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淺析HSC360混砂車的液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計論文
HSC360型混砂車主要應(yīng)用于大、中型的油氣井的煤層氣、石油和頁巖氣的壓力作業(yè)，它按一定比例將支撐劑進(jìn)行均勻混合，通過低壓管匯系統(tǒng)輸送給壓裂車，進(jìn)行壓裂施工作業(yè)。HSC360 混砂車主要包括裝載底盤、動力系統(tǒng)、低壓管匯系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、混合罐等。筆者對風(fēng)扇冷卻的液壓系統(tǒng)和攪拌液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，對試制和調(diào)試起到一定的指導(dǎo)作用。
1風(fēng)扇冷卻液壓系統(tǒng)的優(yōu)化
液壓系統(tǒng)是為混砂車提供動力，主要包括吸入及排出泵系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、螺旋輸砂系統(tǒng)、風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)、綜合泵系統(tǒng)等。風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，采用小流量的定量泵，實現(xiàn)風(fēng)扇液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動風(fēng)扇工作。攪拌系統(tǒng)通過恒壓變量柱塞泵，驅(qū)動低速大扭矩液壓馬達(dá)實現(xiàn)動作;攪拌系統(tǒng)設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器，通過控制比例流量閥，達(dá)到無級調(diào)節(jié)攪拌液壓馬達(dá)速度。
1.1原理上的優(yōu)化
最初設(shè)計風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)時候，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，混砂車的兩個冷卻部分通過節(jié)溫器來控制。但現(xiàn)場試制時發(fā)現(xiàn)在混砂車長時間工作后，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;在兩個模式的切換中，對液壓馬達(dá)和機械結(jié)構(gòu)沖擊過大，會降低液壓馬達(dá)和風(fēng)扇的使用壽命。因此，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用恒壓泵作為動力源，利用比例節(jié)流閥和壓力補償器控制風(fēng)扇液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
1.2控制方式的優(yōu)化
風(fēng)扇冷卻采用自動化控制，控制框圖如圖2 所示。混砂車工作時，液壓系統(tǒng)的油溫傳感器和發(fā)動機的油溫傳感器，發(fā)訊給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對油溫進(jìn)行比較、判斷，輸出相對應(yīng)的電壓值控制比例流量閥，從而控制冷卻風(fēng)扇液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速;當(dāng)傳感器的溫度上升達(dá)到一定數(shù)值時，控制系統(tǒng)會增加冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當(dāng)傳感器的溫度上升達(dá)到設(shè)計下限值的時候，控制系統(tǒng)會減少冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而保持冷熱平衡。
2攪拌液壓系統(tǒng)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析
攪拌系統(tǒng)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(dá)的負(fù)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;同時變量泵一直處于高壓狀態(tài)，不僅浪費能源，還會降低液壓泵的使用壽命。
2.1攪拌液壓系統(tǒng)的優(yōu)化
通過對上述攪拌液壓系統(tǒng)的分析，進(jìn)行如下的優(yōu)化：
1)將恒壓變量泵優(yōu)化為負(fù)載傳感變量泵，優(yōu)化后的液壓原理圖如圖1 中所示。負(fù)載傳感變量泵能夠按照系統(tǒng)要求，控制變量泵的輸出流量保持壓力隨負(fù)載而變化。負(fù)載傳感變量泵實際上保證比例節(jié)流閥的前后兩端的壓差為恒定值，對比例節(jié)流閥起著壓力補償?shù)淖饔茫瑥亩岣邤嚢柘到y(tǒng)的控制精度，并且減少攪拌液壓泵長期處于高壓的工作狀態(tài)，提高攪拌系統(tǒng)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(tǒng)的控制過程為：控制系統(tǒng)輸出電流輸入控制信號給比例流量閥的電磁鐵，從而調(diào)劑比例流量閥的輸出流量，控制攪拌液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)攪拌系統(tǒng)工作，在攪拌液壓馬達(dá)工作的時候，轉(zhuǎn)速傳感器會將液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速反饋回系統(tǒng)，形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)采用PID，對系統(tǒng)能夠更好地糾正誤差;輸入控制信號是控制系統(tǒng)根據(jù)壓裂基液的輸入量、輸砂量濃度來調(diào)節(jié)的。
2.2攪拌液壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析
對比攪拌系統(tǒng)的泵出口壓力和轉(zhuǎn)速能夠發(fā)現(xiàn)：
1)優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和輸入控制信號成線性，并且在優(yōu)化后的PID 控制方式下，控制精度滿足了工作的要求。
2)優(yōu)化后的攪拌液壓系統(tǒng)的輸入壓力隨負(fù)載而變化，當(dāng)攪拌系統(tǒng)不工作、輕載工作時，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(jié)語
1)對混砂車的風(fēng)扇冷卻的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，并對控制方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，增加液壓系統(tǒng)的壽命，并且起到了節(jié)能效果;
2)對混砂車的攪拌液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并將優(yōu)化后的方案應(yīng)用于實際調(diào)試生產(chǎn)中起到一定的指導(dǎo)意義。
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