黃富春

摘要：對于固井水泥車而言，固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)屬于不可或缺的組成部分，借助液力機械變速器以實現(xiàn)對動力的有效傳遞，并通過檔位變換以滿足不同固井作業(yè)所要求的流量以及壓力等要求。本文圍繞固井水泥車固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)進行研究，首先分析了該系統(tǒng)的柴油發(fā)動機的速度特性、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固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化，以期為業(yè)內(nèi)人士提供有益參考。

關鍵詞：固井水泥車；固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)；研究；優(yōu)化

引言

固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)是固井水泥車的重要組成部分。對固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)進行合理的優(yōu)化匹配能夠更好地滿足不同固井作業(yè)的相關要求，保障和提高整個固井作業(yè)的效率性、可靠性以及經(jīng)濟性。

1.固井水泥車固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)

以某型號雙機雙泵固井水泥車的固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)為例進行介紹和討論[1]。

1.1系統(tǒng)概述

動力設備和固井泵之間的全部傳動部件被稱之為傳動系。某型號雙機雙泵固井水泥車的固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)主要包括：發(fā)動機、液力變矩器、自動變速箱、萬向軸、柱塞泵。

1.2柴油發(fā)動機的速度特性分析

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

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，二是動態(tài)特性。對于液力變矩器而言，其外特性是通過對某具體的液力變矩器進行相應試驗得到的，因此，當尺寸以及泵輪轉(zhuǎn)速有所改變時，即便是同一類型的該裝置，也會呈現(xiàn)出完全不一樣的外特性曲線。因此，對該裝置的性能進行分析時通常采用原始特性，而針對該裝置進行發(fā)動機的匹配計算時通常采用輸入特性。該固井水泥車配備的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)濟性。

1.4柴油發(fā)動機和液力變矩器共同工作的匹配分析

柴油發(fā)動機和液力變矩器共同工作時，當后者渦輪軸輸出功率PT達到最大值時，二者滿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，二者共同工作時所對應的輸出功率。即液力變矩器達到最高效率工況時所對應的輸入特性曲線和柴油發(fā)動機所對應的額定功率點相交時，渦輪軸輸出功率將達到最大。實際情況是，變矩器達到最高效率工況時所對應的輸入特性曲線未能通過發(fā)動機所對應的額定功率點，由此可見，有必要對二者共同工作狀態(tài)下的匹配位置予以相應優(yōu)化。

2.固井水泥車固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1優(yōu)化理論概述

所謂優(yōu)化設計方法指的是，對產(chǎn)品進行設計時，從若干設計方案中優(yōu)選出最為理想的設計方案，運用這一方法能夠明顯提升和保障設計質(zhì)量以及設計效率。具體工程問題的優(yōu)化設計的一般做法是，經(jīng)由相應的精簡方法將該問題轉(zhuǎn)化成對應的數(shù)學模型，換而言之，借助數(shù)學表達式以實現(xiàn)對具體工程問題的準確描述，接下來立足于數(shù)學模型本身特點選擇理想的優(yōu)化方法，編制相應的計算程序，并進行準確求解，從而獲得最理想的設計方案。

2.2柴油發(fā)動機與液力變矩器匹配優(yōu)化

利用匹配優(yōu)化數(shù)學模型進行優(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)動機和優(yōu)化之后的液力變矩器的共同工作輸入曲線詳見圖1。由圖1可知：液力變矩器達到最高效率工況點時對應的輸入特性曲線相較原來發(fā)生了左移，從而實現(xiàn)了對固井泵壓力以及流量的更好利用，另外，也顯著強化了混漿系統(tǒng)的工作性能；失速工況點時對應的輸入特性曲線同樣發(fā)生了左移，如此一來，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?？芍?，方案3在發(fā)動機有效功率利用方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。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

總而言之，固井作業(yè)動力傳動系統(tǒng)是固井水泥車的重要組成部分，應對其進行深入研究，尤其要做好柴油發(fā)動機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的工作效率以及質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]楊秀花.基于CRUISE的整車動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化匹配[D].重慶大學，2011.

[2]周海紅，黃穎，張敏，張俊峰.整車動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配試驗[J].汽車實用技術(shù)，2012，05：58-60.

[3]周旭.礦用純電動輕型防爆膠輪車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配[J].礦山機械，2014，01：21-25.