同步液压绞车研究

摘要：同步液压绞车是通过对液压绞车进行控制，从而达到液压绞车和运动部件主动或者被动同步的一种液压控制系统。同步液压绞车是不压井修井设备中提升下放油管的主要工具，在不压井修井设备中要求液压绞车能从地面将油管主动提升至工作台面，然后油管连接至提升下放装置。文章对同步液压绞车进行了研究。

关键词：不压井修井设备；同步液压绞车；同步运动；液压原理；液压控制系统 文献标识码：A

中图分类号：TH137 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

在不压井修井设备中，要求液压绞车同时具备主动提升油管和被动跟随提升下压装置同步运动。根据这种工况要求的需要设计出了同步液压绞车。同步液压绞车是一种能跟随其他运动物体进行同步运动的液压绞车，即同步液压绞车的运动速度和其他运动物体的运动速度相同。同步液压绞车既可以在运动负载的作用下运动同步运动，也能自主的提升重物。

2 结构组成

同步液压绞车由液压马达、联轴器、钢丝绳滚筒、钢丝绳、支架等组成。

2.1 马达

同步液压绞车的液压马达根据扭矩、转速的需要可选用叶片马达、齿轮马达、内摆线马达等多种结构形式的液压马达。

2.2 联轴器

联轴器是连接液压马达和钢丝绳滚筒的传动件，根据同步液压绞车的扭矩和转速的要求选择。

2.3 钢丝绳

钢丝绳一段固定在钢丝绳滚筒上，另一端悬挂

重物。

2.4 支架

支架用于固定液压马达和钢丝绳滚筒，并安装在工作台面上。

液压马达安装在支架上，依靠液压马达的外圆在支架上定位；液压马达通过联轴器和钢丝绳滚筒连接在一起，钢丝绳滚筒安装在支架上；钢丝绳一端固定在钢丝绳滚筒上，另一端连接主动运动物体或者重物。

3 液压控制系统原理

液压控制系统由液压源、安全阀、溢流阀、远控溢流阀、单向阀、手动换向阀、单向节流阀等组成。

1.液压源；2.安全阀；3.溢流阀；4.远控溢流阀；5.单向阀；6.手动换向阀；7.单向节流阀

图1 液压控制系统原理

3.1 液压源

液压源为同步液压绞车的液压系统提供压力油，驱动液压马达。

3.2 安全阀

安全阀调整整个同步液压绞车的液压控制系统的最高工作压力。

3.3 溢流阀

溢流阀调整整个同步液压绞车的液压控制系统的工作压力。

3.4 远控溢流阀

远控溢流阀远程调整溢流阀的设定压力。

3.5 单向阀

单向阀防止液压马达反转时，液压油进入溢流阀。

3.6 手动换向阀

手动换向阀控制液压马达的正反转。

3.7 单向节流阀

单向节流阀调整液压马达的正转速度。

液压源通过安全阀调节整个液压控制系统的最高工作压力后进入手动换向阀；控制手动换向阀的手柄供给液压马达两端液压油；远控溢流阀控制溢流阀的调节压力，从而调节供给液压马达的液压油的压力；因此液压马达一端供给了有一定压力的液压油，而另一端连接液压源的油箱，从而液压马达两端产生了压力差，迫使液压马达旋转；而单向节流阀则调节供给液压马达的液压油的流量，从而调节液压马达的转动速度。

4 参数计算

根据经济性选择同步液压绞车的液压控制系统的最大工作压力。

P——同步液压绞车的液压控制系统的最大工作

压力

同步液压绞车的钢丝绳滚筒和马达的计算、选择。

4.1 钢丝绳滚筒

设计钢丝绳滚筒时，根据同步液压绞车的最大负载选择合适的钢丝绳；根据工作需要确定钢丝绳滚筒的容绳量，容绳量的大小需大于重物的最高工作位置减去最高工作的距离；确定好钢丝绳滚筒的容绳量后，根据安装空间的要求确定钢丝绳滚筒最小绕绳直径和钢丝绳滚筒长度。

