淺析HSC360混砂車(chē)的液壓系統優(yōu)化設計論文

　　HSC360型混砂車(chē)主要應用于大、中型的油氣井的煤層氣、石油和頁(yè)巖氣的壓力作業(yè)，它按一定比例將支撐劑進(jìn)行均勻混合，通過(guò)低壓管匯系統輸送給壓裂車(chē)，進(jìn)行壓裂施工作業(yè)。HSC360 混砂車(chē)主要包括裝載底盤(pán)、動(dòng)力系統、低壓管匯系統、液壓系統、混合罐等。筆者對風(fēng)扇冷卻的液壓系統和攪拌液壓系統進(jìn)行了優(yōu)化設計，對試制和調試起到一定的指導作用。

　　1風(fēng)扇冷卻液壓系統的優(yōu)化

　　液壓系統是為混砂車(chē)提供動(dòng)力，主要包括吸入及排出泵系統、攪拌系統、螺旋輸砂系統、風(fēng)扇冷卻系統、綜合泵系統等。風(fēng)扇冷卻系統，采用小流量的定量泵，實(shí)現風(fēng)扇液壓馬達的轉動(dòng)，從而驅動(dòng)風(fēng)扇工作。攪拌系統通過(guò)恒壓變量柱塞泵，驅動(dòng)低速大扭矩液壓馬達實(shí)現動(dòng)作;攪拌系統設有轉速傳感器，通過(guò)控制比例流量閥，達到無(wú)級調節攪拌液壓馬達速度。

　　1.1原理上的優(yōu)化

　　最初設計風(fēng)扇冷卻系統時(shí)候，計算液壓泵需要流量不大、功率不高，所以主泵選擇定量泵，并采用低速、高速兩種工作模式，混砂車(chē)的兩個(gè)冷卻部分通過(guò)節溫器來(lái)控制。但現場(chǎng)試制時(shí)發(fā)現在混砂車(chē)長(cháng)時(shí)間工作后，風(fēng)扇的阻力變大，消耗的功率增大，并產(chǎn)生較大的工作噪聲;在兩個(gè)模式的切換中，對液壓馬達和機械結構沖擊過(guò)大，會(huì )降低液壓馬達和風(fēng)扇的使用壽命。因此，對液壓系統進(jìn)行優(yōu)化，采用恒壓泵作為動(dòng)力源，利用比例節流閥和壓力補償器控制風(fēng)扇液壓馬達轉速。

　　1.2控制方式的優(yōu)化

　　風(fēng)扇冷卻采用自動(dòng)化控制，控制框圖如圖2 所示�；焐败�(chē)工作時(shí)，液壓系統的油溫傳感器和發(fā)動(dòng)機的油溫傳感器，發(fā)訊給控制系統，控制系統對油溫進(jìn)行比較、判斷，輸出相對應的電壓值控制比例流量閥，從而控制冷卻風(fēng)扇液壓馬達的轉速;當傳感器的溫度上升達到一定數值時(shí)，控制系統會(huì )增加冷卻風(fēng)扇的轉速，當傳感器的溫度上升達到設計下限值的時(shí)候，控制系統會(huì )減少冷卻風(fēng)扇的轉速，從而保持冷熱平衡。

　　2攪拌液壓系統的優(yōu)化和數據分析

　　攪拌系統的液壓泵為恒壓變量泵，其壓力是恒定的，但在不同的工作狀態(tài)下，液壓馬達的負載是不同的，從而造成比例流量閥的兩端壓差在變化，影響控制精度;同時(shí)變量泵一直處于高壓狀態(tài)，不僅浪費能源，還會(huì )降低液壓泵的使用壽命。

　　2.1攪拌液壓系統的優(yōu)化

　　通過(guò)對上述攪拌液壓系統的分析，進(jìn)行如下的優(yōu)化：

　　1)將恒壓變量泵優(yōu)化為負載傳感變量泵，優(yōu)化后的液壓原理圖如圖1 中所示。負載傳感變量泵能夠按照系統要求，控制變量泵的輸出流量保持壓力隨負載而變化。負載傳感變量泵實(shí)際上保證比例節流閥的前后兩端的壓差為恒定值，對比例節流閥起著(zhù)壓力補償的作用，從而提高攪拌系統的控制精度，并且減少攪拌液壓泵長(cháng)期處于高壓的工作狀態(tài)，提高攪拌系統的使用壽命和效率。

　　2)采用新的控制方式，并用PID進(jìn)行校正。優(yōu)化后攪拌液壓系統的控制過(guò)程為：控制系統輸出電流輸入控制信號給比例流量閥的電磁鐵，從而調劑比例流量閥的輸出流量，控制攪拌液壓馬達的轉速，實(shí)現攪拌系統工作，在攪拌液壓馬達工作的時(shí)候，轉速傳感器會(huì )將液壓馬達的轉速反饋回系統，形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統。液壓控制系統采用PID，對系統能夠更好地糾正誤差;輸入控制信號是控制系統根據壓裂基液的輸入量、輸砂量濃度來(lái)調節的。

　　2.2攪拌液壓系統的數據分析

　　對比攪拌系統的泵出口壓力和轉速能夠發(fā)現：

　　1)優(yōu)化后的液壓系統，攪拌系統的轉速和輸入控制信號成線(xiàn)性，并且在優(yōu)化后的PID 控制方式下，控制精度滿(mǎn)足了工作的要求。

　　2)優(yōu)化后的攪拌液壓系統的輸入壓力隨負載而變化，當攪拌系統不工作、輕載工作時(shí)，液壓泵處于低壓工作，其相對于優(yōu)化前的恒壓泵總處于高壓，降低了液壓泵的損耗和沖擊。

　　3結語(yǔ)

　　1)對混砂車(chē)的風(fēng)扇冷卻的液壓系統進(jìn)行了改進(jìn)，并對控制方式進(jìn)行了優(yōu)化設計，增加液壓系統的壽命，并且起到了節能效果;

　　2)對混砂車(chē)的攪拌液壓系統進(jìn)行了優(yōu)化設計，并將優(yōu)化后的方案應用于實(shí)際調試生產(chǎn)中起到一定的指導意義。

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