负载敏感控制在石油钻机液压系统上的应用摘要：文章通过对负载敏感变量泵与电控比例多路阀组成的负载敏感控制系统工作原理的介绍，阐述了负载敏感控制的诸多优点，相对于石油钻机常规液压系统使用的定量柱塞泵加手动多路换向阀或者定量柱塞泵加电液换向阀来说，其在节能降耗、管路布置简洁性、可控性方面均具有较大优势。关键词：负载敏感控制；负载敏感变量泵；电控比例多路阀；节能降耗：TH137文献标识码：A：1009-2374（2013）32-0091-02随着技术的发展，石油钻机控制系统逐渐趋向于自动化与智能化，安全、节能环保也成为时代的主题。为跟进石油钻机自动化的发展趋势，负载敏感变量泵加电控比例多路阀组成的负载敏感控制系统在石油钻机液压系统上的应用也在逐步推广。与石油钻机液压系统常用的定量柱塞泵加手动多路换向阀或者定量柱塞泵加电液换向阀的组合相比，负载敏感控制系统在节能降耗、高温环境适应性、管路布置简洁性、可控性方面优势明显。1石油钻机常规液压系统的特点石油钻机液压系统除了为设备安装提供支持外，钻井作业过程中还要为猫头油缸、液压旋转猫头、液压大钳等井口工具提供动力。这些井口工具的使用具有的显著特点是：机具间歇式工作、工作时间短，待机时间长，因此要求液压站在待机时能耗要低、发热量要小、带载荷工作时又能提供足够的功率。目前常见的液压系统主要有以下两种：1.1定量柱塞泵加手动多路换向阀控制系统1.单向阀；2.高压进滤器；3.手动多路阀；4.猫头油缸Ⅰ；5.猫头油缸Ⅱ；6.旋转猫头；7.液压大钳图1在该液压系统中，油泵采用定量柱塞泵，控制阀采用手动多路换向阀。在系统不工作时，油泵空载待机，泵出的液压油经过手动多路阀流回油箱；当手动多路换向阀中某一片阀动作时，阀组中位泄油通道被切断，液压油流向阀片输出口，从而驱动井口工具工作，原理图如下：由于采用定量泵，因此待机状态下的能耗取决于待机压力，而待机压力则主要由油液流经单向阀、高压过滤器、手动多路阀时产生的压力损失及管路沿程阻尼决定，该压力一般都低于0.8MPa，故该系统具有待机压力低、能耗小且结构简单、故障率低等优点；缺点是手动多路换向阀不能实现远程控制，也不能实现自动化操作，且阀组必须安装在司钻控制房内，使得司钻控制房内管线很多，拆接管线和维修不是很方便。1.2定量柱塞泵加电液换向阀控制系统为了克服手动多路换向阀不能实现自动化操作等缺点，现大多采用定量柱塞泵加电液换向阀方式，其系统原理图如下图2所示：1.单向阀；2.高压进滤器；3.手动多路阀；4.猫头油缸Ⅰ；5.猫头油缸Ⅱ；6.旋转猫头；7.液压大钳图2在该系统中电液换向阀（件3）以串联方式就近布置在执行元件附件，不需要进司钻房，操作则由司钻房内的电控开关来控制。相对于手动多路换向阀系统其管路变得简洁易维护。但同时又出现另外的问题，为了保证电液换向阀具有足够的先导控制压力，必须在阀组最后出口处添加预压阀，以华德液压生产电液换向阀为例，预压阀开启0.45MPa，随着流量的增加压力损失也会加大，因此相对手动多路阀来说，其待机压力损失较高，待机能耗也要高一些。就电液换向阀本身来说，由于电磁铁为开关控制，故执行元件工作速度不可调，不便于微小调整动作操作。2负载敏感控制系统的工作原理负载敏感控制的主要液压元器件是负载敏感变量泵及电控比例多路阀，其工作原理图如图3所示：图3石油钻机液压系统为保证可靠性，选用的电控比例多路阀均具双重控制功能，即电控加手动，正常作业用电控，电控出现故障后使用手动应急，该电控比例多路阀的电控操作器件为电位计手柄或者PLC控制信号，两种方式都可无极输出电控信号，电控信号经放大器放大后驱动比例电磁铁，最终达到控制执行元件的方向和速度的目的；每一片比例阀上都集成了一个定差减压阀（件6）和一个梭阀（件7），定差减压阀控制阀片进出油口压差使其保持恒定，使得阀片的流量只与阀的开口度有关，与负载无关；梭阀用于比例阀动作时将压力信号经Ls反馈给油泵。如图3所示，负载敏感变量泵除了油泵本体（图中件1）和变量机构（图中件2）外，还集成安装有两个负载传感阀，一个是负责系统压力控制防止系统超压的超...