一种精巧的延时液压回路设计.pdf

Hyd r a u l i c s Pn e uma t i c s＆ S ea l s ／ No ． 0 4． 201 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 7 一 种精巧的延时液压回路设计 齐建雄， 谢宏峰， 李美华 北京石油机械厂 ， 北京1 0 0 0 8 3 摘要 该 文针对一种精巧的延时液压 回路进行 了介绍 ， 通 过对 减压 阀和液控 单向阀的巧妙 组合应用 ， 实现 了油缸 高、 低压工 作状态的 切换 ； 通过对节流 E l 和蓄能器容积 的巧妙设计 ， 实现 了高 、 低压变换过程中的时间控制 ， 完成 了高压 到低压 的切换 ， 起到 了保护执行机构 的作用 。 关键 词 延 时液压 回路 ； 减压阀 ； 液控单 向阀 ； 节流 口 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 04 0 0 5 9 0 2 On e S ma r t M e t h od o f De l a y Ci r c u i t Q l J i a n - x i o n g ， X I E H o n g - f e n g ， L I Me i h u a B e i j i n g P e t r o l e u m Ma c h i n e r y F a c t o ry， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I t ’ S a b o u t a s ma r t me t h o d o f d e l a y i n g c i r c u i t ． By u t i l i z i n g b o t h p r e s s u r e r e d u c i n g v a l v e a n d p i l o t o p e r a t e d c h e c k v a l v e ， r e a l i z e d the h i 【g h p r e s s u r e a n d l o w p r e s s u r e’ S t r a n s f e r ； b y u t i l i z i n g t h e thr o t t l e a n d a c c u mu l a t o r ’ S d e s i g n ， r e ali z e d the t i me c o n t r o l b e t we e n the h i g h p r e s s u r e a n d the l o w p r e s s u r e ， c o mp l e t e d the t r a n s f e r o f h i g h p r e s s u r e a n d l o w p r e s s u r e ，p r o t e c t e d t h e a c t u a t o r ． Ke y wo r d s d e l a y i n g c i r c u i t ； p r e s s u re r e d u c i n g v alv e； p i l o t o p e r a t e d c h e c k v alv e； thr o t tl e 0 引言 图1所示 的球 阀阀门是我厂某钻井装置 的重要井 控装备之一 ， 是防止井 涌、 井喷等钻井事故 的重要手段 和保障 ． 在起下钻过程中关闭该 阀门也能减少钻井液的 漏失 通常该钻井装置标配液控阀 门和手动阀门各一 个 ． 液控阀门通过其控制液压缸的伸缩变化实现 阀门的 打开和关闭。 本文所介绍的这一精巧的液压回路设计最 初应用于该液控 阀门的控制上 ．为 了便于 了解这一 回 路 ． 首先对该液控阀门的工作情况进行简单介绍。 该液控阀门主要 由阀体和阀座组成 ．属于球 阀的 一 种 ， 如图 1所示 。其阀座通过销轴 、 曲柄、 滑套连接到 该球阀的控制油缸上 。 通过控制油缸的伸缩 ． 拖动滑套 上下移动 。 带动曲柄旋转 ． 同时销轴将 曲柄的旋转运动 传递到液控阀门的阀座上 ．完成阀门的打开和关 闭动 作 ， 该液控阀门的控制机构如 图 2所示 。该阀的中心孔 为泥浆通道 ， 由于泥浆 的组成成分复杂 。 有时存在较大 的固体颗粒 ， 造成 阀体表面磨损 、 腐蚀或在阀门的打开 关闭的过程 中造成阀体 的旋转阻力增大 ．此 时就需要 阀门控制油缸提供一较大 的力作用在 曲柄 、销轴 、 阀 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 0 4 作者简介 齐建雄 1 9 8 0 一 ， 男 ， 河北蠡县人 ， 工程师 ， 硕 士， 现主要从事 石 油 钻采 设备的设计及液压 系统的设 计。 座 、 阀体 、 滑套等零件上 ， 如果该控制 油缸 长期处于带 压工作状态 ， 则曲柄、 销轴 、 阀座、 阀体和滑套等零件中 相对受力较大的零件就会失效 ．为了解决长期带压造 成的零件失效问题 ．某单位对该系统 的液压控制机构 进行 了改进。 