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油缸的有杆腔 , 在与井架自重共同作用下 , 使活塞
有回缩的趋势 ; 另一路高压进入平衡阀的控制口 ,
推动先导阀 2 右移 , 打开限速阀芯 1 的阀口 , 形成
节流 。无杆腔的油液 , 进入平衡阀 , 迫使单向阀关
闭 , 油液只能经限速阀芯 1 的节流通道流动 , 产生
背压
p
b
, 无杆腔中产生足够的背压 , 就能有效地
防止重力超速现象的发生 。
图
2
平衡阀节流示意图
1
—限速阀
; 2
—先导阀
现分析油缸下落时平衡阀工作情况 , 油缸的载
荷是不断变化的 , 当油缸的无杆腔压力减小时 , 活
塞下落速度加快 , 有杆腔压力随即下降 , 先导阀芯
的推力减小 , 限速阀芯在弹簧作用下向左移动 , 将
回油孔口关小 , 无杆腔节流效果增加 , 控制下降速
度减小 , 使背压
p
b
随着增加 , 防止超速现象发生 。
平衡阀的自动补赏能力 , 使起升油缸回路有比较平
稳的下降速度 , 不受井架下降过程中载荷变化影
响 。图 2 所示为它控式平衡阀回路 , 先导阀由油缸
的有杆腔油压控制 。平衡阀回路的结构比较复杂 ,
设计考究 , 略有差错 , 回路易产生自激振荡 , 井架
下降不平稳 , 严重时可导致事故发生 。这种回路多
应用于要求严格的场合 。
回路设计计算
起升油缸的主要参数是活塞推力和运动速度 。
活塞推力可由静力学方法求解 。油缸运动速度 , 起
升速度
v
1
通常控制在 0
115～013m/ s , 下降速度
v
2
选择 0
108～011m/ s。速度过快 , 惯性大 , 影响井
架强度 , 操作不太安全 。速度过慢 , 油缸爬行 , 井
架运动不稳定 。
井架起升机构受力简图 , 如图 3 所示 。
对井架铰点
O
取矩
∑
M
O
=
0
T [
sinα・
b
cos
(
β
-
θ
3
) -
cosα・
b
sin
(
β
-
θ
3
) ] = Fa
cosβ
T =
Fa
cosβ
b
sin
(
α
-
β
+
θ
3
)
(
5
)
或
T =
Fa
cosβ
H
(
6
)
图
3
井架起升机构受力分析
H = d
sin cos
-
1
L
2
+ d
2
- c
2
2
L d
(
7
)
α
=
180°
-
θ
1
-
cos
-
1
L
2
+ d
2
- c
2
2
L d
(
8
)
β
=
cos
-
1
c
2
+ d
2
- L
2
2
cd
+
θ
2
+
θ
3
-
90°
(
9
)
式中
a
、
b
、
c
、
d
、
e
、
f
—
—
—油缸安装几何尺寸 ,
m ;
L
—
—
—油缸长度 , m ;
L
G
—
—
—油缸缩回长度 , m ;
L
0
—
—
—油缸安装长度 , 取值
L
0
=
c
2
+ d
2
-
2
cd
cos
(
90°
-
θ
2
-
θ
3
) (
10
)
L
1
—
—
—油缸第一级伸出终端时长度 , 取值
L
1
= L
G
+ L
X
1
(
11
)
L
2
—
—
—油缸第二级伸出终端时长度 , 取值
L
2
= L
G
+ L
X
1
+ L
X
2
(
12
)
L
X
1
、
L
X
2
—
—
—油缸各级行程 , m ;
L
Z
—
—
—井架竖起状态时 , 油缸展开安装长
度 , m , 尺寸由结构确定 。即
・
9
・
2002
年 第
30
卷 第
2
期
徐忠明
:
修井机井架起升油缸回路分析与设计计算