LXI油田專用液壓動力鉗液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2412油田專用液壓動力鉗液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 118931.1液壓動力鉗控制方案 13961.2油路系統(tǒng)的計(jì)算 2210771.2.1液壓動力鉗的技術(shù)要求 240751.2.2系統(tǒng)壓力的確定 2159421.3液壓控制元件的選擇與計(jì)算 3227991.1.1液壓馬達(dá)的選擇與計(jì)算 3178171.1.2液壓缸的選擇與計(jì)算 41.1液壓動力鉗控制方案針對國內(nèi)液壓動力鉗的控制方法，結(jié)合油田的使用要求和操作習(xí)慣，采用吸收國外鐵鉆工較多的控制系統(tǒng)，選擇了一種最適合于液壓動力鉗傳動控制系統(tǒng)的控制方案。液動鉗控部采用液壓控制方案。因?yàn)橐簤簜鲃泳哂袀鲃悠椒€(wěn)定位準(zhǔn)確，可操作性強(qiáng)，最重要的是能提供較大的動力，因此液壓缸和液壓馬達(dá)被用作它的動力裝置，可用于提升機(jī)構(gòu)、伸縮臂機(jī)構(gòu)、變速機(jī)構(gòu)、下鉗夾緊機(jī)構(gòu)、上鉗防松機(jī)構(gòu)和夾鉗轉(zhuǎn)矩傳動機(jī)構(gòu)。按照液壓動力鉗的工作流程和控制方案，可以實(shí)現(xiàn)以下動作：（1）液壓鉗整機(jī)在垂直方向上的升降，由一個升降液壓缸來完成。（2）伸縮臂的伸出和收回，由1個液壓缸將主前臂向前打開或收回，并通過鉸接臂和后臂的配合來帶動鉗體的向前或向后移動。（3）下鉗的夾緊和松開，由兩個相對安裝的液壓缸同步夾持實(shí)現(xiàn)。（4）通過2臺同步液壓馬達(dá)驅(qū)動上鉗螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上鉗的夾緊和釋放。（5）上鉗上卸扣，由1臺上鉗液壓馬達(dá)驅(qū)動四聯(lián)式切口齒輪傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。（6）上鉗轉(zhuǎn)子換檔，由1個換檔液壓缸帶動換檔機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。（7）上鉗夾防松機(jī)構(gòu)的下壓和松開，由2個液壓缸帶動防松機(jī)構(gòu)完成。表3-1列出了液壓動力鉗扣式全過程動作次序，以及每個動作所對應(yīng)的執(zhí)行元件動作。表3-1液壓動力鉗上扣流程與執(zhí)行元件動作動作順序液壓動力鉗動作執(zhí)行元件動作1整機(jī)上升升降液壓缸伸出2伸縮臂張開到指定位置伸縮臂液壓缸伸出3下鉗夾緊2個夾緊液壓缸同步伸出4上鉗夾緊(夾緊后防松壓板下壓)2個同步液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)(防松液壓缸伸出)5上鉗高檔轉(zhuǎn)動(旋扣)1個上鉗液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(換擋液壓缸伸出至高檔位置)6上鉗低檔轉(zhuǎn)動(上扣)1個上鉗液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(換擋液壓缸收回至低檔位置)總之，根據(jù)液壓動力鉗的工作要求，采用液壓傳動，既能滿足控制要求，又能提高動力鉗上卸扣的效率。1.2油路系統(tǒng)的計(jì)算1.2.1液壓動力鉗的技術(shù)要求（1）最大卸扣扭矩：80000N-m（2）鉗頭高/低檔轉(zhuǎn)速：50r/min，10r/min（3）水平移動距離；1500mm（4）垂直移動距離：1000mm1.2.2系統(tǒng)壓力的確定（1）初選系統(tǒng)的工作壓力在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)選擇系統(tǒng)工作壓力。選擇較小的系統(tǒng)工作壓力，會導(dǎo)致液壓元件的結(jié)構(gòu)尺寸要求較大，由于鉆井作業(yè)的工作環(huán)境要求較高，所以液壓動力鉗的結(jié)構(gòu)要求較小，因此不宜采用較小的工作壓力。如果系統(tǒng)選用的工作壓力太大，則對液壓元件的密封性、加工精度的要求就會更高，增加液壓元件的加工成本。結(jié)合液壓動力鉗的工作負(fù)荷及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合各種常用機(jī)械的系統(tǒng)工作壓力，初步確定了液壓動力鉗系統(tǒng)的工作壓力范圍為20~32MPa。