压裂车重载隔振器性能分析与系统仿真

    0 引 言

    压裂是油气生产中不可或缺的一种增产技术，压裂施工中最主要的设备是压裂泵车，压裂泵车体积庞大，自重大［1］，台上设备工作时对车架及关联设备作用了较大激励，造成设备失效或使用寿命缩短。近年来，国内外学者对主动隔振技术做了大量的研究工作，国外在 20 世纪 70 年代就已经将传感器和补偿控制应用于隔振系统的控制，并开发出了车辆半主动隔振技术［2］，智能材料开始涌入主动隔振领域; 国内熊世树等［3］采用有阻尼双自由度系统力学模型以及弹性元件的刚度仿真程序取得了很好的研究成果，并设计出了以碟簧为主要元件的钢丝绳组合隔振器，该隔振器在工程实际中取得了很好的隔振效果; 路纯红等［4］针对橡胶常温低频阻尼性能差的问题，设计开发了一种新型的金属橡胶/橡胶复合叠层隔振器。到目前为止仍没有适用于压裂泵车重载台上设备的重载隔振器。

    目前，国内压裂泵车对其上装设备的隔振装置主要采用橡胶隔振器。由于橡胶隔振器刚度小以及压裂泵车台上设备隔振效果和使用效率，同时延长其寿命，笔者围绕新型重载隔振器的开发与性能分析展开研究，以期为重载隔振器大规模应用于压裂泵车提供理论依据和技术支撑。

    1 隔振器的整体设计与模型建立

    笔者基于隔振理论并结合压裂车上装设备实际工况，设计了一种新型车用重载隔振器，其结构示意图如图 1 所示。利用三维绘图软件 Pro/E 建立了该新型重载隔振器的三维模型，如图 2 所示。

    2 隔振器性能有限元分析

    2. 1 线性静力分析基础

    线性静立结构分析用来分析结构在给定静力载荷作用下的响应。由经典力学理论知物理的动力学通用公式为［5］:

    式中 ［M］———质量矩阵;

   ［C］———阻尼矩阵;

   ［K］———刚度系数矩阵;

    { x} ———位移矢量;

    F ( t) ———力矢量。

    在线性静力结构分析中，所有与实践相关的参数均被忽略，于是式 ( 1) 简化为:

［K］{ x} = { F} ( 2)

    2. 2 隔振器静强度有限元分析

    定义模型中的 3 种材料: 分别是 45#钢 ( 用于底座、上盖及中间轴) 、橡胶材料 ( 上、下橡胶块) 以及 60Si2MnA ( 环形弹簧) ，其具体材料参数如表 1 所示。

    此模型共划分 24 426 个单元和 52 782 个节点，如图 3 所示，分析结果见图 4 和图 5。