同步液壓絞車研究

摘要：同步液壓絞車是通過對(duì)液壓絞車進(jìn)行控制，從而達(dá)到液壓絞車和運(yùn)動(dòng)部件主動(dòng)或者被動(dòng)同步的一種液壓控制系統(tǒng)。同步液壓絞車是不壓井修井設(shè)備中提升下放油管的主要工具，在不壓井修井設(shè)備中要求液壓絞車能從地面將油管主動(dòng)提升至工作臺(tái)面，然后油管連接至提升下放裝置。文章對(duì)同步液壓絞車進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：不壓井修井設(shè)備；同步液壓絞車；同步運(yùn)動(dòng)；液壓原理；液壓控制系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH137 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

在不壓井修井設(shè)備中，要求液壓絞車同時(shí)具備主動(dòng)提升油管和被動(dòng)跟隨提升下壓裝置同步運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種工況要求的需要設(shè)計(jì)出了同步液壓絞車。同步液壓絞車是一種能跟隨其他運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)的液壓絞車，即同步液壓絞車的運(yùn)動(dòng)速度和其他運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度相同。同步液壓絞車既可以在運(yùn)動(dòng)負(fù)載的作用下運(yùn)動(dòng)同步運(yùn)動(dòng)，也能自主的提升重物。

2 結(jié)構(gòu)組成

同步液壓絞車由液壓馬達(dá)、聯(lián)軸器、鋼絲繩滾筒、鋼絲繩、支架等組成。

2.1 馬達(dá)

同步液壓絞車的液壓馬達(dá)根據(jù)扭矩、轉(zhuǎn)速的需要可選用葉片馬達(dá)、齒輪馬達(dá)、內(nèi)擺線馬達(dá)等多種結(jié)構(gòu)形式的液壓馬達(dá)。

2.2 聯(lián)軸器

聯(lián)軸器是連接液壓馬達(dá)和鋼絲繩滾筒的傳動(dòng)件，根據(jù)同步液壓絞車的扭矩和轉(zhuǎn)速的要求選擇。

2.3 鋼絲繩

鋼絲繩一段固定在鋼絲繩滾筒上，另一端懸掛

重物。

2.4 支架

支架用于固定液壓馬達(dá)和鋼絲繩滾筒，并安裝在工作臺(tái)面上。

液壓馬達(dá)安裝在支架上，依靠液壓馬達(dá)的外圓在支架上定位；液壓馬達(dá)通過聯(lián)軸器和鋼絲繩滾筒連接在一起，鋼絲繩滾筒安裝在支架上；鋼絲繩一端固定在鋼絲繩滾筒上，另一端連接主動(dòng)運(yùn)動(dòng)物體或者重物。

3 液壓控制系統(tǒng)原理

液壓控制系統(tǒng)由液壓源、安全閥、溢流閥、遠(yuǎn)控溢流閥、單向閥、手動(dòng)換向閥、單向節(jié)流閥等組成。

1.液壓源；2.安全閥；3.溢流閥；4.遠(yuǎn)控溢流閥；5.單向閥；6.手動(dòng)換向閥；7.單向節(jié)流閥

圖1 液壓控制系統(tǒng)原理

3.1 液壓源

液壓源為同步液壓絞車的液壓系統(tǒng)提供壓力油，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)。

3.2 安全閥

安全閥調(diào)整整個(gè)同步液壓絞車的液壓控制系統(tǒng)的最高工作壓力。

3.3 溢流閥

溢流閥調(diào)整整個(gè)同步液壓絞車的液壓控制系統(tǒng)的工作壓力。

3.4 遠(yuǎn)控溢流閥

遠(yuǎn)控溢流閥遠(yuǎn)程調(diào)整溢流閥的設(shè)定壓力。

3.5 單向閥

單向閥防止液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)，液壓油進(jìn)入溢流閥。

3.6 手動(dòng)換向閥

手動(dòng)換向閥控制液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)。

3.7 單向節(jié)流閥

單向節(jié)流閥調(diào)整液壓馬達(dá)的正轉(zhuǎn)速度。

液壓源通過安全閥調(diào)節(jié)整個(gè)液壓控制系統(tǒng)的最高工作壓力后進(jìn)入手動(dòng)換向閥；控制手動(dòng)換向閥的手柄供給液壓馬達(dá)兩端液壓油；遠(yuǎn)控溢流閥控制溢流閥的調(diào)節(jié)壓力，從而調(diào)節(jié)供給液壓馬達(dá)的液壓油的壓力；因此液壓馬達(dá)一端供給了有一定壓力的液壓油，而另一端連接液壓源的油箱，從而液壓馬達(dá)兩端產(chǎn)生了壓力差，迫使液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)；而單向節(jié)流閥則調(diào)節(jié)供給液壓馬達(dá)的液壓油的流量，從而調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

4 參數(shù)計(jì)算

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性選擇同步液壓絞車的液壓控制系統(tǒng)的最大工作壓力。

P——同步液壓絞車的液壓控制系統(tǒng)的最大工作

壓力

同步液壓絞車的鋼絲繩滾筒和馬達(dá)的計(jì)算、選擇。

4.1 鋼絲繩滾筒

設(shè)計(jì)鋼絲繩滾筒時(shí)，根據(jù)同步液壓絞車的最大負(fù)載選擇合適的鋼絲繩；根據(jù)工作需要確定鋼絲繩滾筒的容繩量，容繩量的大小需大于重物的最高工作位置減去最高工作的距離；確定好鋼絲繩滾筒的容繩量后，根據(jù)安裝空間的要求確定鋼絲繩滾筒最小繞繩直徑和鋼絲繩滾筒長度。

