测井车用两种配置液压系统Mooring控制的对比分析

胜伟，丁友林，熊丽君，李海涛，任科

(二机集团南阳华美石油设备有限公司，河南南阳473006)

测井车为油田的一种专用设备，该种设备上传动系统目前主要采用REXROTH系统和SAUER ＆ DANFOSS ＆ DAIKIN (以下简称SAUER)系统两种配置的液压传动系统，而液压传动系统中的Mooring控制系统随着油田随钻及水平井等测试工作的增多，使其得到了广泛的应用，但在实际使用过程中发现两种配置的Mooring控制系统响应时间差别较大，下面分析引起差别的主要原因。

1 两种配置Mooring控制原理图

REXROTH系统及SAUER系统的Mooring控制原理分别如图1、2所示。

图1 REXROTH系统原理图

2 Mooring控制的实现过程

两种配置的液压传动原理一样，其工作过程为:由变量油泵1与定(变)量马达2组成闭式回路，定(变)量马达2通过减速器(或减速器+链条)驱动绞车旋转达到释放或回收电缆的目的。通过油泵控制手柄3偏转不同方向及角度对变量油泵1的伺服阀1.2 油路进行控制(SAUER系统为油泵控制手柄3对先导阀1.3控制，然后先导阀1.3 对伺服阀1.2 进行控制)，从而达到对变量油泵1 斜盘方向及角度的控制，最终控制定(变)量马达2的旋转方向及速度。

Mooring控制中，油泵控制手柄3 始终位于使绞车回收电缆的位置，通过远程调压阀5 (Remote Variable Pressure Limiter (RVPL))设定电缆上满足工作要求的预张力，当有足够大的外力向外拉电缆时，马达变成油泵，使马达高压侧的压力进一步升高到足以将远程调压阀5 打开而使高压油进入变量油泵1的伺服缸1.1的低压侧(高压油过来后变成高压侧)，推动伺服缸1.1 内的活塞运动，带动油泵斜盘越过中位变为相反的方向，绞车释放电缆;由于变量泵1的伺服缸1.1 一般不能承受较高的压力，通过背压阀4 来设定进入伺服缸1.1的压力油的压力(REXROTH 系统中背压阀设定压力为5 MPa，SAUER系统中背压阀设定压力为2 MPa)。当向外拉电缆的力降到一定值时，远程调压阀5 关闭，变量油泵1的伺服缸1.1的原低压侧压力降低，变量油泵1的伺服阀1.1 油路正常工作，绞车回收电缆。

图2 SAUER系统原理图

实际操作中，按相关要求对设备进行例行检查确保在各方面正常的前提下，具备随钻条件后，将油泵控制手柄3 置于“停止”位置，远程调压阀5调节装置逆时针旋转到完全打开的位置，启动原动机。减速器有挡位的使其位于最高挡位置(只有当高挡满足不了上提要求时，可用较低的挡位)，然后先将远程调压阀5 调节装置顺时针旋转到最小设定压力(滚筒空转起动压力)，再将油泵控制手柄3偏转较小的角度使绞车向回收电缆方向旋转 (油泵控制手柄3偏转角度根据实际工况、负载等因素，保证绞车在实际工作中上提、下放运转正常)，再慢慢将远程调压阀5 调节装置顺时针旋转，直至计量装置面板上的张力值达到工作值，若只靠远程调压阀5 使计量装置面板上的张力值达不到工作值，可增加控制手柄3偏转角度，直到计量装置面板上的张力值达到工作值，在此种状态下，当钻杆钻进时，绞车将向释放电缆方向旋转与钻杆保持同步下放电缆，当起钻时，绞车将向回收电缆方向旋转与钻杆保持同步回收电缆，而在钻杆钻进、起钻及停钻过程中，电缆始终处于绷紧状态。当钻进及起钻过程中绞车与钻杆不同步时，不操作其他装置，只操作远程调压阀5 调节装置逆时针旋转，直到在钻杆的带动下，绞车能向释放电缆的方向旋转，反之操作远程调压阀5 调节装置顺时针旋转，直到在马达的带动下，绞车能向回收电缆的方向旋转，该过程就称为“Mooring控制”或“恒张力控制(Constant Tension Control)”。注意:在调整远程调压阀5 调节装置过程中，随时观察计量装置面板上的张力值不能超过所使用电缆的破断拉力。

