吳沫

摘 要：小型混砂橇液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)。

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(yè)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(xù)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(shù)據(jù)采集與顯示等幾個子系統(tǒng)組成。其中，供液、輸砂、混合攪拌和排出子系統(tǒng)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(yōu)點，所以，根據(jù)現(xiàn)場使用要求和系統(tǒng)負載特性，運用液壓系統(tǒng)的基本原理，通過理論分析計算，從而確定各個子系統(tǒng)的基本參數(shù)，最終達到小型混砂橇的設計更優(yōu)化。

2 液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)比例液壓傳動系統(tǒng)，其示意圖如圖1所示。

3 液壓傳動系統(tǒng)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(shù)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(wěn)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(jīng)濟性的角度進行考慮選擇開式液壓傳動系統(tǒng)。但為了保證負載從零點完成減速—換向—增速過程平穩(wěn)，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(zhí)行器（液壓馬達）主要參數(shù)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(jù)排量可確定液壓馬達的型號。

3.3.2系統(tǒng)工作壓力的確定

根據(jù)選定液壓馬達的排量來確定系統(tǒng)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(tǒng)工作壓力。由式（1）、（2）、（4）可得：

3.3.3確定液壓泵主要參數(shù)

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(jīng)驗估計，一般調速和管路較簡單的系統(tǒng)取0.2～0.5MPa，進油路上有調速閥或管路較復雜的系統(tǒng)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(tǒng)最大壓力和通過閥的實際流量為依據(jù)并考慮閥的控制特性、穩(wěn)定性及油口尺寸、外形尺寸、安裝連接方式、操縱方式等，從產(chǎn)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(tǒng)工作，多余油液經(jīng)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(tài)，調節(jié)彈簧的預緊力，也就調節(jié)了系統(tǒng)的工作壓力。

② 比例多路閥的選用

Ⅰ、應根據(jù)需要選擇合適的閥通徑。

Ⅱ、根據(jù)系統(tǒng)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(guī)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(guī)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的壓力就會一直維持在額定壓力的狀態(tài)下進行工作，這就成為了恒壓控制系統(tǒng)。

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(tǒng)控制原理圖如圖3所示。

4 結論

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

參考文獻：

[1] 張保弟，張曉東.自動控制混砂車液壓系統(tǒng)設計[J].石油機械，2005（5）：36-39.

[2] 唐美.混砂車液壓控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].蘭州：蘭州理工大學，2014.

[3] 張利平.液壓站設計與使用[M].北京：海洋出版社，2004.