淺析HSC360混砂車的液壓系統最佳化設計論文

淺析HSC360混砂車的液壓系統最佳化設計論文

　　HSC360型混砂車主要應用於大、中型的油氣井的煤層氣、石油和頁岩氣的壓力作業，它按一定比例將支撐劑進行均勻混合，透過低壓管匯系統輸送給壓裂車，進行壓裂施工作業。HSC360 混砂車主要包括裝載底盤、動力系統、低壓管匯系統、液壓系統、混合罐等。筆者對風扇冷卻的液壓系統和攪拌液壓系統進行了最佳化設計，對試製和除錯起到一定的指導作用。

　　1風扇冷卻液壓系統的最佳化

　　液壓系統是為混砂車提供動力，主要包括吸入及排出泵系統、攪拌系統、螺旋輸砂系統、風扇冷卻系統、綜合泵系統等。風扇冷卻系統，採用小流量的定量泵，實現風扇液壓馬達的轉動，從而驅動風扇工作。攪拌系統透過恆壓變數柱塞泵，驅動低速大扭矩液壓馬達實現動作;攪拌系統設有轉速感測器，透過控制比例流量閥，達到無級調節攪拌液壓馬達速度。

　　1.1原理上的最佳化

　　最初設計風扇冷卻系統時候，計算液壓泵需要流量不大、功率不高，所以主泵選擇定量泵，並採用低速、高速兩種工作模式，混砂車的兩個冷卻部分透過節溫器來控制。但現場試製時發現在混砂車長時間工作後，風扇的阻力變大，消耗的功率增大，併產生較大的工作噪聲;在兩個模式的切換中，對液壓馬達和機械結構衝擊過大，會降低液壓馬達和風扇的使用壽命。因此，對液壓系統進行最佳化，採用恆壓泵作為動力源，利用比例節流閥和壓力補償器控制風扇液壓馬達轉速。

　　1.2控制方式的最佳化

　　風扇冷卻採用自動化控制，控制框圖如圖2 所示。混砂車工作時，液壓系統的油溫感測器和發動機的油溫感測器，發訊給控制系統，控制系統對油溫進行比較、判斷，輸出相對應的電壓值控制比例流量閥，從而控制冷卻風扇液壓馬達的轉速;當感測器的溫度上升達到一定數值時，控制系統會增加冷卻風扇的轉速，當感測器的溫度上升達到設計下限值的時候，控制系統會減少冷卻風扇的轉速，從而保持冷熱平衡。

　　2攪拌液壓系統的最佳化和資料分析

　　攪拌系統的液壓泵為恆壓變數泵，其壓力是恆定的，但在不同的工作狀態下，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;同時變數泵一直處於高壓狀態，不僅浪費能源，還會降低液壓泵的使用壽命。

　　2.1攪拌液壓系統的最佳化

　　透過對上述攪拌液壓系統的分析，進行如下的最佳化：

　　1)將恆壓變數泵最佳化為負載感測變數泵，最佳化後的液壓原理圖如圖1 中所示。負載感測變數泵能夠按照系統要求，控制變數泵的輸出流量保持壓力隨負載而變化。負載感測變數泵實際上保證比例節流閥的前後兩端的壓差為恆定值，對比例節流閥起著壓力補償的.作用，從而提高攪拌系統的控制精度，並且減少攪拌液壓泵長期處於高壓的工作狀態，提高攪拌系統的使用壽命和效率。

　　2)採用新的控制方式，並用PID進行校正。最佳化後攪拌液壓系統的控制過程為：控制系統輸出電流輸入控制訊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，實現攪拌系統工作，在攪拌液壓馬達工作的時候，轉速感測器會將液壓馬達的轉速反饋回系統，形成了一個閉環控制系統。液壓控制系統採用PID，對系統能夠更好地糾正誤差;輸入控制訊號是控制系統根據壓裂基液的輸入量、輸砂量濃度來調節的。

　　2.2攪拌液壓系統的資料分析

　　對比攪拌系統的泵出口壓力和轉速能夠發現：

　　1)最佳化後的液壓系統，攪拌系統的轉速和輸入控制訊號成線性，並且在最佳化後的PID 控制方式下，控制精度滿足了工作的要求。

　　2)最佳化後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，液壓泵處於低壓工作，其相對於最佳化前的恆壓泵總處於高壓，降低了液壓泵的損耗和衝擊。

　　3結語

　　1)對混砂車的風扇冷卻的液壓系統進行了改進，並對控制方式進行了最佳化設計，增加液壓系統的壽命，並且起到了節能效果;

　　2)對混砂車的攪拌液壓系統進行了最佳化設計，並將最佳化後的方案應用於實際除錯生產中起到一定的指導意義。