1、.鉆機(jī)液壓盤式剎車制動(dòng)分析 制動(dòng)系統(tǒng)是鉆機(jī)的重要組成部分，是保障鉆井作業(yè)正常進(jìn)行的關(guān)鍵，其性能直接影響鉆井工程的質(zhì)量與效益。從完成鉆井作業(yè)角度講，帶式剎車由于受制動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)的限制，制動(dòng)能力和總體性能難以全面滿足鉆井工藝的要求。而盤式剎車由于其自身技術(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)工藝需要配置制動(dòng)系統(tǒng)以提高其總體性能的可能性要大得多。因此，盤式剎車制動(dòng)系統(tǒng)的性能就成為體現(xiàn)對(duì)盤式剎車技術(shù)認(rèn)識(shí)與設(shè)計(jì)水平的重要方面。 1 液壓盤式剎車制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析鉆井作業(yè)要求制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠且具有良好的工藝特性?？煽啃允紫缺憩F(xiàn)在緊急情況時(shí)，剎車裝置可在人為干預(yù)下快速作出反應(yīng)，并提供足夠的制動(dòng)力矩；其次，系統(tǒng)可不在人為干預(yù)下實(shí)施

2、應(yīng)急自動(dòng)剎車。制動(dòng)系統(tǒng)工藝特性是最大限度地滿足送鉆、起下管柱制動(dòng)要求的性能以及滿足正常情況下短時(shí)或長(zhǎng)時(shí)停車制動(dòng)要求的性能。剎車鉗是制動(dòng)的執(zhí)行元件，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作.開式鉗的制動(dòng)力隨油壓的上升而增加，更符合帶式剎車的操作習(xí)慣，油壓調(diào)節(jié)特性更適合送鉆和起下管柱等常規(guī)作業(yè)的要求。因此，應(yīng)選擇開式鉗作為完成常規(guī)作業(yè)制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以保證制動(dòng)性能。而意外情況下的緊急制動(dòng)則主要應(yīng)由閉式鉗承擔(dān)。這是因?yàn)樾箟褐苿?dòng)快速，制動(dòng)力來自碟簧的機(jī)械力，在無電力的條件下仍可制動(dòng)。因此，鉆機(jī)盤式剎車的剎車鉗應(yīng)該由開式和閉式兩種鉗型組成。 。鉆機(jī)液壓盤式剎車制動(dòng)系統(tǒng) 圖1是根據(jù)上述原則與要求設(shè)計(jì)的鉆機(jī)盤式剎車制動(dòng)

3、系統(tǒng)原理圖。 圖1ZJ50鉆機(jī)盤式剎車制動(dòng)系統(tǒng)原理圖 1閉式鉗；2緊急閥；3駐車閥；4開式鉗；5司鉆閥；6防碰解除閥 。液壓盤式剎車制動(dòng)受力分析 1。2。1 鉆機(jī)盤式剎車的常開鉗與常閉鉗均是通過調(diào)節(jié)鉗缸內(nèi)油壓的大小對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)的。常開鉗依靠液壓力制動(dòng)，彈簧力松閘，不充油時(shí)處于松閘狀態(tài)。常閉鉗依靠彈簧力制動(dòng)，液壓力松閘，不充油時(shí)處于制動(dòng)狀態(tài)。無論是常開鉗還是常閉鉗，均有完全松閘和制動(dòng)狀態(tài)。完全松閘時(shí)剎車塊與剎車盤之間存在間隙。制動(dòng)時(shí)剎車塊與剎車盤之間的間隙為0,彈簧不再變形，彈簧力為定值。為方便分析，假設(shè)兩種鉗的制動(dòng)力(最大正壓力Nmax)相同，間隙相同，剎車塊與剎車盤的接觸面積A相同，所用

