液压绞车平衡阀开启压力设置分析

王建兵

摘 要：本文对动力猫道推送小车液压马达控制回路做了相关介绍，结合钻杆下放中出现的抖动异响问题，对平衡阀液控比的选型及平衡阀开启压力的设置进行了分析。本文的分析思路和结论可为今后相关产品的设计提供参考。

关键词：液压马达;液压绞车;平衡阀;开启压力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.013

0 前言

液压绞车在石油机械上的应用非常广泛，钻机底座及井架的起降、动力猫道钻杆输送等均使用到。为保证运行安全，绞车设有平衡阀及制动器。然而，绞車在负负载工作时存在抖动、异响等问题，影响设备的正常使用，同时抖动产生的压力冲击还会严重影响其他液压元件的使用寿命。本文就此问题进行了相关分析，并给出了可行的调节方案。

1 马达控制回路介绍

1.1 推送系统介绍

钻杆输送系统是猫道的核心组成部分，其结构原理如图1所示，由液压马达驱动减速机，减速机输出轴装有链轮，通过链条将扭矩与转速传递给推送小车，通过液压马达的正反转实现小车的前进与后退，进而推动钻杆。

1.2 存在问题

推送小车下放钻杆时，小车及液压马达会出现抖动、爬行现象，马达异响。

2 液压绞车回路分析

2.1 液压马达控制回路分析

图2a中Pc为钻杆反作用于推送小车的力。钻杆在下放过程中，B口进油，小车被动往回运动，此时小车的马达承受负负载。因马达平衡阀设置的开启压力Pt过低，B口油压Pb在未解除机械制动之前就已开启了平衡阀，Pb继续升高，打开机械制动后，马达在负负载Pb作用下被动旋转，使得B口处的压力下降，当不足以克服制动弹簧时，马达制动刹车;刹车后B口压力继续升高，如此周而复始，马达在频繁的启动、刹车，因而会出现抖动及压力冲击现象，频繁的刹车引起马达高温异响。

2.2 平衡阀压力设置分析

图2b为平衡阀的流量-压力曲线。图中K与B点分别对应阀的开启压力Pk和闭合压力Pb，N点对应阀的设定压力Pn，即通过额定流量Qn时的压力。由图2b可知，开启特性中流量增加时被控压力升高;闭合特性中流量减少时被控压力降低。

一般而言，平衡阀的关闭压力不低于开启压力的85%。为保证执行器以最大工作压力工作，设定压力应满足：0.85Pt﹥Pe[1]，式中，Pt--平衡阀设定压力;Pe--系统额定工作压力;

计算得：Pt﹥1.177Pe。

所以，平衡阀设定压力一般为系统额定压力的1.2～1.3倍以上，以保证正常工作[2]。

绞车装有机械制动器，为保运行，平衡阀的最小开启压力必须大于制动器的开启压力，即Pbmin﹥Pf;式中，Pbmin--平衡阀最小开启先导压力;Pf--制动器开启压力，一般为8～20bar;一般平衡阀开启的先导压力比制动器的高1～4bar。

绞车用平衡阀的先导比一般选择4.5：1。液控比太小会导致系统发热大;液控比太大会使平衡阀与制动器开启顺序颠倒，失去平衡阀的作用，影响设备寿命，甚至无法正常工作。

3 结论

液压绞车抖动、爬行问题是由于平衡阀与机械制动不匹配造成的，通过将平衡阀开启压力调高，使油压先解除制动后开启平衡阀，成功将该问题解决。

液压绞车设计、选用平衡阀时，应综合考虑负载、制动开启压力、平衡阀液控先导比等参数，通过计算确定平衡阀的设定压力。绞车在调试阶段，如遇系统抖动、爬行等异常时，可通过提高平衡阀设定压力或更换先导比较小的平衡阀来解决此类问题。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]张海平.液压速度控制技术（第一版）[M].机械工业出版社，2015（10）.

作者简介：王建兵（1985-），男，山东人，工学学士，助理工程师，从事钻井与修井设备的液压系统设计工作。