车装修井机机动性能及其动力性能的研究

黄文涛

【摘 要】论文主要对车装修井机的机动性能和相应的动力性能予以分析。望此次研究的内容和结果，能对车装修井机的广泛应用起到促进作用，进而为提升油田石油和天然气的生产量献力。

【Abstract】In this paper， the motor performance and the corresponding dynamic performance of the vehicle mounted workover rig are analyzed. It is hoped that the content and results of this study can play a role in promoting the wide application of the vehicle mounted workover rig，and enhance oil production capacity of oil and gas.

【关键词】车装修井机；机动性能；动力性能

【Keywords】 vehicle mounted workover rig；motor performance；dynamic performance

【中图分类号】TE935 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0116-02

1 引言

在工业的迅速发展下，车装修井机的升级和改进为石油开采设备的高效使用提供了重要的保障。随着车装修井机自身体积与质量的不断增加，其机动性能降低。由于油田礦区室外作业环境较为恶劣，使得在车装修井机行驶的过程中，运载车车体底盘承受的冲击较大，在钻井作业过程中需要承受井架起落引起的载荷，以上这些因素对车装修井机的动力性能提出了较高的要求。

2 车装修井机机动性能研究

2.1 车装修井机动力性能参数分析

在此主要对车装修井机的动力性能进行分析。车装修井机装载了修井的相应设备，其中整套的设备增加了运载底盘重量的同时，还改变了整体的重心位置。车装修井机自身底盘动力性能主要从两个方面进行评定：一是最高车速；二是最大爬坡度。其中最高车速指的是汽车在平直的道路上达到的最大行驶速度。鉴于这一数值是反映其自身的极限能力，并不是代表其实际作业时行驶速度，车装修井机的重心偏高，并且在实际应用中满载的概率较大。因此，其最高车速和常见的运货车相比较低，最高车速在50km/h左右。车装修井机各个档位下车速计算公式为：

其中，np是发动机自身的转速，np=2100R/min；R是轮胎静力半径，R=0.542m；ig是变速箱各个档位的传动比，Ⅰ档为4.1；Ⅱ档为2.65、Ⅲ档为2.11；Ⅳ档为1.75；Ⅴ档为1.2。将相应的数值带入到公式当中得到的结果是：Ⅰ档是12.73km/h；Ⅱ档是18.85km/h、Ⅲ档为24.95km/h；Ⅳ档为36.94km/h；Ⅴ档为20.3km/h。

而车装修井机的爬坡度性能指的是在设备满载时良好路面上的最大化爬坡度，用imax表示，这里的爬坡度指的是在车处于一档时的极限位置。在实际应用中车装修井机自身的爬坡度有较高的要求，尤其是在满载后重量偏大的状况下，在一定程度上影响了爬坡度的大小。

2.2 车装修井机稳定性分析

车装修井机自身行驶的稳定性主要指的是在行驶的过程中，受外部因素的作用下能保持规定范围内的行驶状态，进而避免发生失控和倾覆的现象。车装修井机在直线坡道上行驶过程中，在公路的纵坡角α达到一定角度时，很有可能使其发生倒溜和滑移。假设车装修井机在陡坡上行驶时，忽略空气阻力和惯性阻力。其受力状况如图1所示：

通过对其进行物理力学分析得知，车身的重心高度越低，则重心到后轴的距离越大，车体适应的纵坡越大，稳定系数越高。而只要行驶于纵向坡度不超过最大爬坡度的坡道，便不会发生纵向倒溜和滑移。

3 车装修井机作业前动力性能分析

3.1 液压系统简述

在矿井生产现场，首要的工作内容是找准位置伸出液压支腿，依靠液压支腿支撑起整个修井机。之后的工作是起升井架，井架靠安装在底盘上的起升液压油缸进行起升。无论是液压支腿或起升液压油缸，在动力方面均来自车装修井机上的配置液压系统。该系统主要是由液压油箱提供的。通过分析得知液压系统具有的几点重要的功能：控制液压支腿升降来调节整个修井机的水平；控制液压缸伸缩，进而起升或回落井架；对外接的油压源进行控制。

3.2 液缸起升动力性能分析

在对车装修井机液缸起升动力性能进行分析时应对其井架和井架起升液缸在此过程中形成的力学系统进行分析，如图2所示：

（虚线部分是井架处于不同起升位置）

从图2的分析得知，井架中心位置的距离起升的实际支点距离为6336mm，液压缸对其自身井架支点距离为2167mm，从机械设计基础的相应知识得知，整个系统能可以看成是三个可动件：原动件、三个转动副和一个滑动副。由此可见连杆结构的自由度相当于原动件实际的数量，这主要是由于其自身固有的运动规律是规则的，起升井架过程中在液压油的影响下，关于一级液压缸相对于外缸筒而言是向上滑动的，外缸筒围绕固定在汽车底盘上的构件进行顺时针转动。二级和三级的液压缸与之工作的原理相似。在修井作业结束后，各个级别的起升液压缸便缩回，在此过程中的运动方式和之前刚好相反。在对其动力性能进行分析时，按照各个液压缸具有的起升能力以及对相关数据进行计算得到的结果，能为车装修井机当中液压缸的设计提供重要的数据。此次研究中车装修井机中的井架起升液压缸的测量尺寸如表1所示。

通过对表1和图三相应的数据进行受力分析，利用力矩方程进行计算，计算公式和结果为：

通过对井架不同角度起升力大小进行计算得知，α的大小在0°～34°区间内，属于一级的液缸起升阶段，而在34°～83°区间内是二级液缸的起升阶段，在83°～90°区间内属于三级液缸起升的阶段。0°～90°的区间内，在井架起升的过程中α=17°时，起升力度最大，其准确数值为的198091.2N。通过对压力数值的计算和对比，在液压系统的压力数值在14MPa时，整个井架实际的起升阶段是较为安全的。

4 结论

在此次研究中，主要对车装修井机自身的机动性能和动力性能进行分析和计算，得到满载的时各个档位的最高车速和最大爬坡度，并通过对车装修井机在作业前井架起升的动力性能进行计算，通过计算得到了高效安全的液压系统安全数值。望此次研究的相应数据和信息，能为油田矿井高效使用车装修井机提供参考性建议。