石油勘探現(xiàn)場(chǎng)灑水車取力器的選型研究

惠文婷

（延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西 延安 712100）

前言

隨著國家對(duì)環(huán)境的要求不斷提高，石油勘探企業(yè)采取了一系列措施實(shí)現(xiàn)油氣資源勘探與環(huán)境生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。由于勘探環(huán)境惡劣，近年來越來越多的石油勘探企業(yè)采購或改裝灑水車應(yīng)用于勘探現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的改善，由于勘探現(xiàn)場(chǎng)地形較傳統(tǒng)城市道路惡劣，故灑水車取力器的匹配也較傳統(tǒng)城市灑水車有所區(qū)別。

1 取力器選型的基本要求及原則

石油勘探現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，該路況灑水車取力器的選型不僅要滿足勘探現(xiàn)場(chǎng)使用工況，還必須與車輛“動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)”的性能參數(shù)相匹配，確保滿足使用功能的基礎(chǔ)上盡可能提高可靠性。取力器選型的具體要求如下：

（1）取力器的輸出功率（扭矩）、轉(zhuǎn)速（傳動(dòng)比）、旋向應(yīng)與灑水泵的性能匹配；

（2）取力器的輸出位置，應(yīng)滿足水泵的設(shè)計(jì)布置要求；

（3）取力器的取力方式需有利于整車布置；

（4）整車發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在較低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下得到較高的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。

為了避免因取力器選型與車輛使用工況不符導(dǎo)致取力器損壞或出現(xiàn)質(zhì)量事故的情況發(fā)生，在車輛改裝設(shè)計(jì)之初，就需要對(duì)取力器的類型、布置位置和接口形式選取進(jìn)行匹配分析，使改裝后的灑水車在實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的基礎(chǔ)上，能夠優(yōu)化性能和提高可靠性，避免造成不必要的資源浪費(fèi)。[1]此外灑水車的實(shí)際應(yīng)用受汽車駕駛員的控制，駕駛員的工作經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制的大小對(duì)灑水車取力器的使用壽命也有著直接關(guān)系。

2 取力器的匹配計(jì)算

2.1 取力器輸出功率計(jì)算

選擇合理的匹配，首先取力器必須具有足夠的輸出功率來滿足灑水作業(yè)的需要。理論上取力器的輸出功率與其輸出扭矩和轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系：

式中：T為扭矩（N.m）；P為功率（Kw）；n為轉(zhuǎn)速（rpm）。

2.2 取力器傳動(dòng)比計(jì)算

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和灑水泵的工作轉(zhuǎn)速，可計(jì)算出取力器的傳動(dòng)比：

式中： i 為取力器傳動(dòng)比；nx為發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作點(diǎn)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，nw為取力器的輸出轉(zhuǎn)速。

對(duì)于輸出轉(zhuǎn)速受變速器檔位影響的取力器，其傳動(dòng)比與取力器的總速比是兩個(gè)不同的概念。取力器的總速比是指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與取力器輸出端的轉(zhuǎn)速之比，它不但與取力器的傳動(dòng)比有關(guān)，還與變速器對(duì)應(yīng)檔位或分動(dòng)器有關(guān)。而取力器的傳動(dòng)比僅指取力器自身固有的傳動(dòng)比，與取力器自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，僅在不受變速器檔位影響的情況下與總速比相同。

3 實(shí)踐案例分析

以某石油勘探現(xiàn)場(chǎng)即將采購的兩款灑水車為例就選型和匹配應(yīng)用情況進(jìn)行分析。已知灑水車常用水泵參數(shù)如表 1，兩款灑水車型發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)如下表2：

表1 灑水車用水泵系列性能參數(shù)（常溫清水）

表2 兩款發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)

3.1 水泵、取力器和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配分析

水泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行是保證其性能參數(shù)達(dá)到理想狀態(tài)的最佳選擇，當(dāng)選用取力器的速比一定后，其要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也相應(yīng)確定，其關(guān)系如下：

泵輸入軸轉(zhuǎn)速×取力器速比=發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

此處選取QH50取力器（Q--取力器，H--后端取力，50--額定輸出扭矩 500Nm)時(shí)，選用速比分別為 i1=1.167和i2=0.818兩種情速比，相應(yīng)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速見表3：

表3 不同取力器速比下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需求

從以上計(jì)算結(jié)果看，如選用QZB系列水泵，因其i1=1.167的取力器要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1727rpm，基本處于2號(hào)灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)；故與2號(hào)灑水車匹配是合理的； 而當(dāng)選用i2=0.818的取力器時(shí)，要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1342rpm，基本處于 1號(hào)灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)；故1號(hào)灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)匹配是合理的；如果選用QZF系列水泵，因i1=1.167的取力器，要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1210rpm，基本處于1號(hào)灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。

3.2 灑水車的使用狀態(tài)對(duì)取力器使用壽命的影響分析

水泵、取力器和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正確匹配是保證其正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)因素，是灑水車使用可靠性的前提條件。日常合理正確的操作使用，是確保取力器使用壽命的關(guān)鍵條件，當(dāng)取力器的速比一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)油門的大小，是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的關(guān)鍵。對(duì)于石油勘探現(xiàn)場(chǎng)灑水車水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢直接影響了取力器的壽命[2]，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速在±20%范圍內(nèi)變化時(shí)，其流量、揚(yáng)程、軸功率、效率的變化關(guān)系如下：

流量比：

揚(yáng)程比：

軸功率比：

由上述關(guān)系可見，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)軸功率的影響最大（立方正比關(guān)系），若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在高速運(yùn)行，對(duì)于取力器的損傷會(huì)加劇，故石油勘探現(xiàn)場(chǎng)灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往盡可能地低。

綜上所述，該石油勘探企業(yè)最終選取1號(hào)灑水車匹配速比為1.167的取力器。

4 結(jié)論

當(dāng)采購灑水車發(fā)動(dòng)機(jī)確定時(shí)，水泵和取力器的匹配選型是保證其可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，取力器設(shè)計(jì)最大輸出功率的提高和用戶正確的使用狀態(tài)，是減少取力器故障的決定因素。故灑水車取力器的正確選型不僅要根據(jù)用途和使用工況而定，還必須與車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)相匹配，要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算分析，統(tǒng)籌兼顧，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能地工作在最佳狀態(tài)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷的狀態(tài)下工作，只有這樣才能在確保使用功能的基礎(chǔ)上兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性，也有利于提高取力器的使用壽命和可靠性，最大程度地降低企業(yè)的運(yùn)營成本。