1二次调节液压抽油机工作原理.doc

二次调节静液传动液压抽油机液压系统设计姜继海，刘宇辉（哈尔滨工业大学机电工程学院液压气动研究室，黑龙江 哈尔滨 150001jjhlxw@hit.edu.cn 摘 要：基于二次调节静液传动技术设计提出的液压抽油机能实现重物势能的回收，降低了系统的装机功率，介绍了二次调节液压抽油机的设计步骤和方法，完成了样机试制，为节能型液压抽油机的设计提供了参考。关键词：二次调节；液压抽油机；液压蓄能器；节能 引言 二次调节静液传动系统具有控制特性好、提供重力势能和制动动能回收的可能性等优点得到广泛的应用。基于该技术提出的二次调节液压抽油机具有节能效果显著、生产效率高、安全性好等优点。与机械式抽油机比较二次调节液压抽油机具有以下优势：（1）能方便地实现对负载下降过程中的重力势能进行回收，回收的能量可直接利用或储存。因此，可降低系统的装机功率。（2）冲程和冲次可以方便地进行无级调节，同时，抽油机的上升与下降的速度也可以分别无级调节，可实现下降慢，上升快或相反的运动。（3）在井下发生卡泵现象时，能自动地对井上及井下采油设备给以安全保护。 1 二次调节液压抽油机工作原理 1–电动机；2、3–液压泵/马达；4、6–.溢流阀；5–液压蓄能器；7–单向阀；8–液压油缸；9、10–行程开关；11–负载 图1 二次调节液压抽油机工作原理图 二次调节液压抽油机的液压系统原理如图1所示。该系统中的两个液压泵/马达与一个电动机刚性连接。在液压缸8上行的过程中，液压泵/马达3从液压蓄能器5中获取能量与电动机1一起带动液压泵/马达2工作在泵工况输出高压油，使液压缸8上行；在液压缸8下行的过程中，液压缸8输出高压油相当于一个液压泵在工作，输出的高压油驱动液压泵/马达2工作在马达状态，与电动机1一起驱动液压泵/马达3工作在泵工况，将能量回收至液压蓄能器5中。储存在液压蓄能器中的能量在下一个提升负载周期时释放，带动工作于液压马达工况的液压泵/马达3，与电动机一起带动液压泵/马达2工作，为液压缸提供所需能量，实现回收能量的再利用。 在上、下行程中，系统的功率方程如下： （1）提升负载的上行程过程： （1） 式中 ——电动机输出功率（kW）； ——液压蓄能器输出功率（kW）； ——驱动负载所需功率（kW）。 （2）负载能量回馈的下行程过程： （2） 2 设计要求 给定的抽油机实际工况条件如下： （1）提升最大负载质量8,000 kg； （2）最大冲程6m； （3）冲次2–5次/分钟。 3 液压系统设计 3.1液压缸参数的确定 根据抽油机的实际工况，选定液压缸内径100mm，活塞杆直径70mm，有效行程6米。则要求液压缸的最快速度不低于1m/s才能满足冲程和冲次要求。下面计算液压缸的工作压力和流量。 （1）液压缸的最高工作压力 MPa 式中 ——液压缸最高工作压力（Pa）； F——液压缸最大负载（N）； A——活塞工作面积（m2）。 （2）液压缸的最大流量 L/min 式中 ——液压缸的最大流量（m3/s）； ——活塞杆的最快运动速度（m/s），=1m/s。 （3）液压缸的最大输出功率 kW 3.2 蓄能器的选型及相关计算 由式（1）和（2）可知，液压蓄能器回收和重新利用的功率的大小对电动机安装功率有直接影响。下面给出液压蓄能器相关参数的计算公式： （1）液压蓄能器所能储存能量 （3） 式中 ——液压蓄能器初始充气压力（）； ——液压蓄能器最低工作压力（）； ——液压蓄能器最高工作压力（）； ——液压蓄能器在初始充气状态下的容积）。 （2）液压蓄能器所能释放功率 （4） 式中 ——液压蓄能器释放能量的时间（s）。 （3）液压蓄能器有效容积 当液压蓄能器主要用于储存能量时，其放油量是作为能源补充，即有效容积应满足系统的要求。 （5） 式中 ——在液压蓄能器最低工作压力时气囊内气体的容积（）； ——在液压蓄能器最高工作压力时气囊内气体的容积（）。 表1 液压蓄能器计算结果 1个蓄能器 2个蓄能器 （MPa） 12 12 （MPa） 18 18 （J） 129.4 258.8 （L） 8.8 17.7 （kW） 21.6 43.1 本设计中取一个和两个40L气囊式液压蓄能器，根据公式（3）、（4）、（5）分别计算，计算结果见表1。 本文选取两个40L气囊式液压蓄能器，其型号为NXQA–40/31.5–L，在此基础上开展设计计算。 3.3两个液压泵/马达的选型及计算 根据液压缸工作所需的压力和流量，以及系统对液压泵/马达的工作要求，选择A4VSO系列斜盘式变量柱塞泵。其中液压泵/马达2排量250ml/r的A4VSO 25