黃富春

摘要：對(duì)于固井水泥車(chē)而言，固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)屬于不可或缺的組成部分，借助液力機(jī)械變速器以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力的有效傳遞，并通過(guò)檔位變換以滿(mǎn)足不同固井作業(yè)所要求的流量以及壓力等要求。本文圍繞固井水泥車(chē)固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，首先分析了該系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性、液力變矩器的特性以及二者協(xié)同工作特性，其次討論了固井水泥車(chē)固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，以期為業(yè)內(nèi)人士提供有益參考。

關(guān)鍵詞：固井水泥車(chē)；固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；研究；優(yōu)化

引言

固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是固井水泥車(chē)的重要組成部分。對(duì)固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化匹配能夠更好地滿(mǎn)足不同固井作業(yè)的相關(guān)要求，保障和提高整個(gè)固井作業(yè)的效率性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

1.固井水泥車(chē)固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

以某型號(hào)雙機(jī)雙泵固井水泥車(chē)的固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹和討論[1]。

1.1系統(tǒng)概述

動(dòng)力設(shè)備和固井泵之間的全部傳動(dòng)部件被稱(chēng)之為傳動(dòng)系。某型號(hào)雙機(jī)雙泵固井水泥車(chē)的固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、液力變矩器、自動(dòng)變速箱、萬(wàn)向軸、柱塞泵。

1.2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性分析

柴油機(jī)為固井作業(yè)提供動(dòng)力源，所以選配1臺(tái)適宜的柴油機(jī)，能夠顯著提升固井作業(yè)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性。為液力變矩器匹配適宜的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，一般考慮柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性。所謂速度特性指的是，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Te、功率Pe以及比油耗量ge隨其實(shí)際轉(zhuǎn)速ne變化的規(guī)律[2]。以CAT3406六缸渦輪增壓柴油機(jī)為例，其Te隨著ne的增大先增后減，然而總體變化趨勢(shì)趨于平緩；Pe隨著ne的增加而增加，且在額定轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到最大值；ge隨著ne的增大先減后增，然而總體上沒(méi)有發(fā)生過(guò)大變化。

1.3液力變矩器的特性分析

所謂液力變矩器的特性指的是，反映該裝置的一系列性能參數(shù)的變化規(guī)律，通常包括兩種，一是靜態(tài)特性，二是動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于液力變矩器而言，其外特性是通過(guò)對(duì)某具體的液力變矩器進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)得到的，因此，當(dāng)尺寸以及泵輪轉(zhuǎn)速有所改變時(shí)，即便是同一類(lèi)型的該裝置，也會(huì)呈現(xiàn)出完全不一樣的外特性曲線(xiàn)。因此，對(duì)該裝置的性能進(jìn)行分析時(shí)通常采用原始特性，而針對(duì)該裝置進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配計(jì)算時(shí)通常采用輸入特性。該固井水泥車(chē)配備的ALLISON TC-496型液力變矩器的性能參數(shù)如下：1）轉(zhuǎn)速比i=0.00、變矩系數(shù)K=2.81、效率η=0.00、公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩Tbg=395.198N·m；2）轉(zhuǎn)速比i=0.50、變矩系數(shù)K=1.74、效率η=0.93、公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩Tbg=336.579N·m；3）轉(zhuǎn)速比i=1.00、變矩系數(shù)K=0.69、效率η=0.69、公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩Tbg=50.955N·m。該液力變矩器表現(xiàn)出一定的混合透穿性，高效率范圍寬，提示其具有理想的經(jīng)濟(jì)性。

1.4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作的匹配分析

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作時(shí)，當(dāng)后者渦輪軸輸出功率PT達(dá)到最大值時(shí)，二者滿(mǎn)足最佳匹配位置要求。PT指的是渦輪軸轉(zhuǎn)速在nTmin～nTmax之間變化時(shí)，二者共同工作時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率。即液力變矩器達(dá)到最高效率工況時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入特性曲線(xiàn)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的額定功率點(diǎn)相交時(shí)，渦輪軸輸出功率將達(dá)到最大。實(shí)際情況是，變矩器達(dá)到最高效率工況時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入特性曲線(xiàn)未能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的額定功率點(diǎn)，由此可見(jiàn)，有必要對(duì)二者共同工作狀態(tài)下的匹配位置予以相應(yīng)優(yōu)化。

2.固井水泥車(chē)固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1優(yōu)化理論概述

所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)方法指的是，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，從若干設(shè)計(jì)方案中優(yōu)選出最為理想的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用這一方法能夠明顯提升和保障設(shè)計(jì)質(zhì)量以及設(shè)計(jì)效率。具體工程問(wèn)題的優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般做法是，經(jīng)由相應(yīng)的精簡(jiǎn)方法將該問(wèn)題轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，換而言之，借助數(shù)學(xué)表達(dá)式以實(shí)現(xiàn)對(duì)具體工程問(wèn)題的準(zhǔn)確描述，接下來(lái)立足于數(shù)學(xué)模型本身特點(diǎn)選擇理想的優(yōu)化方法，編制相應(yīng)的計(jì)算程序，并進(jìn)行準(zhǔn)確求解，從而獲得最理想的設(shè)計(jì)方案。

2.2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配優(yōu)化

利用匹配優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化得到的變矩器循環(huán)圓有效直徑D=0.3819m，圓整后取D=0.380m[3]。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和優(yōu)化之后的液力變矩器的共同工作輸入曲線(xiàn)詳見(jiàn)圖1。由圖1可知：液力變矩器達(dá)到最高效率工況點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入特性曲線(xiàn)相較原來(lái)發(fā)生了左移，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)固井泵壓力以及流量的更好利用，另外，也顯著強(qiáng)化了混漿系統(tǒng)的工作性能；失速工況點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入特性曲線(xiàn)同樣發(fā)生了左移，如此一來(lái)，能夠大幅提升固井泵的工作壓力。三種匹配方案：1）有效直徑D=0.36187m、共同工作輸出功率P=201.21kW；2）有效直徑D=0.376m、共同工作輸出功率P=224.27kW；3）有效直徑D=0.3819m、共同工作輸出功率P=232.78kW。可知，方案3在發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率利用方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。所以，建議變矩器循環(huán)圓有效直徑D取0.380m。

圖1 優(yōu)化后共同工作輸入特性

3.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，固井作業(yè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是固井水泥車(chē)的重要組成部分，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行深入研究，尤其要做好柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配優(yōu)化工作，從而保障和提升固井水泥車(chē)的工作效率以及質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周海紅，黃穎，張敏，張俊峰.整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配試驗(yàn)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2012，05：58-60.

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