石油勘探现场洒水车取力器的选型研究

惠文婷

（延长油田股份有限公司富县采油厂，陕西 延安 712100）

前言

随着国家对环境的要求不断提高，石油勘探企业采取了一系列措施实现油气资源勘探与环境生态协调发展。由于勘探环境恶劣，近年来越来越多的石油勘探企业采购或改装洒水车应用于勘探现场环境的改善，由于勘探现场地形较传统城市道路恶劣，故洒水车取力器的匹配也较传统城市洒水车有所区别。

1 取力器选型的基本要求及原则

石油勘探现场作业环境复杂，该路况洒水车取力器的选型不仅要满足勘探现场使用工况，还必须与车辆“动力传动系统”的性能参数相匹配，确保满足使用功能的基础上尽可能提高可靠性。取力器选型的具体要求如下：

（1）取力器的输出功率（扭矩）、转速（传动比）、旋向应与洒水泵的性能匹配；

（2）取力器的输出位置，应满足水泵的设计布置要求；

（3）取力器的取力方式需有利于整车布置；

（4）整车发动机应在较低发动机转速下得到较高的发动机扭矩。

为了避免因取力器选型与车辆使用工况不符导致取力器损坏或出现质量事故的情况发生，在车辆改装设计之初，就需要对取力器的类型、布置位置和接口形式选取进行匹配分析，使改装后的洒水车在实现预期功能的基础上，能够优化性能和提高可靠性，避免造成不必要的资源浪费。[1]此外洒水车的实际应用受汽车驾驶员的控制，驾驶员的工作经历和经验，特别是发动机油门控制的大小对洒水车取力器的使用寿命也有着直接关系。

2 取力器的匹配计算

2.1 取力器输出功率计算

选择合理的匹配，首先取力器必须具有足够的输出功率来满足洒水作业的需要。理论上取力器的输出功率与其输出扭矩和转速有如下关系：

式中：T为扭矩（N.m）；P为功率（Kw）；n为转速（rpm）。

2.2 取力器传动比计算

根据发动机和洒水泵的工作转速，可计算出取力器的传动比：

式中： i 为取力器传动比；nx为发动机在最佳工作点运行时的转速，nw为取力器的输出转速。

对于输出转速受变速器档位影响的取力器，其传动比与取力器的总速比是两个不同的概念。取力器的总速比是指发动机转速与取力器输出端的转速之比，它不但与取力器的传动比有关，还与变速器对应档位或分动器有关。而取力器的传动比仅指取力器自身固有的传动比，与取力器自身结构有关，仅在不受变速器档位影响的情况下与总速比相同。

3 实践案例分析

以某石油勘探现场即将采购的两款洒水车为例就选型和匹配应用情况进行分析。已知洒水车常用水泵参数如表 1，两款洒水车型发动机的性能参数如下表2：

表1 洒水车用水泵系列性能参数（常温清水）

表2 两款发动机的性能参数

3.1 水泵、取力器和汽车发动机的匹配分析

水泵在额定转速下运行是保证其性能参数达到理想状态的最佳选择，当选用取力器的速比一定后，其要求发动机转速也相应确定，其关系如下：

泵输入轴转速×取力器速比=发动机转速

此处选取QH50取力器（Q--取力器，H--后端取力，50--额定输出扭矩 500Nm)时，选用速比分别为 i1=1.167和i2=0.818两种情速比，相应要求发动机转速见表3：

表3 不同取力器速比下发动机转速需求

从以上计算结果看，如选用QZB系列水泵，因其i1=1.167的取力器要求的发动机转速1727rpm，基本处于2号洒水车发动机最大扭矩时的转速范围之内；故与2号洒水车匹配是合理的； 而当选用i2=0.818的取力器时，要求的发动机转速1342rpm，基本处于 1号洒水车发动机最大扭矩时的转速范围之内；故1号洒水车发动机匹配是合理的；如果选用QZF系列水泵，因i1=1.167的取力器，要求的发动机转速1210rpm，基本处于1号洒水车发动机最大扭矩时的转速范围之内。

3.2 洒水车的使用状态对取力器使用寿命的影响分析

水泵、取力器和汽车发动机的正确匹配是保证其正常运行的设计因素，是洒水车使用可靠性的前提条件。日常合理正确的操作使用，是确保取力器使用寿命的关键条件，当取力器的速比一定时，发动机油门的大小，是水泵运转快慢的关键。对于石油勘探现场洒水车水泵运转的快慢直接影响了取力器的寿命[2]，当水泵的转速在±20%范围内变化时，其流量、扬程、轴功率、效率的变化关系如下：

流量比：

扬程比：

轴功率比：

由上述关系可见，转速的变化对轴功率的影响最大（立方正比关系），若发动机转速在高速运行，对于取力器的损伤会加剧，故石油勘探现场洒水车发动机转速往往尽可能地低。

综上所述，该石油勘探企业最终选取1号洒水车匹配速比为1.167的取力器。

4 结论

当采购洒水车发动机确定时，水泵和取力器的匹配选型是保证其可靠和经济运行的关键因素，取力器设计最大输出功率的提高和用户正确的使用状态，是减少取力器故障的决定因素。故洒水车取力器的正确选型不仅要根据用途和使用工况而定，还必须与车辆动力传动系统的性能参数相匹配，要根据具体情况进行计算分析，统筹兼顾，使发动机尽可能地工作在最佳状态，避免发动机在高转速、低负荷的状态下工作，只有这样才能在确保使用功能的基础上兼顾经济性和可靠性，也有利于提高取力器的使用寿命和可靠性，最大程度地降低企业的运营成本。