阀体 阀座 三一 黼 _} llI } 曲隹 兰 图 1 球 阀 阀 门 结 构 示 惹 图 图 2液 控 阀 门控 制 机 构 1 液压系统原理 图 针对该液控 阀门打开关 闭过程 中需要压力 高 ． 打 开关闭后不需要较高压力 的特点 ．某公司对该液压控 制系统进行了完善。 该液压系统 见 图 3 主要包括减压阀 1 、 液控单 向 阀 2 、 换向阀 3 、 测压点 4 、 控制油缸 5 、 蓄能器 6 、 节流阀 7和单 向阀 8 。 控制油缸 5直接连接到滑套上 ， 为打开 关闭该阀门提供动力 ．换 向阀 3切换该 阀门的打开关 闭状态 ．减压阀 l和液控单 向阀 2的组合实现了高压 情况下打开关闭该 阀门的过程 ．同时满 足了低压情况 下 。 保 持该 阀门当前状态的要求 。 蓄能器 6和节流 阀 7 的组合实现了高压到低压切换过程中的时间控制。 5 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 4期 1 一 减 压阀2 一 液控单 向阀3 一 换 向阀4 一 测压点5 一 控制 油缸 6 一 蓄能器7 一 节 流阀8 一 单 向阀 图 3阀门控制机构液压原 理图 2 阀门打开状态下的液压原理分析 在钻井装备进行作业 的过程中 ．该控制 阀门始终 处于打开状态 ， 在此状态下的液压回路示意图见图 4 。 图 4阀 门打 开 情 况 下 的 液 压 原 理 图 在该控制阀门打开状态下 ．阀门控制油缸始终处 于伸 出位置 ． 此时减压 阀 1的设定压力 为 3 MP a ． 也就 是 阀门油缸推出的 3 MP a的压力作用在该 阀门装置 的 一 套控制机构上 ．该套控制机构整体处于一种低压维 持 当前状态 的稳定情况下 。 液控单 向阀 2 、 蓄能器 6 、 节 流 阀 7等在此正常钻井工况下不起作用 3 阀门关 闭过程 中的液压 原理 分析 当该阀门需要关闭时 ．液压油工作原理如图 5所 示 。换向电磁 阀 3的电磁铁得 电， 系统压力 通常设定 为 1 6 MP a 通过减压阀 1减压到 3 MP a 后作用到该阀门 的控制油缸上 ．通常情况下 。 3 MP a的作用力不足以推 动该 阀门控制油缸 。但是 ． 3 MP a的液压油 同时经单 向 阀 8和节流阀 7也流 向了蓄能器 6和液控单 向阀 2 ． 蓄 能器的充气压力通常为 6 MP a ．在初始 3 MP a 压力的液 压油无法压缩蓄能器胶囊 ． 但是 3 MP a的压力作用在液 控单 向阀 2上 ． 关闭了减压阀 1的外控泄油 1 3． 减压阀 1 将被动的提升二级压力 回路的压力 至最大值 ． 提升压 力的幅度取决于液控单向阀的面积比例 ．在该 系统 中 减压 阀 1的二级减压 回路最高压力 可达到 1 3 MP a左 右 ，在此高压情况下 ，推动 阀门控制油缸 5关 闭该阀 门 ． 切断 了泥浆通道 。 4 1 蒜 一 j 图 5阀 门关 闭过程 中的液压原理 图 4阀门关 闭状态下 的液 压原理分析 当该阀门关闭后 ．此时阀门控制油缸处于高压状 态 ．同时该阀门的系列控制机构都处于承受 1 3 MP a的 高压 和等效的作用力的状态 。 因此 ． 该阀门不能长期处 于关 闭状态 ．否则将严重影响该 阀门及其系列控制机 构的寿命 5 阀门打 开过程 中的液压原理分析 打开该阀门时 ， 其液压油的工作原理如图 6所示 。 当电磁铁 3失电复位后 ． 由于蓄能器的蓄能保压作用 ． 液控单 向阀 2仍然一直处 于闭合状态 ．所以该 阀门控 制油缸的初始打开压力仍然为最大压力 1 3 MP a左右 ． 同时蓄能器压力经过节流阀 7不断地泄漏 ．使之压力 不断地降低 ．同时造成了施加在液控单 向阀 2上面 的 作用力不断降低 ．随之影 响到减压阀 1后的二级 回路 压力从最高状态缓慢 向减压阀的初始设 定值靠近 ． 直 至减压 阀的泄油 口压力完全打开液控单 向阀 2 ． 减压 阀 1 恢复到最初的设定压力值 。在此过程 中． 应 当保证在 该 阀门控制油缸行程结束后 ． 1 小段时间内蓄能器泄压 结束 ．以预防快速泄压造成阀门控制油缸在减压 阀 1 的初始压力下无法运行 的情况 6结 论 该阀门装置是重要 的井控设备之一 ．其动作通 过 其控制油缸和一系列的控制零件来完成 ．如果该控 制 油缸长期处于高压状态会造成该 阀门及其一系列控 制 零件 中的薄弱环节极易损坏 ．为了解决该 问题而设 计 的此液压控制 回路能很大程度地减少阀门控制油缸的 高压工况 ．对延长 阀门及其控制机构的寿命起到显著 作用 。该液压回路的特点包括 1 通过对减压 阀外控泄油 口的控制 实现减压 阀 控制压力的变化 2 通过蓄能器 的蓄能作用 ， 实现 了换向一段时间 内仍维持高压的效果 3 通过对节流阀 7的调整 ． 可以实现对降压过程 时间方面的控制 该液压系统具有鲜明的二级压力调整及延迟泄压等 显著特点 ． 可用于相关的有此需求的其他设备的设计中。 参考文 献 【 1 ]1 成大先， 等． 液压传 动【 M ] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 4 ． 【 2 】 张立平， 等． 现代液 压技 术应 用 2 2 0例【 M】 ． 北京 化学工业 出版 社 ． 2 0 0 9 ． [ 3 】 张立平 ， 等． 液压 阀原 理 、 使 用与维护【 M】 ． 北京 化学工 业 出版 社． 2 0 0 9 ．