液压缸驱动式液压泥浆泵的研究

　　1 前言

　　泥浆泵是地质勘探、油气田开采、特种钻探等岩土工程施工的重要配套设备之一。现有的泥浆泵大多是传统的机械式曲柄连杆机构驱动形式。曲柄连杆往复式机构,沿用多年,技术相对落后。由于采用曲柄连杆机构,使得泵缸活塞的运行速度近似于正弦曲线变化,因而泥浆泵排出泥浆的瞬时流量和压力也按正弦曲线波动,脉动量大。机械式泥浆泵的缺陷使它无法满足当今复杂环境下岩土作业的要求。为了满足不断增长的岩土工程施工需求,研究一种结构新颖、性能优良、价格适中的新型泥浆泵来替代传统的机械式泥浆泵已成为科技不断发展的必然趋势。

　　2 方案设计

　　为寻求更好性能和合理结构的泥浆泵以满足钻探开发使用要求,本文研究设计了新型液压缸驱动式泥浆泵。

　　新型液压泥浆泵利用液压缸直接驱动泵缸活塞的方式。由于采用液压缸直接驱动泥浆泵泵缸活塞,简化了减速装置及机械动力装置,因而新型液压泥浆泵体积比机械式泥浆泵要小很多。其主要由液压部分(动力机、液压泵、先导溢流阀、单向阀、顺序阀、液压缸等)和泵头系统(泵头、泵缸、泵缸活塞、吸入阀、排出阀等)组成。

　　液压缸驱动式泥浆泵与传统的机械传动式相比,具有以下优点:①活塞运行速度平稳,输出力较稳定;②能在很宽的范围内实现无级调速;③容易防止过载,安全系数大;④尺寸小输出力大,安装位置可自由选择。

　　3 液压泥浆泵自动换向机构的设计

　　液压缸驱动式泥浆泵的设计关键是实现液压缸的自动往复运动。本文提出了一种利用液压缸两端缓冲缸密闭空间的高压油作为液控阀控制源的新方案(见图1),能使液压泥浆泵系统换向平稳、可靠。

　　如图1所示,该换向机构利用了缓冲缸原理。缓冲缸密闭空间高压油可直接作用液控阀,实现油路换向。主油路换向选用了二位四通液动换向阀。当液压缸活塞运动至缸两端时,活塞与缓冲缸形成的局部密封腔产生的高压油流控制液控阀实现换向。

　　该换向机构的工作原理是:当液控换向阀处于图1所示位置机能时液压缸正向右运动,液压缸左端为高压腔,右端为低压回油腔;在左端高压腔油的作用下,液控阀一直处于左位机能,液压缸活塞一直向右运动。当活塞运动到液压缸右端时,活塞与右端缓冲缸形成了局部密闭空间;在左端高压油的推动下,活塞继续向右运动,密闭空间油液压力迅速升高,反作用于活塞,使活塞减速;当密闭空间油液压力升高到25 MPa(液控阀换向设定压力)时,便推动液控阀阀芯至右位机能,则此后液压缸右腔为高压油腔,左腔为低压回油腔,液压缸向左运动;由于右端高压油的作用,液控阀一直处于右位机能,液压缸活塞一直向左运动。直至活塞运动到液压缸左端后,由于活塞与左端缓冲缸形成的密闭空间里高压油的作用,活塞开始制动;当密闭空间内油液压力达到25 MPa时,液控阀由右位机能变为左位机能。此后液压缸左腔为高压油腔,右腔又成为低压回油腔,活塞又自左向右运动。液压泵不断地供油,则液压缸不断地自动往复运动。