車裝修井機(jī)機(jī)動(dòng)性能及其動(dòng)力性能的研究

黃文濤

【摘 要】論文主要對(duì)車裝修井機(jī)的機(jī)動(dòng)性能和相應(yīng)的動(dòng)力性能予以分析。望此次研究的內(nèi)容和結(jié)果，能對(duì)車裝修井機(jī)的廣泛應(yīng)用起到促進(jìn)作用，進(jìn)而為提升油田石油和天然氣的生產(chǎn)量獻(xiàn)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.

【關(guān)鍵詞】車裝修井機(jī)；機(jī)動(dòng)性能；動(dòng)力性能

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

【中圖分類號(hào)】TE935 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0116-02

1 引言

在工業(yè)的迅速發(fā)展下，車裝修井機(jī)的升級(jí)和改進(jìn)為石油開采設(shè)備的高效使用提供了重要的保障。隨著車裝修井機(jī)自身體積與質(zhì)量的不斷增加，其機(jī)動(dòng)性能降低。由于油田礦區(qū)室外作業(yè)環(huán)境較為惡劣，使得在車裝修井機(jī)行駛的過程中，運(yùn)載車車體底盤承受的沖擊較大，在鉆井作業(yè)過程中需要承受井架起落引起的載荷，以上這些因素對(duì)車裝修井機(jī)的動(dòng)力性能提出了較高的要求。

2 車裝修井機(jī)機(jī)動(dòng)性能研究

2.1 車裝修井機(jī)動(dòng)力性能參數(shù)分析

在此主要對(duì)車裝修井機(jī)的動(dòng)力性能進(jìn)行分析。車裝修井機(jī)裝載了修井的相應(yīng)設(shè)備，其中整套的設(shè)備增加了運(yùn)載底盤重量的同時(shí)，還改變了整體的重心位置。車裝修井機(jī)自身底盤動(dòng)力性能主要從兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定：一是最高車速；二是最大爬坡度。其中最高車速指的是汽車在平直的道路上達(dá)到的最大行駛速度。鑒于這一數(shù)值是反映其自身的極限能力，并不是代表其實(shí)際作業(yè)時(shí)行駛速度，車裝修井機(jī)的重心偏高，并且在實(shí)際應(yīng)用中滿載的概率較大。因此，其最高車速和常見的運(yùn)貨車相比較低，最高車速在50km/h左右。車裝修井機(jī)各個(gè)檔位下車速計(jì)算公式為：

其中，np是發(fā)動(dòng)機(jī)自身的轉(zhuǎn)速，np=2100R/min；R是輪胎靜力半徑，R=0.542m；ig是變速箱各個(gè)檔位的傳動(dòng)比，Ⅰ檔為4.1；Ⅱ檔為2.65、Ⅲ檔為2.11；Ⅳ檔為1.75；Ⅴ檔為1.2。將相應(yīng)的數(shù)值帶入到公式當(dāng)中得到的結(jié)果是：Ⅰ檔是12.73km/h；Ⅱ檔是18.85km/h、Ⅲ檔為24.95km/h；Ⅳ檔為36.94km/h；Ⅴ檔為20.3km/h。

而車裝修井機(jī)的爬坡度性能指的是在設(shè)備滿載時(shí)良好路面上的最大化爬坡度，用imax表示，這里的爬坡度指的是在車處于一檔時(shí)的極限位置。在實(shí)際應(yīng)用中車裝修井機(jī)自身的爬坡度有較高的要求，尤其是在滿載后重量偏大的狀況下，在一定程度上影響了爬坡度的大小。

2.2 車裝修井機(jī)穩(wěn)定性分析

車裝修井機(jī)自身行駛的穩(wěn)定性主要指的是在行駛的過程中，受外部因素的作用下能保持規(guī)定范圍內(nèi)的行駛狀態(tài)，進(jìn)而避免發(fā)生失控和傾覆的現(xiàn)象。車裝修井機(jī)在直線坡道上行駛過程中，在公路的縱坡角α達(dá)到一定角度時(shí)，很有可能使其發(fā)生倒溜和滑移。假設(shè)車裝修井機(jī)在陡坡上行駛時(shí)，忽略空氣阻力和慣性阻力。其受力狀況如圖1所示：