4、彈簧相同。彈簧力F是彈簧變形量f的函數(shù)，用F(f)表示。圖2是常開鉗工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖。圖中，f1是剎車鉗完全松閘時(shí)彈簧的變形量，此變形量是彈簧的最小變形量。f2是剎車鉗制動(dòng)時(shí)彈簧的變形量，此變形量是彈簧的最大變形量。 常開鉗制動(dòng)時(shí)，活塞桿力平衡方程為 pA=F(f2)+N(1) 由于F(f2)是一定值，故正壓力N隨油壓的升高而增大。當(dāng)正壓力N達(dá)到最大值Nmax時(shí)，油壓也達(dá)到最大值pmax，可表示為 pmax=(F(f2)+Nmax)/A(2) 常開鉗中彈簧的作用是克服摩擦力使活塞復(fù)位，故常開鉗彈簧的彈簧力F(f2)不會(huì)很大?？烧J(rèn)為pmax稍大于NmaxA。 圖是常開鉗工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖 1活塞；2剎車塊

5、；3活塞桿；4剎車盤常開鉗松閘時(shí)，活塞桿力平衡方程式為 p1A=F(f1)(3) 由于f1f2，F(xiàn)(f1)F(f2)，故F(f1)很小，油壓p1也很小。 圖是常閉鉗工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖。圖中，f 1是剎車鉗制動(dòng)時(shí)彈簧的變形量，此變形量是彈簧的最小變形量；f 2是剎車鉗完全松閘時(shí)彈簧的變形量，此變形量是彈簧的最大變形量。 圖2常閉鉗工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖f 1與f 2存在以下關(guān)系 f 2=f 1+(4) 常閉鉗制動(dòng)時(shí)，活塞桿的力平衡方程式為 F(f 1)=pA+N(5) F(f 1)為一定值，故正壓力N隨油壓的降低而增大。當(dāng)油壓p=0時(shí)，正壓力N達(dá)最大值Nmax=F(f 1)，即常閉鉗的最大制動(dòng)力取決于彈簧的最小

6、彈簧力。因此，常閉鉗彈簧的最小彈簧力很大。 常閉鉗松閘時(shí)，活塞桿的力平衡方程式為 pmaxA=F(f 2)Nmax=F(f 1)(6) 式中，F(xiàn)(f 2)是常閉鉗松閘狀態(tài)時(shí)的彈簧力。 由于很小，可認(rèn)為F(f 2)稍大于F(f 1)。因此，常閉鉗鉗缸內(nèi)的最大油壓也稍大于Nmax/A。也就是說兩種鉗缸的最大油壓值相當(dāng)。 從上述分析可知，常開鉗與常閉鉗鉗缸內(nèi)所需的最大及最小油壓差不多，即它們對(duì)油壓的要求基本相同。但由于常開鉗彈簧的作用是克服摩擦力使活塞復(fù)位，而常閉鉗彈簧卻要起到提供最大制動(dòng)力的作用，因此常開鉗的最大彈簧力和最小彈簧力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常閉鉗的最大彈簧力和最小彈簧力。 1。2。2 制動(dòng)力的反饋

7、 司鉆熟悉的操作手感是反饋力大，制動(dòng)力大；反饋力小，則制動(dòng)力小。由于盤式剎車剎車鉗的制動(dòng)力由油壓調(diào)節(jié)，油壓的大小可以反映制動(dòng)力的大小，故可將油壓作為反饋信號(hào)引到司鉆閥手柄上。從國外盤式剎車的資料來看，國外的司鉆閥正是利用液壓反饋使司鉆閥具有操作手感的。 常開鉗所提供的制動(dòng)力與鉗缸內(nèi)的油壓成正比，如果將油壓作為反饋信號(hào)引入到司鉆閥上，容易建立起反饋力與制動(dòng)力之間的正比關(guān)系。而常閉鉗所提供的制動(dòng)力與鉗缸內(nèi)的油壓成反比，即油壓大，制動(dòng)力小；油壓小，制動(dòng)力大。若直接將油壓反饋到司鉆閥手柄上，則反饋力與制動(dòng)力成反比。因此，對(duì)于常閉鉗，不易直接將油壓作為反饋信號(hào)引到司鉆閥上。 1。2。3 鉗缸工作壓力對(duì)比

