目前, 石油钻机绞车的控制制动系统大多数是带式刹车。这种带式刹车系统, 不仅制动力矩低、工作时冲击振动大、打滑率较高, 而且还存在一定的安全隐患。因此, 这一直是困绕钻井队生产的技术难题, 且长期以来未得有效地解决。现改装为由北京石油机械厂开发设计的PSZ75型液控盘式刹车系统, 经过运行使用, 该刹车系统表现出操作轻便灵活、工作安全可靠, 具有带式刹车所没有的性能优点, 在生产过程中见到了明显的效果, 同时深受钻井队操作人员的欢迎。
1 结构原理
PSZ75型液控盘式刹车系统由液压控制部分、液压制动钳和刹车盘组成。
液控部分由液压泵站和操纵台组成, 是动力源和动力控制机构, 为制动钳提供必须的液压。
动力钳是动力执行机构, 为刹车盘提供大小可调节的正压力, 从而达到刹车目的。动力钳由6副工作钳和2副安全钳组成, 分别安装在绞车滚筒的左右端, 从而达到刹车平稳的目的。其工作原理如图1～2。
2 具备的功能[1～2]
2.1 工作制动
通过操作刹车阀控制手柄, 可控制工作钳对刹车盘的正压力, 从而为主机提供大小可调的刹车力矩, 实现送钻、调节钻压、调节起下钻速度。
2.2 紧急制动
遇到紧急情况, 按下紧急制动按钮, 工作钳、安全钳同时参与制动, 实现紧急刹车, 避免出现事故。
2.3 过卷保护
1、刹车盘;2、刹车块;3、销轴;4、杠杆;5、油缸;6、活塞
当游车大钩上升到限定位置时, 由于操作失误或其他原因, 工作钳该制动而未制动时, 过卷阀会自动换向, 实现紧急制动, 避免“上顶下砸”事故的发生。
2.4 驻车制动
驻车制动也就是悬浮制动, 当钻机不工作或司钻离开工作台时, 拉下驻车制动手柄, 安全钳会刹住车, 防止大钩滑落。
3 性能特点
(1) 刹车制动力矩容量大, 制动效能稳定、操作灵敏省力、响应快。 (2) 提升功率大, 耐热衰退性能好, 由于制动块与刹车盘贴合面积大, 加之制动钳采用了浮动式杠杆结构, 工作中摩擦均匀, 制动块使用寿命较长。 (3) 故障率低, 调整维修方便, 停工维修时间少。例如:更换刹车块只需十几分钟, 而带刹车系统需要3h～4h。 (4) 控制精度高, 可遥控操作, 易于实现自动起下钻、自动送钻。 (5) 工作安全可靠, 有备用系统。 (1) 工作钳6副, 安全钳2副, 最大刹车力矩可达900kN, 另外工作钳是液力刹车, 安全钳是弹簧恢复力刹车, 液压力作用松刹, 与工作钳工作状态相反, 形成安全互锁。 (2) 左右工作钳共用一个操作阀, 但内部是互相独立的油路, 既使一路工作失效, 也不影响另一路工作。 (3) 若因泵组故障或停电不能工作时, 蓄能器可提供4～5次刹车油压, 可为排除故障和对井下采取应急措施争取时间。 (4) 刹车副动作惯性小, 操作阀不存在反弹力, 避免了带式刹车刹把反弹伤人的弊病。 (6) 工作噪音小, 适合于环境敏感地区。
4 现场使用情况
(1) 在井架起升过程中, 在负载165t的工况下, 进行刹车试验3次;在井架与底座整体提升过程中、负载为220t工况下进行刹车试验3次, 操作轻便省力, 制动安全可靠, 绞车钢丝绳无明显拉伸打滑。 (2) 在每日的巡回检查和交接班工作中, 对紧急制动和过卷保护测试862次。系统反应灵敏、逻辑动作准确, 制动精度为0.03m。 (3) 系统断电、失压试验15次, 系统反应迅速、制动可靠, 储能器提供刹车油压5～6次。 (4) 比同类钻机送钻、调节钻压精度高, 这是传统带式刹车所无法达到的。 (5) 与传统的带式刹车块的使用寿命相比高出8～10倍。经济效益很明显。 (6) 该装置在工作过程中噪音小, 制动块与刹车盘之间产生的热量小, 没有出现传统的带式刹车在工作过程中的冒烟带火现象, 有利于操作人员的健康和安全生产。
1、刹车盘;2、刹车块;3、销轴;4、杠杆;5、油缸;6、活塞;7、蝶形弹簧;8、调
5 存在的不足与改进建议[3]
(1) 左右路制动钳达不到同步, 工作时有明显的时间差, 其原因是左右路制动钳距控制台的距离不一样, 存在不同的液压降所致, 建议在系统中增设节流平衡装置解决同步问题。 (2) 工作钳液压缸工作中有渗漏现象。其原因是:工作钳液压缸是单作用液压缸, 而且没有回流管, 致使液压缸活塞工作中刮下的少量油没地方去, 只能沿活塞杆外渗, 建议在液压缸上加装回流管, 或改成双作用液压缸。 (3) 刹车阀操纵滚轮组润滑条件差, 下部密封差, 易造成磨损或涩卡, 建议对密封结构给予改进。 (4) 该装置外型尺寸较大, 占用绞车空间面积较多, 给绞车的调整维修带来不便, 建议在今后的配套或带刹改装时, 尽量考虑这些问题, 力争做到既布局合理, 又不影响对绞车的检查。
6 结语
液控盘式刹车从很大程度上减轻了操作人员的体力劳动和精神压力, 增强了安全系数, 其性能校完善, 质量可靠稳定, 是安全生产、提高作业效率、保障生产人员人身安全的重要手段。
摘要：介绍了PSZ75型液控式盘式刹车的性能特点及现场使用情况;并对该系统提出了几点改进建议, 可供国产电动钻机在升级或新钻机配套时参考。
关键词：电动钻机,刹车系统,性能
参考文献
[1] 王树龙, 谈献英, 葛立俊, 等.利用DDVC技术改造盘刹控制系统[J].石油矿场机械, 2008, 37 (12) :91～93.
[2] 齐明侠, 李福海, 邢民主.石油钻机盘式刹车的配置分析[J].石油矿场机械, 2008, 37 (4) :44～46.
[3] 刘明, 陈宁生, 王汝华.盘式刹车盘的焊接修复工艺[J].石油矿场机械, 2009, 38 (4) :79～82.