通過對(duì)其進(jìn)行物理力學(xué)分析得知，車身的重心高度越低，則重心到后軸的距離越大，車體適應(yīng)的縱坡越大，穩(wěn)定系數(shù)越高。而只要行駛于縱向坡度不超過最大爬坡度的坡道，便不會(huì)發(fā)生縱向倒溜和滑移。

3 車裝修井機(jī)作業(yè)前動(dòng)力性能分析

3.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)述

在礦井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，首要的工作內(nèi)容是找準(zhǔn)位置伸出液壓支腿，依靠液壓支腿支撐起整個(gè)修井機(jī)。之后的工作是起升井架，井架靠安裝在底盤上的起升液壓油缸進(jìn)行起升。無論是液壓支腿或起升液壓油缸，在動(dòng)力方面均來自車裝修井機(jī)上的配置液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是由液壓油箱提供的。通過分析得知液壓系統(tǒng)具有的幾點(diǎn)重要的功能：控制液壓支腿升降來調(diào)節(jié)整個(gè)修井機(jī)的水平；控制液壓缸伸縮，進(jìn)而起升或回落井架；對(duì)外接的油壓源進(jìn)行控制。

3.2 液缸起升動(dòng)力性能分析

在對(duì)車裝修井機(jī)液缸起升動(dòng)力性能進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)對(duì)其井架和井架起升液缸在此過程中形成的力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，如圖2所示：

（虛線部分是井架處于不同起升位置）

從圖2的分析得知，井架中心位置的距離起升的實(shí)際支點(diǎn)距離為6336mm，液壓缸對(duì)其自身井架支點(diǎn)距離為2167mm，從機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的相應(yīng)知識(shí)得知，整個(gè)系統(tǒng)能可以看成是三個(gè)可動(dòng)件：原動(dòng)件、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)滑動(dòng)副。由此可見連桿結(jié)構(gòu)的自由度相當(dāng)于原動(dòng)件實(shí)際的數(shù)量，這主要是由于其自身固有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是規(guī)則的，起升井架過程中在液壓油的影響下，關(guān)于一級(jí)液壓缸相對(duì)于外缸筒而言是向上滑動(dòng)的，外缸筒圍繞固定在汽車底盤上的構(gòu)件進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。二級(jí)和三級(jí)的液壓缸與之工作的原理相似。在修井作業(yè)結(jié)束后，各個(gè)級(jí)別的起升液壓缸便縮回，在此過程中的運(yùn)動(dòng)方式和之前剛好相反。在對(duì)其動(dòng)力性能進(jìn)行分析時(shí)，按照各個(gè)液壓缸具有的起升能力以及對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果，能為車裝修井機(jī)當(dāng)中液壓缸的設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)。此次研究中車裝修井機(jī)中的井架起升液壓缸的測(cè)量尺寸如表1所示。

通過對(duì)表1和圖三相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行受力分析，利用力矩方程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式和結(jié)果為：

通過對(duì)井架不同角度起升力大小進(jìn)行計(jì)算得知，α的大小在0°～34°區(qū)間內(nèi)，屬于一級(jí)的液缸起升階段，而在34°～83°區(qū)間內(nèi)是二級(jí)液缸的起升階段，在83°～90°區(qū)間內(nèi)屬于三級(jí)液缸起升的階段。0°～90°的區(qū)間內(nèi)，在井架起升的過程中α=17°時(shí)，起升力度最大，其準(zhǔn)確數(shù)值為的198091.2N。通過對(duì)壓力數(shù)值的計(jì)算和對(duì)比，在液壓系統(tǒng)的壓力數(shù)值在14MPa時(shí)，整個(gè)井架實(shí)際的起升階段是較為安全的。

4 結(jié)論

在此次研究中，主要對(duì)車裝修井機(jī)自身的機(jī)動(dòng)性能和動(dòng)力性能進(jìn)行分析和計(jì)算，得到滿載的時(shí)各個(gè)檔位的最高車速和最大爬坡度，并通過對(duì)車裝修井機(jī)在作業(yè)前井架起升的動(dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算，通過計(jì)算得到了高效安全的液壓系統(tǒng)安全數(shù)值。望此次研究的相應(yīng)數(shù)據(jù)和信息，能為油田礦井高效使用車裝修井機(jī)提供參考性建議。