HSC360型混砂車主要應用于大、中型的油氣井的煤層氣、石油和頁巖氣的壓力作業(yè)，它按一定比例將支撐劑進行均勻混合，通過低壓管匯系統(tǒng)輸送給壓裂車，進行壓裂施工作業(yè)。HSC360 混砂車主要包括裝載底盤、動力系統(tǒng)、低壓管匯系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、混合罐等。筆者對風扇冷卻的液壓系統(tǒng)和攪拌液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，對試制和調試起到一定的指導作用。
1風扇冷卻液壓系統(tǒng)的優(yōu)化
液壓系統(tǒng)是為混砂車提供動力，主要包括吸入及排出泵系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、螺旋輸砂系統(tǒng)、風扇冷卻系統(tǒng)、綜合泵系統(tǒng)等。風扇冷卻系統(tǒng)，采用小流量的定量泵，實現(xiàn)風扇液壓馬達的轉動，從而驅動風扇工作。攪拌系統(tǒng)通過恒壓變量柱塞泵，驅動低速大扭矩液壓馬達實現(xiàn)動作;攪拌系統(tǒng)設有轉速傳感器，通過控制比例流量閥，達到無級調節(jié)攪拌液壓馬達速度。
1.1原理上的優(yōu)化
最初設計風扇冷卻系統(tǒng)時候，計算液壓泵需要流量不大、功率不高，所以主泵選擇定量泵，并采用低速、高速兩種工作模式，混砂車的兩個冷卻部分通過節(jié)溫器來控制。但現(xiàn)場試制時發(fā)現(xiàn)在混砂車長時間工作后，風扇的阻力變大，消耗的功率增大，并產(chǎn)生較大的工作噪聲;在兩個模式的切換中，對液壓馬達和機械結構沖擊過大，會降低液壓馬達和風扇的使用壽命。因此，對液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用恒壓泵作為動力源，利用比例節(jié)流閥和壓力補償器控制風扇液壓馬達轉速。
1.2控制方式的優(yōu)化
風扇冷卻采用自動化控制，控制框圖如圖2 所示。混砂車工作時，液壓系統(tǒng)的油溫傳感器和發(fā)動機的油溫傳感器，發(fā)訊給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對油溫進行比較、判斷，輸出相對應的電壓值控制比例流量閥，從而控制冷卻風扇液壓馬達的轉速;當傳感器的溫度上升達到一定數(shù)值時，控制系統(tǒng)會增加冷卻風扇的轉速，當傳感器的溫度上升達到設計下限值的時候，控制系統(tǒng)會減少冷卻風扇的轉速，從而保持冷熱平衡。
2攪拌液壓系統(tǒng)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析
攪拌系統(tǒng)的液壓泵為恒壓變量泵，其壓力是恒定的，但在不同的工作狀態(tài)下，液壓馬達的負載是不同的，從而造成比例流量閥的兩端壓差在變化，影響控制精度;同時變量泵一直處于高壓狀態(tài)，不僅浪費能源，還會降低液壓泵的使用壽命。
2.1攪拌液壓系統(tǒng)的優(yōu)化
通過對上述攪拌液壓系統(tǒng)的分析，進行如下的優(yōu)化：
1)將恒壓變量泵優(yōu)化為負載傳感變量泵，優(yōu)化后的液壓原理圖如圖1 中所示。負載傳感變量泵能夠按照系統(tǒng)要求，控制變量泵的輸出流量保持壓力隨負載而變化。負載傳感變量泵實際上保證比例節(jié)流閥的前后兩端的壓差為恒定值，對比例節(jié)流閥起著壓力補償?shù)淖饔茫瑥亩岣邤嚢柘到y(tǒng)的控制精度，并且減少攪拌液壓泵長期處于高壓的工作狀態(tài)，提高攪拌系統(tǒng)的使用壽命和效率。
2)采用新的控制方式，并用PID進行校正。優(yōu)化后攪拌液壓系統(tǒng)的控制過程為：控制系統(tǒng)輸出電流輸入控制信號給比例流量閥的電磁鐵，從而調劑比例流量閥的輸出流量，控制攪拌液壓馬達的轉速，實現(xiàn)攪拌系統(tǒng)工作，在攪拌液壓馬達工作的時候，轉速傳感器會將液壓馬達的轉速反饋回系統(tǒng)，形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)采用PID，對系統(tǒng)能夠更好地糾正誤差;輸入控制信號是控制系統(tǒng)根據(jù)壓裂基液的輸入量、輸砂量濃度來調節(jié)的。
2.2攪拌液壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析
對比攪拌系統(tǒng)的泵出口壓力和轉速能夠發(fā)現(xiàn)：
1)優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)的轉速和輸入控制信號成線性，并且在優(yōu)化后的PID 控制方式下，控制精度滿足了工作的要求。
2)優(yōu)化后的攪拌液壓系統(tǒng)的輸入壓力隨負載而變化，當攪拌系統(tǒng)不工作、輕載工作時，液壓泵處于低壓工作，其相對于優(yōu)化前的恒壓泵總處于高壓，降低了液壓泵的損耗和沖擊。
3結語
1)對混砂車的風扇冷卻的液壓系統(tǒng)進行了改進，并對控制方式進行了優(yōu)化設計，增加液壓系統(tǒng)的壽命，并且起到了節(jié)能效果;
2)對混砂車的攪拌液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，并將優(yōu)化后的方案應用于實際調試生產(chǎn)中起到一定的指導意義。
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