵

摘 要：本文對(duì)動(dòng)力貓道推送小車液壓馬達(dá)控制回路做了相關(guān)介紹，結(jié)合鉆桿下放中出現(xiàn)的抖動(dòng)異響問(wèn)題，對(duì)平衡閥液控比的選型及平衡閥開(kāi)啟壓力的設(shè)置進(jìn)行了分析。本文的分析思路和結(jié)論可為今后相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：液壓馬達(dá);液壓絞車;平衡閥;開(kāi)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(jī)械上的應(yīng)用非常廣泛，鉆機(jī)底座及井架的起降、動(dòng)力貓道鉆桿輸送等均使用到。為保證運(yùn)行安全，絞車設(shè)有平衡閥及制動(dòng)器。然而，絞車在負(fù)負(fù)載工作時(shí)存在抖動(dòng)、異響等問(wèn)題，影響設(shè)備的正常使用，同時(shí)抖動(dòng)產(chǎn)生的壓力沖擊還會(huì)嚴(yán)重影響其他液壓元件的使用壽命。本文就此問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析，并給出了可行的調(diào)節(jié)方案。

1 馬達(dá)控制回路介紹

1.1 推送系統(tǒng)介紹

鉆桿輸送系統(tǒng)是貓道的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)輸出軸裝有鏈輪，通過(guò)鏈條將扭矩與轉(zhuǎn)速傳遞給推送小車，通過(guò)液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退，進(jìn)而推動(dòng)鉆桿。

1.2 存在問(wèn)題

推送小車下放鉆桿時(shí)，小車及液壓馬達(dá)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、爬行現(xiàn)象，馬達(dá)異響。

2 液壓絞車回路分析

2.1 液壓馬達(dá)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(guò)程中，B口進(jìn)油，小車被動(dòng)往回運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小車的馬達(dá)承受負(fù)負(fù)載。因馬達(dá)平衡閥設(shè)置的開(kāi)啟壓力Pt過(guò)低，B口油壓Pb在未解除機(jī)械制動(dòng)之前就已開(kāi)啟了平衡閥，Pb繼續(xù)升高，打開(kāi)機(jī)械制動(dòng)后，馬達(dá)在負(fù)負(fù)載Pb作用下被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得B口處的壓力下降，當(dāng)不足以克服制動(dòng)彈簧時(shí)，馬達(dá)制動(dòng)剎車;剎車后B口壓力繼續(xù)升高，如此周而復(fù)始，馬達(dá)在頻繁的啟動(dòng)、剎車，因而會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)及壓力沖擊現(xiàn)象，頻繁的剎車引起馬達(dá)高溫異響。

2.2 平衡閥壓力設(shè)置分析

圖2b為平衡閥的流量-壓力曲線。圖中K與B點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)閥的開(kāi)啟壓力Pk和閉合壓力Pb，N點(diǎn)對(duì)應(yīng)閥的設(shè)定壓力Pn，即通過(guò)額定流量Qn時(shí)的壓力。由圖2b可知，開(kāi)啟特性中流量增加時(shí)被控壓力升高;閉合特性中流量減少時(shí)被控壓力降低。

一般而言，平衡閥的關(guān)閉壓力不低于開(kāi)啟壓力的85%。為保證執(zhí)行器以最大工作壓力工作，設(shè)定壓力應(yīng)滿足：0.85Pt﹥Pe[1]，式中，Pt--平衡閥設(shè)定壓力;Pe--系統(tǒng)額定工作壓力;

計(jì)算得：Pt﹥1.177Pe。

所以，平衡閥設(shè)定壓力一般為系統(tǒng)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(jī)械制動(dòng)器，為保運(yùn)行，平衡閥的最小開(kāi)啟壓力必須大于制動(dòng)器的開(kāi)啟壓力，即Pbmin﹥Pf;式中，Pbmin--平衡閥最小開(kāi)啟先導(dǎo)壓力;Pf--制動(dòng)器開(kāi)啟壓力，一般為8～20bar;一般平衡閥開(kāi)啟的先導(dǎo)壓力比制動(dòng)器的高1～4bar。

絞車用平衡閥的先導(dǎo)比一般選擇4.5：1。液控比太小會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱大;液控比太大會(huì)使平衡閥與制動(dòng)器開(kāi)啟順序顛倒，失去平衡閥的作用，影響設(shè)備壽命，甚至無(wú)法正常工作。

3 結(jié)論

液壓絞車抖動(dòng)、爬行問(wèn)題是由于平衡閥與機(jī)械制動(dòng)不匹配造成的，通過(guò)將平衡閥開(kāi)啟壓力調(diào)高，使油壓先解除制動(dòng)后開(kāi)啟平衡閥，成功將該問(wèn)題解決。

液壓絞車設(shè)計(jì)、選用平衡閥時(shí)，應(yīng)綜合考慮負(fù)載、制動(dòng)開(kāi)啟壓力、平衡閥液控先導(dǎo)比等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算確定平衡閥的設(shè)定壓力。絞車在調(diào)試階段，如遇系統(tǒng)抖動(dòng)、爬行等異常時(shí)，可通過(guò)提高平衡閥設(shè)定壓力或更換先導(dǎo)比較小的平衡閥來(lái)解決此類問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

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

作者簡(jiǎn)介：王建兵（1985-），男，山東人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事鉆井與修井設(shè)備的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。