G——同步液压绞车的最大负载

d——钢丝绳直径

L——钢丝绳滚筒的容绳量

D——钢丝绳滚筒最小绕绳直径

l——钢丝绳滚筒的长度

a——钢丝绳滚筒的缠绕层数

钢丝绳滚筒的第一层容绳量：L1=πD*l/d

钢丝绳滚筒的第二层容绳量：L2=π（D+d）*l/d

……

钢丝绳滚筒的第n层容绳量：La=π[D+（a-1）d]*l/d

4.2 液压马达的计算和选择

根据实际工作时负载的最大运动速度，再根据该速度计算液压马达转速。

V——负载的最大运动速度

n——液压马达最大转速

B——液压马达的扭矩

q——液压马达的排量

Q——液压马达的流量

ηmv——液压马达的容积效率

ηmm——液压马达的机械效率

ηm——液压马达的总效率

Tm——液压马达的扭矩

ηm=ηmv*ηmm

n=Qηv/q

Tmηmm

根据计算的到液压马达转速和扭矩即可选择合适的液压马达。

5 操作控制

同步液压绞车有两种功能：一个是主动提升重物，另一个是跟随运动物体同步运动。

5.1 主动提升下放重物的工作原理

液压绞车是用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备。

同步液压绞车主动提升下放重物有三个工况。

液压绞车提升工况：调节远控溢流阀到最小，启动液压源，操纵换向阀，使换向阀的阀杆处于右端，液压油进入液压马达，调节远控溢流阀，使供给液压马达的液压油的压力增大，使液压马达两端产生压差。当该压差作用在液压马达上的扭矩大于重物产生的扭矩时，液压马达旋转，重物上升；当该压差作用在液压马达上的扭矩小于重物产生的扭矩时，液压马达旋转，重物自动下放；当该压差作用在液压马达上的扭矩等于重物产生的扭矩时，液压马达不旋转，重物悬停。

液压绞车下放工况：调节远控溢流阀到最大，启动液压源，操纵换向阀，使换向阀处于左端，液压油进入液压马达，调节远控溢流阀，使控制供给液压马达的液压油的压力减小，使液压马达两端产生压差。直到液压马达两端产生压差产生的扭矩小于重产生的扭矩时，重物下落；逐渐压油的压力，重物下落速度加快，重物下落速度最快为自由落体时产生的速度。

刹车工况：操纵换向阀，使换向阀处于中位，切断液压马达的供油，重物即停止运动。

5.2 在运动负载的作用下同步运动的工作原理。

运动负载拉动同步液压绞车运动：调节远控溢流阀到最小，启动液压源，控制运动物体向下运动时即可拉动液压马达转动，从而使液压马达和运动物体同步

运动。

同步液压绞车跟随运动负载运动：调节远控溢流阀到最小，启动液压源，控制运动物体向上运动，这时液压马达不运动；调节远控溢流阀逐渐加大，直到同步液压绞车运动速度等于运动负载的运动速度，这时同步液压绞车跟随运动负载同步运动。

6 结语

同步液压绞车是通过对液压绞车进行控制，从而达到液压绞车和运动部件主动或者被动同步的一种液压控制系统。同步液压绞车是一种能跟随其他运动部件进行同步运动的液压绞车，即同步液压绞车的运动速度和其他运动部件的运动速度相同，根据调节液压系统压力，使钢丝绳保持适当的张紧力，进而保证液压绞车正常工作。同步液压绞车是一种在特殊工况下即可作为起重设备也可跟随运动负载同步运动的起重设备。

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作者简介：杨德强（1978-），男，中石化石油工程机械有限公司第四机械厂工程师，研究方向：石油钻修设备液压系统、气压系统设计。

（责任编辑：黄银芳）