摘要:本文介绍了液压钻机液压支腿的锁紧形式及控制方式,针对钻机调试过程中出现抖动问题进行分析,并提出了相应的改进措施。
关键词:液压钻机;液压支腿;双向液压锁;单向节流阀
为了适应世界石油能源发展的新形势,进一步提高我公司钻井装备的技术水平,研制开发采用了全液压系统的液压钻机,可方便实现主机控制和井口自动化设备控制,为钻机的自动化研制提供了基础。
该钻机采用专用载重汽车底盘,因其机动灵活,实现了钻机的快速移动、安装和快速搬迁。为了提高钻机的工作性能,增加稳定性,通常在载重底盘或车架上设有五个支腿。这些支腿通常采用液压驱动形式,结构比较简单[1]。在钻机作业时,整个主机车的重量完全由液压支腿支撑,并通过相应部件加以锁紧。本文主要从液压支腿结构设计,控制锁紧等方面着手,结合钻机调试过程中出现的抖动问题,并对这一问题进行分析,提出一种可行的液压支腿改进方案。
一、液压支腿的布置方式及结构设计
1.1液压支腿的布置方式
液压钻机中液压支腿的主要作用是钻井作业时,将底盘车撑起,使钻机轮胎脱离地面,车桥不受力,参考国内外液压钻机支腿布置方式采用五支腿支撑的布置方式,车头安装一个支腿,中间位置安装2个支腿,车尾位置安装2个支腿。其具体位置如图1所示。
图1 液压钻机支腿布置形式
1.2液压支腿的结构
1-盖板;2-螺栓;3-别针;4-销轴;5-加强板;6-液压缸;7-外筒;8-内筒
图2液压钻机中所用支腿结构形式
液压钻机所用支腿结构形式,如图2所示。该支腿采用方管套方管的导向支撑方式,在径向受力方向避免了仅靠液压缸活塞杆受力的缺点,利用方管较强的抗弯曲能力实现对主机车的支撑。
二、液压支腿的锁紧及控制
车载式钻机在进行钻井作业时,必须保证主机车车身水平,且能够提供稳定可靠的支撑基础。支腿液压回路中的垂直支腿液压缸必须设置锁紧油路,由于油缸双向液压锁密封锁紧性能良好,所以液压钻机的液压支腿采取双向液压锁的锁紧方式。
1-阀体;2-弹簧;3-锥阀;4-锥阀;5-弹簧;6-控制活塞;
7-液压支腿;8-换向阀
图3 液压支腿双向液压锁锁紧控制原理
双向液压锁主要由阀体1,锥阀3、4,弹簧2、5,控制活塞等组成。当换向阀8处于中位时,垂直支腿液压油缸处于锁紧状态。
当放下支腿时,操作换向阀处于位置Ⅰ,使液压泵来油进入双向液压锁的B口,打开锥阀4,进入液压缸上腔。此时,控制活塞6在B腔压力油的作用下向左移动,顶开锥阀3,使液压缸能回油,液压缸活塞向下运动。放下支腿后,换向阀又处于中位,双向液压锁的两个锥阀关闭,使垂直支腿液压缸又处于锁紧状态。防止钻机在作业时发生“软腿”现象。
当收回垂直支腿时,操纵换向阀处于位置Ⅱ,使液压泵来油进入双向液压锁A口,打开锥阀3,进入液压缸下腔。此时,控制活塞6在A腔压力油的作用下向右移动,顶开锥阀4,使液压缸上腔能够回油,收回支腿。支腿收回后换向阀又处于中位,由于液压锁的闭锁作用,防止发生“掉腿”现象。
图4 改进后的液压支腿原理图
三、液压支腿存在问题
在液压钻机调试过程中,主机车调平时发生明显的颤抖现象,支腿油缸的缩回速度控制性能也较差。
当液压缸无杆腔回油时,活塞杆加速运动,无杆腔的油路压力快速下降,而液压缸有杆腔油路的压力也快速下降,当有杆腔的压力降至低于液压锁的开锁压力时,油缸无杆腔液压锁迅速关闭,油液无法排除,液压缸活塞便停止运动。而此时液压泵仍然继续向油缸有杆腔供油,使有杆腔油路继续升压,直到油路压力升至液压锁开启压力后,再次打开无杆腔液控单向阀,使液压缸活塞运动。
造成这一现象的原因是负载的运动方向与油缸的运动方向一致,回油前无杆腔由于主机车自身的重量已产生较大的压力,在支腿油缸缩回时使液压锁处于开启、关闭的这种时断时续的工作状态,产生抖动现象。
四、液压支腿解决方案
针对在主机车调平时液压支腿出现抖动及噪声现象,需要降低液压缸的回油流速,增加回油背压,以提高液压缸的运动平稳性。其具体措施有:
(1)加装单向节流阀。如图4(左),这种方式构成了回油节流调速回路。通过在无杆腔回油管路上改变过流通径,限制液压缸回油的最大流量并使无杆腔产生背压。由于回油管路出油量的限制,液压泵的输入流量也同时被限制,多余的油量通过溢流阀回油箱。有杆腔的压力达到溢流阀的调定压力,保证无杆腔液控单向阀有持续的控制压力,单向阀保持打开状态,使液压缸活塞杆平稳运动。
(2)对于液压缸活塞的运动平稳性有更高要求的液压系统,可在回路中再加装平衡阀,如图4(右)。平衡阀即顺序阀加单向阀,这种方式构成了平衡回路。通过在无杆腔回油管路上加装平衡阀,使有杆腔始终保持平衡阀的开启压力,从而维持无杆腔单向阀的打开状态,使液压缸活塞平稳运动。
这两种方法都增加了无杆腔的背压,并控制了回油额流速,式液压缸活塞下降平稳,消除了液控单向阀因失压过快而非正常关闭所带来的液压缸活塞运动不平稳的隐患,解决了液压支腿调平时出现的抖动及噪声问题。两种方案都增强了液压支腿的平稳性,但平衡阀方案价格较高,单向节流阀方案比较经济实惠。
参考文献
[1]马永辉.工程机械液压系统设计计算[M].北京:机械工业出版社,1985.
[2]袁承训.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,1999.
[3]王伟.使用液压锁应注意的问题[J].机床与液压,2004(4):176-177.
作者简介
王建兵(1985-),2008年毕业于济南大学机械工程及自动化专业,工学学士,现在山东科瑞机械制造有限公司从事钻井与修井设备的液压系统设计工作。
论文作者:王建兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签:液压论文; 液压缸论文; 钻机论文; 活塞论文; 压力论文; 单向阀论文; 双向论文; 《基层建设》2019年第19期论文;