3 两种系统的不同之处

远程调压阀不被打开时，油泵、马达正常工作过程没有什么特殊性，下面主要分析油泵、马达处于非正常工作时(即马达变成油泵)两种系统的不同之处。

(1)从马达来看

测井车液压传动系统中常用配置为:REXROTH系统为A4VG系列90排量的油泵配A2FM或A6VM系列的80排量的马达，而SAUER系统为90系列100排量的油泵配90系列100排量的马达。在负载、减速装置及绞车等外部配置相同的情况下，Mooring控制系统中，马达变泵时，马达高压侧的压力等于负载除以传动比及马达的扭矩常数 (SAUER90系列100排量的马达的扭矩常数为15.9 N·m/MPa，REXROTH A2FM或A6VM系列80排量的马达的扭矩常数为12.7 N·m/MPa)，则可知REXROTH 马达产生的压力高于SAUER 马达产生的压力，REXROTH系统远程调压阀则先被打开，也就是说REXROTH系统马达高压侧的压力油可先经过远程调压阀后进入油泵伺服缸的低压侧，先推动油泵伺服缸活塞反向运动，使油泵斜盘将先换向，故REXROTH系统比SAUER系统响应时间短。

(2)从伺服阀来看

远程调压阀过来的控制油进入伺服缸后，将伺服缸活塞反推，伺服缸活塞通过斜盘反馈杆带动伺服阀阀芯运动。在Mooring控制系统中，电控手柄一般偏转角度较小，则电控手柄输出电流较小，伺服阀(REXROTH系统)或先导阀(SAUER系统)上的电磁阀产生的力较小，从图1中可看出REXROTH伺服阀阀芯反向运动需克服电磁阀产生的磁力，该力相对较小，从图2中可看出SAUER伺服阀阀芯反向运动需克服伺服压力油产生的力，该力相对较大，故REXROTH伺服阀阀芯比SAUER伺服阀阀芯更易被推动，从而导致REXROTH系统中伺服控制油比SAUER系统中伺服控制油易被换向，使油泵斜盘换向更容易，故REXROTH系统比SAUER系统响应时间短。

(3)从远程调压阀过来的控制油进伺服缸的油路来看

从图1中可看出REXROTH系统中远程调压阀过来的控制油(超过5 MPa时背压阀打开溢流，对伺服缸起保护作用)直接全部进伺服缸，压力损失小，流量大，对伺服缸活塞作用效果显著。从图2中可看出SAUER系统中远程调压阀过来的控制油(超过2 MPa+补油压力时背压阀打开溢流，对伺服缸起保护作用)与油泵内伺服控制油汇合在一起后分三路流向:一部分压力油经过伺服阀回油泵壳体，一部分压力油经过油泵内的单向阀(图2中单向阀1.4)流向补油泵的出油口，只有部分而非全部进入油泵伺服缸，因此远程调压阀过来的控制油压力损失大、流量相对较小，对伺服缸活塞作用效果不太显著，相比较而言，REXROTH系统中伺服缸活塞比SAUER系统中伺服缸活塞易被推动，使油泵斜盘换向更容易，故REXROTH系统比SAUER系统响应时间短。

4 结束语

由于SAUER系统的配置及油泵结构方面的原因，使得SAUER系统的Mooring控制系统比REXROTH系统的Mooring控制系统响应慢，属正常现象。文中只是定性分析了主要的原因，由于对两种油泵内的伺服油路孔径、长短、走向，节流孔的大小以及伺服缸活塞的直径的大小等缺少相关的数据，故没有进行定量的分析。

【1】博世力士乐(中国)有限公司.REXROTH轴向柱塞变量泵A4VG系列3 RC 92 003/05.06[M].2006.

【2】博世力士乐(中国)有限公司.REXROTH轴向柱塞定量马达A2FM系列6 RC 91 001/10.06[M].2006.

【3】博世力士乐(中国)有限公司.REXROTH轴向柱塞变量马达A6VM系列6 RC 91 604/05.06[M].2006.

【4】萨澳行走液压(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列轴向柱塞泵[M].2006.

【5】萨澳行走液压(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列轴向柱塞马达[M].2006.

【6】成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2009.