小型混砂橇液压传动系统设计

摘 要：小型混砂橇液压系统设计采用比例多路阀进行调速精确控制，并选用蓄能器减小系统压力脉动，已在青海油田和新疆油田试验成功并将批量生产。

关键词：液压原理图；变速控制；比例多路阀

1 概述

小型混砂橇是油田喷砂射孔、喷砂切割等作业过程的主要配套设备。其作用是将石英砂与胍胶液等液体按设定的砂浓度连续混配，按一定的排出压力、流量泵送给施工压裂车。

小型混砂橇由动力、供液、输砂、混合搅拌、排出、电气控制以及数据采集与显示等几个子系统组成。其中，供液、输砂、混合搅拌和排出子系统全部采用液压驱动。因为液压传动有与机械传动无可比拟的优点，所以，根据现场使用要求和系统负载特性，运用液压系统的基本原理，通过理论分析计算，从而确定各个子系统的基本参数，最终达到小型混砂橇的设计更优化。

2 液压系统传动方案设计

小型混砂橇负载有4个部分，全部由液压系统传动。由于供液泵、输砂器、搅拌器以及排出泵都是属于旋转机构，故采用液压马达驱动，并且所有的负载不大，功率也相对较低，但供液泵、输砂器和排出泵的速度变化较大，所以拟定采用开环比例液压传动系统，其示意图如图1所示。

3 液压传动系统设计

3.1 负载特性分析

供液泵、输砂器、搅拌器和排出泵四个负载的特性是：

1）扭矩不变，并保持恒扭矩特性。

2）供液泵、输砂器和排出泵的转速范围变化大，数值从零到最大值，功率随转速增加而增大；搅拌器的功率也随转速变化，但比较稳定。

3.2 液压回路的选择

因为小型混砂橇所需功率属于中、小功率范围，从适用性、可靠性、经济性的角度进行考虑选择开式液压传动系统。但为了保证负载从零点完成减速—换向—增速过程平稳，故控制阀选择比例阀进行精确控制。其开式变速控制示意图如图2所示。

3.3 主要元件设计计算

3.3.1执行器（液压马达）主要参数的确定

通过上述，可分别计算出驱动供液泵、排出泵、输砂器以及搅拌器液压马达的排量，并根据排量可确定液压马达的型号。

3.3.2系统工作压力的确定

根据选定液压马达的排量来确定系统实际工作压力，被控制的各个负载支路上所需压力进行比较，最大值pmax即为系统工作压力。由式（1）、（2）、（4）可得：

3.3.3确定液压泵主要参数

由于液压泵的工作压力与负载性质有关，在选择液压泵时需要确定各个支路的最大工作压力。

液压泵的工作压力p必须大于（或等于）负载各支路最大工作压力pmax与进油路上总压力损失∑pm之和。即：

式中，∑pm为液压泵、液压马达、比例阀以及管路中沿程和局部损失之和，可以按经验估计，一般调速和管路较简单的系统取0.2～0.5MPa，进油路上有调速阀或管路较复杂的系统取0.5～1.5MPa，综合分析取为∑pm =1.5MPa。

3.3.4液压阀的选择

本文中主要涉及到溢流阀和比例多路阀的选择。以系统最大压力和通过阀的实际流量为依据并考虑阀的控制特性、稳定性及油口尺寸、外形尺寸、安装连接方式、操纵方式等，从产品样本中选取。选择中应注意：

① 溢流阀的应用

溢流阀位于泵出口，起到调压溢流的作用。一方面使油液进入系统工作，多余油液经溢流阀流回油箱；另一方面溢流阀处于其调定压力下的常开状态，调节弹簧的预紧力，也就调节了系统的工作压力。

② 比例多路阀的选用

Ⅰ、应根据需要选择合适的阀通径。

Ⅱ、根据系统需要，选用合适的中位机能及过渡机能。

Ⅲ、使用时，不能超过样本中规定的额定压力和流量极限。

Ⅳ、回油口T的压力不能超过所规定的允许值。

3.3.5蓄能器的选择

蓄能器的作用是用来降低液压控制系统的各个支路中因压力时高时低引起的脉动。在小型混砂橇液压控制系统之中，回路上增加了皮囊式蓄能器，并与液压泵配合使用，系统的压力就会一直维持在额定压力的状态下进行工作，这就成为了恒压控制系统。

所以，在选用蓄能器时，需要严格的计算、分析蓄能器的容量。

蓄能器流量计算：

3.4 液压原理图的拟定

综合所述，小型混砂橇液压系统控制原理图如图3所示。

4 结论

本文所介绍的液压系统已配套在小型混砂橇上，小型混砂橇已经在青海油田和新疆油田试验成功并将投产。

参考文献：

[1] 张保弟，张晓东.自动控制混砂车液压系统设计[J].石油机械，2005（5）：36-39.

[2] 唐美.混砂车液压控制系统的研究与开发[D].兰州：兰州理工大学，2014.

[3] 张利平.液压站设计与使用[M].北京：海洋出版社，2004.