8、 為保證工作制動(dòng)鉗制動(dòng)可靠，在設(shè)計(jì)工作制動(dòng)鉗時(shí)，一般應(yīng)使其所能提供的制動(dòng)力矩Mmax(剎車機(jī)構(gòu)的制動(dòng)能力)大于所需的最大制動(dòng)力矩M0。以國外石油鉆機(jī)盤式剎車系統(tǒng)為例，其工作制動(dòng)鉗所能提供的制動(dòng)力矩為其鉆井作業(yè)中所需最大制動(dòng)力矩的兩倍，即Mmax2M0。因此，在鉆井作業(yè)中，工作制動(dòng)鉗的實(shí)際制動(dòng)力矩MMmax2。 由于常開鉗與常閉鉗鉗缸內(nèi)的最大油壓值相當(dāng)，可近似認(rèn)為它們的最大油壓都為pmax。由于常開鉗所提供的制動(dòng)力矩M與所需油壓p成正比，且MMmax2，這就意味著工作制動(dòng)鉗鉗缸內(nèi)的壓力ppmax2，p較低，因此常開鉗作為工作制動(dòng)鉗時(shí)，一般在低壓下工作。常閉鉗正好與常開鉗相反。常閉鉗所提供的制動(dòng)力

9、矩M與所需的油壓p成反比，MMmax2，這就意味著工作制動(dòng)鉗鉗缸內(nèi)的壓力p較高，即pmax2ppmax，因此常閉鉗作為工作制動(dòng)鉗時(shí)，一般在高壓下工作。 如果剎車機(jī)構(gòu)的最大制動(dòng)力矩等于所需制動(dòng)力矩，即Mmax=M0，由于鉆機(jī)大鉤平均載荷為最大起重量的40左右，由大鉤載荷與制動(dòng)力的關(guān)系可知，平均制動(dòng)力矩為最大制動(dòng)力矩的40左右。也就是說，工作制動(dòng)鉗提供小制動(dòng)力矩的情況比提供大制動(dòng)力矩的情況多。因此，常開鉗作為工作制動(dòng)鉗，在低壓下工作比在高壓下工作的時(shí)間多，而當(dāng)常閉鉗作為工作制動(dòng)鉗時(shí)，在高壓下工作比在低壓下工作的時(shí)間多。此外，剎車鉗工作時(shí)，鉗缸內(nèi)的活塞和鉗缸之間將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。顯然常開鉗在油壓較低的

10、情況下產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，常閉鉗則在油壓較高的情況下產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢姡叩膭?dòng)密封條件是不同的。因此鉆機(jī)盤式剎車應(yīng)選用常開鉗作為工作制動(dòng)鉗。 2. 組合式制動(dòng)系統(tǒng) 送鉆和起下管柱作業(yè)要求制動(dòng)系統(tǒng)在較小制動(dòng)力的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的快速響應(yīng)和微小調(diào)節(jié)。出現(xiàn)緊急情況時(shí)，又要求制動(dòng)系統(tǒng)能提供足夠大的制動(dòng)力。這兩種功能與性能，很難由一種單一的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。因此可由并行的、功能不同的幾套子系統(tǒng)組成的組合式系統(tǒng)來完成。子系統(tǒng)既各司其職，又協(xié)同工作，形成功能與性能的互補(bǔ)。這種子系統(tǒng)的互補(bǔ)特性，對(duì)鉆機(jī)剎車機(jī)構(gòu)十分重要。 鉆機(jī)盤式剎車制動(dòng)系統(tǒng)必須配置的子系統(tǒng)有工作制動(dòng)子系統(tǒng)、緊急制動(dòng)子系統(tǒng)和駐車制動(dòng)子系統(tǒng)。工作制動(dòng)子系統(tǒng)承擔(dān)常規(guī)作業(yè)的制動(dòng)任務(wù)，需具有良好的工藝特性；緊急制動(dòng)子系統(tǒng)則擔(dān)任緊急情況下的制動(dòng)，足夠的制動(dòng)力矩和快速制動(dòng)是其性能的主要特點(diǎn)；駐車制動(dòng)子系統(tǒng)在正常情況下提供短時(shí)或長(zhǎng)時(shí)制動(dòng)。迄今為止，國內(nèi)鉆機(jī)盤式剎車有兩種制動(dòng)系統(tǒng)。一種是僅設(shè)置閉式鉗，全部制動(dòng)任務(wù)均由其承擔(dān)，這種系統(tǒng)的不足之處是工藝性和可靠性較差；另一種是同時(shí)設(shè)置開式鉗與閉式鉗，送鉆和起下管柱等工藝操作由開式鉗承擔(dān)，緊急情況下的制動(dòng)則由閉式