模块钻机液压系统中负载敏感变量泵与电控比例多路阀的应用.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 6 月第 3 1 卷第 3 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I J u n ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N o ． 3 模块钻机 液压 系统 中负载敏 感变量泵 与 电控 比例 多路 阀的应用 范 毅 长江大学工程技术学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 0 ； 华意压缩机 荆州有限公司， 湖北荆州4 3 4 0 0 0 [ 摘要]通过对负载 敏感变量泵及 电控 比例 多路阀的工作特 点的介 绍，阐述 了负载 敏感 变量泵与 电控 比例 多路阀的组合在模 块钻机液压 系统 中应用 的诸 多优点，相对 常规 液压 系统 中恒压 变量泵 与手 动换 向阀或 电控换 向阀的组舍 来说 ，其在安全、节能、可控性、远程控制及反 应速度上优势 明显。 [ 关键词]模块钻机 ；液压 系统 ；变量泵 ；多路阀；远程控制；节能 [ 中图分类号]TE 9 2 2 ． 0 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]i 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 0 3 0 3 4 6 0 2 随着科 学技术 的发 展 ，钻 机 的控 制越 来越人 性化 、智 能化 ，作 为钻 机液 压系统也 在与 时俱进并 在不 断的改进中。将先进的负载敏感变量泵与电控比例多路阀组合应用到钻机主液压系统 中，它相对于常规 恒压变量泵与手动换向阀或电控换向阀的组合应用，在安全、节能 、可控性 、远程控制及反应速度等方 面均具有明显的优势 h 引。为此，笔者就正面就负载敏感变量泵与 电控比例多路阀在模块钻机液压系统 中的具体应 用进行 探讨 。 1 采用手控 多路 阀的常规液压系统 模块 钻机 主 液 压 系 统 主 要 是 为 液 压 猫 头 、液压 旋 转 猫 头 、液压 大钳 等井 口工具 提供 动力 。 在该 液压 系统 中 ，泵 大多采 用恒 压变 量泵 ；控 制 阀采 用 手控 多路 阀 ，阀片数量 主要根据 控制 对象 进行增 减 。该 系 统 在待 机状 态时 ，油泵 的输 出流量 经过 多路 阀 中位 直接 流 回油 箱 ；当动作某 一片 阀的手 柄时 ，中位 油路 被切断 ，液 压油 进 入 井 口工具 ，系统压 力升 高进人 工作 状态 。在待 机状 态时 泵 输 出流 量 即为最大 流量 ，系统压 力 主要是 管路沿 程损 失 。该 系统具有结构简单 、元件价格便宜 、故障率低、待机能耗低 等优 点 ；缺 点 是 控 制 阀 需 进 司 钻 房 ，导 致 司 钻 房 内管 线 较 多，布置复杂，维修和拆接不是很方便。 2 采用多只 电磁换向阀的液压 系统 图 1 采 用 多 只 电 磁换 向 阀 的液 压 系统 为 了克服上 述缺点 ，现 大多 采用 多只 电磁换 向阀 ，且将 阀就近布置在执行元件附件 ，其系统原理如图 1 所示。 改进后的系统控制阀本身不需要进司钻房，需要进司钻房的只是电磁阀的控制电缆，电磁换 向阀的 控制主要由安装在控制面板上的电控旋钮开关来完成。这使老式的系统其管路变得简洁易维护 ，由于采 [ 收稿日期]2 0 0 90 3 0 6 [ 作者简介]范毅 1 9 6 4一 ，男 ，1 9 8 5年江汉石油学院毕业 ，工程师。现主要从事机械 设计的研 究与教学工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 3期 范 毅 模块钻机液压 系统 中负载 敏感变量泵与电控比例多路 阀的应 用 用电控 ，远程控制也很 方便。