G——同步液壓絞車的最大負(fù)載

d——鋼絲繩直徑

L——鋼絲繩滾筒的容繩量

D——鋼絲繩滾筒最小繞繩直徑

l——鋼絲繩滾筒的長度

a——鋼絲繩滾筒的纏繞層數(shù)

鋼絲繩滾筒的第一層容繩量：L1=πD*l/d

鋼絲繩滾筒的第二層容繩量：L2=π（D+d）*l/d

……

鋼絲繩滾筒的第n層容繩量：La=π[D+（a-1）d]*l/d

4.2 液壓馬達(dá)的計(jì)算和選擇

根據(jù)實(shí)際工作時(shí)負(fù)載的最大運(yùn)動(dòng)速度，再根據(jù)該速度計(jì)算液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

V——負(fù)載的最大運(yùn)動(dòng)速度

n——液壓馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速

B——液壓馬達(dá)的扭矩

q——液壓馬達(dá)的排量

Q——液壓馬達(dá)的流量

ηmv——液壓馬達(dá)的容積效率

ηmm——液壓馬達(dá)的機(jī)械效率

ηm——液壓馬達(dá)的總效率

Tm——液壓馬達(dá)的扭矩

ηm=ηmv*ηmm

n=Qηv/q

Tmηmm

根據(jù)計(jì)算的到液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和扭矩即可選擇合適的液壓馬達(dá)。

5 操作控制

同步液壓絞車有兩種功能：一個(gè)是主動(dòng)提升重物，另一個(gè)是跟隨運(yùn)動(dòng)物體同步運(yùn)動(dòng)。

5.1 主動(dòng)提升下放重物的工作原理

液壓絞車是用卷筒纏繞鋼絲繩提升或牽引重物的輕小型起重設(shè)備。

同步液壓絞車主動(dòng)提升下放重物有三個(gè)工況。

液壓絞車提升工況：調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥到最小，啟動(dòng)液壓源，操縱換向閥，使換向閥的閥桿處于右端，液壓油進(jìn)入液壓馬達(dá)，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥，使供給液壓馬達(dá)的液壓油的壓力增大，使液壓馬達(dá)兩端產(chǎn)生壓差。當(dāng)該壓差作用在液壓馬達(dá)上的扭矩大于重物產(chǎn)生的扭矩時(shí)，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，重物上升；當(dāng)該壓差作用在液壓馬達(dá)上的扭矩小于重物產(chǎn)生的扭矩時(shí)，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，重物自動(dòng)下放；當(dāng)該壓差作用在液壓馬達(dá)上的扭矩等于重物產(chǎn)生的扭矩時(shí)，液壓馬達(dá)不旋轉(zhuǎn)，重物懸停。

液壓絞車下放工況：調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥到最大，啟動(dòng)液壓源，操縱換向閥，使換向閥處于左端，液壓油進(jìn)入液壓馬達(dá)，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥，使控制供給液壓馬達(dá)的液壓油的壓力減小，使液壓馬達(dá)兩端產(chǎn)生壓差。直到液壓馬達(dá)兩端產(chǎn)生壓差產(chǎn)生的扭矩小于重產(chǎn)生的扭矩時(shí)，重物下落；逐漸壓油的壓力，重物下落速度加快，重物下落速度最快為自由落體時(shí)產(chǎn)生的速度。

剎車工況：操縱換向閥，使換向閥處于中位，切斷液壓馬達(dá)的供油，重物即停止運(yùn)動(dòng)。

5.2 在運(yùn)動(dòng)負(fù)載的作用下同步運(yùn)動(dòng)的工作原理。

運(yùn)動(dòng)負(fù)載拉動(dòng)同步液壓絞車運(yùn)動(dòng)：調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥到最小，啟動(dòng)液壓源，控制運(yùn)動(dòng)物體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)即可拉動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使液壓馬達(dá)和運(yùn)動(dòng)物體同步

運(yùn)動(dòng)。

同步液壓絞車跟隨運(yùn)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)：調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥到最小，啟動(dòng)液壓源，控制運(yùn)動(dòng)物體向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)液壓馬達(dá)不運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)遠(yuǎn)控溢流閥逐漸加大，直到同步液壓絞車運(yùn)動(dòng)速度等于運(yùn)動(dòng)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度，這時(shí)同步液壓絞車跟隨運(yùn)動(dòng)負(fù)載同步運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)語

同步液壓絞車是通過對(duì)液壓絞車進(jìn)行控制，從而達(dá)到液壓絞車和運(yùn)動(dòng)部件主動(dòng)或者被動(dòng)同步的一種液壓控制系統(tǒng)。同步液壓絞車是一種能跟隨其他運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)的液壓絞車，即同步液壓絞車的運(yùn)動(dòng)速度和其他運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度相同，根據(jù)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力，使鋼絲繩保持適當(dāng)?shù)膹埦o力，進(jìn)而保證液壓絞車正常工作。同步液壓絞車是一種在特殊工況下即可作為起重設(shè)備也可跟隨運(yùn)動(dòng)負(fù)載同步運(yùn)動(dòng)的起重設(shè)備。

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作者簡介：楊德強(qiáng)（1978-），男，中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠工程師，研究方向：石油鉆修設(shè)備液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）