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确保操作安全 , 应详细分析起升油缸回路工作特
点 , 采取必要的安全措施 。另外 , 井架落下时 , 因
井架逐渐增大的重力作用 , 将产生重力超速现象 ,
必须采取有效防范措施 。
最简单的起升油缸回路 , 如图 1 所示 。
图
1
液压回路示意图
当换向阀处中位 , 油缸两腔的油道均被阀芯切
断 , 无杆腔内的油液被封闭 , 重力经活塞的作用 ,
使腔内油液压力升高 , 直至平衡重力
F
, 井架静
止 。当换向阀处 ①位 , 压力油液进入油缸的无杆
腔 , 活塞杆伸出 , 推动井架起升 , 同时有杆腔内的
油液经换向阀流回油箱 。当换向阀处 ②位 , 压力油
液进入油缸的有杆腔 , 活塞杆缩回 , 拉动井架回
落 , 同时油缸无杆腔油口直接连通油箱 。随着井架
与水平夹角的逐步减小 , 起升油缸负载
T
逐渐增
加 , 迫使井架下降速度加快 , 即便是换向阀开度不
变 , 井架下降速度也会越来越快 , 当下降速度过快
时 , 井架下落将失去控制 , 产生重大的机械事故 ,
这就是重力超速现象 。应严格设法防止 。其有效的
方法之一 , 是在油缸的无杆腔建立足够的背压
p
b
,
以平衡井架自重的作用 , 控制井架下降速度 。
油缸匀速下降条件为
p
b
A
b
= F +
p
g
A
b
φ
(
1
)
p
b
=
F
A
b
+
p
g
φ
= p
f
+
p
g
φ
(
2
)
式中
p
g
—
—
—有杆腔油压 , Pa ;
p
f
—
—
—负载压力 , Pa ;
F
—
—
—活塞杆的轴向负载 , N ;
φ—
—
—缸速比 ;
A
b
—
—
—无杆腔背压面积 , m
2
。
下面介绍几种常用的防止重力超速措施 。
1
1 换向阀节流限速
液压回路如图 1a 所示 , 利用减小换向阀开度 ,
控制油缸无杆腔排油流量 , 在阀口处产生节流压力
p
b
, 满足式 (2) 的条件 , 使重物匀速下降 。这种
方法简单 , 无需附加设置防范机构 。但对操作者的
技术要求较高 , 且工作中稍有不慎即会造成事故 。
为确保安全生产 , 修井机井架起升机构不推荐使用
这种方法 。
2
1 单向节流阀限速
液压回路如图 1b 所示 , 在油缸的无杆腔的油
口处加设单向节流阀 。当井架起升时 , 换向阀处 ①
位 , 高压油液通过单向节流阀 , 打开单向阀口 , 进
入油缸的无杆腔 , 活塞杆伸出 , 推动井架起升 。当
井架下落时 , 换向阀处 ②位 , 高压油液通向油缸的
有杆腔 , 在与井架自重的共同作用下 , 使活塞有回
缩的趋势 , 无杆腔内的油液 , 进入单向节流阀 , 将
单向阀关闭 , 油液只能经节流阀通过 , 使油缸无杆
腔产生节流压力
p
b
, 以平衡井架自重的作用 。当
回路中能够产生足够的背压 , 就能有效地防止重力
超速现象的发生 。
单向节流阀节流面积
f
1
的确定 : 设油缸无杆
腔回油流量为
Q
d
1
, 其关系为
Q
d
1
=
4
17 ×10
-
2
Cf
1
p
b
m
3
(
3
)
式 (1) 和式 (2) 联解 , 可求得节流面积
f
1
f
1
=
Q
d
1
4
17 ×10
-
2
C
F/ A
0
+ p
d
1
/
φ
(
4
)
式中
C
—
—
—节 流 阀 的 流 量 系 数 ,
C
= 0
165 ～
0
175 ;
A
0
—
—
—油缸无杆腔作用面积 , m
2
;
p
d
1
—
—
—油缸回缩时 , 有杆腔压力 , 通常取
p
d
1
= (
0
15 ～ 115
)
M Pa 。
设计时 , 重力负载
F
取最大值
,
流量
Q
d
1
取
最低速度时的值 , 以确保在重载低速工况时 , 不发
生重力超速现象 。
单向节流阀限速方法结构比较简单 , 但井架下
降速度不稳定 , 随着载荷的大小变化 。载荷大 , 下
降速度快 ; 载荷小 , 下降速度慢 。修井机井架对下
降速度要求不是很严格 , 因此 , 多数型号的修井机
起升油缸 , 仍选用单向节流阀限速的结构 。
3
1 平衡阀限速
液压回路如图 2 所示 。在油缸无杆腔的油口处
加设平衡阀 , 使用平衡阀的液压回路 , 限速稳定 ,
下降速度不受载荷变化的影响 。换向阀处 ①位 (图
2a) , 高压油液经换向阀 , 进入平衡阀 , 打开单向
阀 , 进入油缸的无杆腔 ; 有杆腔的油液经换向阀回
油箱 , 活塞杆伸出 , 推动井架起升 。换向阀处 ②位
(图 2b) , 高压油液经换向阀 , 分两路 : 一路通向
・
8
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石 油 机 械
2002
年 第
30
卷 第
2
期