（2）系統(tǒng)壓力的確定在確定液壓執(zhí)行元件相關(guān)參數(shù)時，應(yīng)以系統(tǒng)壓力P為主要計(jì)算依據(jù)，而系統(tǒng)壓力的選取也應(yīng)參照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T2346-1988)，并按表3-2中所示的順序選取相應(yīng)的系列壓力參數(shù)。表3-2液壓——公稱壓力系列0.0100.0160.0250.0400.0630.100.16(0.20)0.250.400.63(0.80)1.02.54.06.3(8.0)10.012.516.020.031.540.050.061.080.0100依據(jù)液壓動力鉗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作要求，再參照國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的壓力，選擇液壓動力鉗系統(tǒng)壓力P為25MPa。1.3液壓控制元件的選擇與計(jì)算1.1.1液壓馬達(dá)的選擇與計(jì)算本次設(shè)計(jì)需要兩臺液壓馬達(dá)，一臺繞繩馬達(dá)和一臺拉繩機(jī)。繞繩電機(jī)只需提供把鋼絲繩纏繞到油管上的動力，功率不大。而且拉繩機(jī)的主電機(jī)需要通過拉繩動作來完成上扣或卸扣，所以需要很強(qiáng)的動力。壓油管鉗鉗頭的計(jì)算公式如下：（1.1）式中：TN為鉗頭輸出最大轉(zhuǎn)矩；N為轉(zhuǎn)速；P為鉗頭所需功率；常數(shù)9550。把TN為2000Nm、N為20r/min的數(shù)值帶入公式，計(jì)算出P=4.19Kw。針對液壓馬達(dá)在傳動過程中會出現(xiàn)部分功率損失的問題，通過計(jì)算選取了液壓馬達(dá)的輸出功率為4.2Kw。動力鉗在低檔時輸出扭矩最大，傳動比為2.7，鉗頭轉(zhuǎn)速20r/min。液壓動力鉗低速選擇時液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：（1.2）式中：n為鉗頭轉(zhuǎn)速；i2為傳動比將數(shù)值帶入公式，得到馬達(dá)轉(zhuǎn)速為54.545r/min。由液壓馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)動所需的扭矩來確定其輸出扭矩。液壓馬達(dá)最大輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式是：（1.3）式中：P為馬達(dá)專遞功率；n為馬達(dá)轉(zhuǎn)速；T為馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。通過計(jì)算，該馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩為735.356Nm?；谟?jì)算選擇所需的拉繩主電機(jī)。本次選型采用BM4-400型液壓馬達(dá)，BM4-400型是一種經(jīng)濟(jì)型軸配油液壓馬達(dá)，采用鑲嵌式定子，結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先進(jìn)，密封可靠，使馬達(dá)能在較高的背壓下工作。當(dāng)進(jìn)行繞繩作業(yè)時，所需的電機(jī)功率較小，只需帶動滾筒旋轉(zhuǎn)即可。這次選用BM1-100型繞繩電機(jī)。1.1.2液壓缸的選擇與計(jì)算（1）液壓缸的載荷構(gòu)成與計(jì)算作用于活塞上的載荷為：（1.4）式中：Fw為作用與活塞桿上的外部載荷；Fm為活塞桿與導(dǎo)向套以及活塞與缸壁之間的密封阻力。起動加速時：（1.5）穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時：（1.6）減速制動時：（1.7）式中：工作載荷Fg為作用于活塞桿上的力導(dǎo)軌摩擦載荷Ff的計(jì)算如下：平導(dǎo)軌：（1.8）V型導(dǎo)軌：（1.9）質(zhì)性載荷Fa：（1.10）由于密封阻力Fm難以精確計(jì)算，一般由下式估算：（1.11）按上述荷載計(jì)算方法便可求出液壓缸最大荷載，見式(1.9)，其中最大荷載是液壓缸起動時的荷載。（1.12）對于液壓缸的選擇，液壓缸的推力、拉力和推程是比較重要的標(biāo)準(zhǔn)