浅析HSC360混砂车的液压系统优化设计论文

时间：2021-08-31

　　HSC360型混砂车主要应用于大、中型的油气井的煤层气、石油和页岩气的压力作业，它按一定比例将支撑剂进行均匀混合，通过低压管汇系统输送给压裂车，进行压裂施工作业。HSC360 混砂车主要包括装载底盘、动力系统、低压管汇系统、液压系统、混合罐等。笔者对风扇冷却的液压系统和搅拌液压系统进行了优化设计，对试制和调试起到一定的指导作用。

　　1风扇冷却液压系统的优化

　　液压系统是为混砂车提供动力，主要包括吸入及排出泵系统、搅拌系统、螺旋输砂系统、风扇冷却系统、综合泵系统等。风扇冷却系统，采用小流量的定量泵，实现风扇液压马达的转动，从而驱动风扇工作。搅拌系统通过恒压变量柱塞泵，驱动低速大扭矩液压马达实现动作;搅拌系统设有转速传感器，通过控制比例流量阀，达到无级调节搅拌液压马达速度。

　　1.1原理上的优化

　　最初设计风扇冷却系统时候，计算液压泵需要流量不大、功率不高，所以主泵选择定量泵，并采用低速、高速两种工作模式，混砂车的两个冷却部分通过节温器来控制。但现场试制时发现在混砂车长时间工作后，风扇的阻力变大，消耗的功率增大，并产生较大的工作噪声;在两个模式的切换中，对液压马达和机械结构冲击过大，会降低液压马达和风扇的使用寿命。因此，对液压系统进行优化，采用恒压泵作为动力源，利用比例节流阀和压力补偿器控制风扇液压马达转速。

　　1.2控制方式的优化

　　风扇冷却采用自动化控制，控制框图如图2 所示。混砂车工作时，液压系统的油温传感器和发动机的油温传感器，发讯给控制系统，控制系统对油温进行比较、判断，输出相对应的电压值控制比例流量阀，从而控制冷却风扇液压马达的转速;当传感器的温度上升达到一定数值时，控制系统会增加冷却风扇的转速，当传感器的温度上升达到设计下限值的时候，控制系统会减少冷却风扇的转速，从而保持冷热平衡。

　　2搅拌液压系统的优化和数据分析

　　搅拌系统的液压泵为恒压变量泵，其压力是恒定的，但在不同的工作状态下，液压马达的负载是不同的，从而造成比例流量阀的两端压差在变化，影响控制精度;同时变量泵一直处于高压状态，不仅浪费能源，还会降低液压泵的使用寿命。

　　2.1搅拌液压系统的优化

　　通过对上述搅拌液压系统的分析，进行如下的优化：

　　1)将恒压变量泵优化为负载传感变量泵，优化后的液压原理图如图1 中所示。负载传感变量泵能够按照系统要求，控制变量泵的输出流量保持压力随负载而变化。负载传感变量泵实际上保证比例节流阀的前后两端的压差为恒定值，对比例节流阀起着压力补偿的作用，从而提高搅拌系统的控制精度，并且减少搅拌液压泵长期处于高压的工作状态，提高搅拌系统的使用寿命和效率。

　　2)采用新的控制方式，并用PID进行校正。优化后搅拌液压系统的控制过程为：控制系统输出电流输入控制信号给比例流量阀的电磁铁，从而调剂比例流量阀的输出流量，控制搅拌液压马达的转速，实现搅拌系统工作，在搅拌液压马达工作的'时候，转速传感器会将液压马达的转速反馈回系统，形成了一个闭环控制系统。液压控制系统采用PID，对系统能够更好地纠正误差;输入控制信号是控制系统根据压裂基液的输入量、输砂量浓度来调节的。

　　2.2搅拌液压系统的数据分析

　　对比搅拌系统的泵出口压力和转速能够发现：

　　1)优化后的液压系统，搅拌系统的转速和输入控制信号成线性，并且在优化后的PID 控制方式下，控制精度满足了工作的要求。

　　2)优化后的搅拌液压系统的输入压力随负载而变化，当搅拌系统不工作、轻载工作时，液压泵处于低压工作，其相对于优化前的恒压泵总处于高压，降低了液压泵的损耗和冲击。

　　3结语

　　1)对混砂车的风扇冷却的液压系统进行了改进，并对控制方式进行了优化设计，增加液压系统的寿命，并且起到了节能效果;

　　2)对混砂车的搅拌液压系统进行了优化设计，并将优化后的方案应用于实际调试生产中起到一定的指导意义。

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