但同时又 出现另外的问题 ，该 系统中位不带卸荷功能 ，待机状 态时油泵处于恒压变量工 况 ，即输 出流量 为泵本 身 泄漏 流量 ，而 压力则 为 系统设 定 压 力，因此其待机功率相 对较高，主要取决于泵的容积效率 ； 另外 ，由于系统长期处 于高压待机状态 ，对于整个管路存在 一 定的安全隐患 ；对电磁阀本身而言 ，由于电磁铁控制为开 关量 ，所以执行元件速度几乎不可调 ，即可控性相对较差 。 3 采用负载敏感变量泵和电控比例多路阀的 液压 系统 为了降低待机压力 和能耗 ，满足管路简洁 ，维修方便 ， 能 远程 控 制 、可 控 性 强 等 要 求 ，笔 者 对 系统 做 了进 一 步 改 进 ，主要采用负载敏感变量泵和电控 比例多路阀来实现 ，其 系统 原理 如 图 2所示 。 电控 比例 阀具有 比例 电控和 手动 控制 双重 控制 功能 ，通 常使 用 电控功 能 ，手柄 仅做 应急使 用 。该 比例 阀主要 通 过 电 l l } I I I 。 № L Ib L 旧 L i 卜 { - 薹 ● C ． ● C ． “ 至 至 f 6 一 l I一 悟 4 一 P 日 ] D 居 t ’ 一 - 一 l 回 l I l 十 I 盲 l 图 2采用 负载敏感变量泵和电控 比例多路 阀 的液压 系统 位计 电控手柄输 出无极可调的电信号 ，经放大器进行功率放大后驱动比例电磁铁 ，从而控制阀芯换 向和开 口度 ，使得执行元件的方向和速度可调 。因此电控比例换 向阀不仅可控性好，而且能实现远程控 制 ，从而使的阀体可就近布置，解决了管路简洁，维护方便的问题。 负载敏感变量泵类似恒压变量泵 ，但其 比恒压变量泵多一个负载传感 阀。该泵 自身集成了压力切断 阀和负载传感阀，其 中由 X控制的阀为负载传感 阀，其上部为压力切断阀，当启动油泵时，油泵 的输 出油液经 s t 进入油泵变量执行机构，使油泵以最大排量输 出；随着油泵 的运转 ，系统压力逐渐升高 ； 由于电控 比例多路阀不动作，故多路阀负载传感 口 L s无压力反馈至油泵 ，当系统压力升高到能克服负 载传感 阀 X端弹簧的压力时，负载传感 阀被打开，高压油经负载传感阀和压力切断阀后进入油泵变量 执行 机构 的无杆 腔 ，从 而 减小 油泵 排量 ，直 至为零 ，并 在此压 力下 待机 ；当 电控 比列阀动 作时 ，阀 的输 出压力经 L s口反馈至负载传感阀的弹簧腔，负载传感阀被关闭，变量执行机构无杆腔压力卸荷 ，油泵 排量增加 ，以满足执行机构的流量需求 。因此系统待机压力决定与负载传感阀弹簧刚度，系统工作时负 载传 感 阀左端 即为泵 输 出压力 ，右 端为 系统 压力 经管路 压力损 失 和 比例 阀减压 损失 之后 的压力 ，所 以克 服负 载传感 阀弹簧所需 的压 力略 大 于管路 压力 损失 和 比例 阀减 压 损失 之 和 ，一 般 约 为 4 MP a ，所 以待 机 状态 压力 、流量 均处 于较低 值 ，能耗 少 。 当负 载压力 高于 切断 阀设定 压 力时 ，压力 切断 阀被 打开 ，系统 压力 被 导入 变量执 行机 构无杆 腔 ，从 而使 油泵 排量减 小直 至为零 。 综上可以看出，负载敏感变量泵与电控比例多路 阀组合的应用 ，既解决 了阀体进司钻房带来的管线 多 、维护 不便 的问题 ，同时又 实现 了远程 比例 控制 ，可控 性强 ；此 外还 解决 了系统 待机压 力高或 者 流量 大 的问题 ，使 系统在 低压 、低 能耗状 态下 待 机 。 [ 参考文献] [ 1 ]刘桂芹 ，江进国 ，曹明 ．钻机液压系统 中电控 比例变量泵的特性测试分折 r J ]．矿业研究与开 发，2 0 0 5 ， 4 4 7 ～4 8 ． [ 2 ]蔡 廷文 ，王跃进 ．采用 比例阀技 术改进设计钻机液压系统 [ J ]．机床与液压 ，2 0 0 0 ， 5 7 9 ～8 2 ． [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m