钻机刹车系统及计算.ppt

第五节 绞车的制动系统,刹车机构包括主刹车和辅助刹车 机械刹车功用与使用要求 带式刹车 盘式刹车 辅助刹车,一 机械刹车的功用,下钻、下套管时，刹慢或刹住滚筒，控制下放速度； 悬持钻具； 正常钻进时，控制滚筒转动，以调节钻压，送进钻具。,二 机械刹车使用要求,安全可靠 刹车不可靠而发生重大溜钻事故，造成设备损失、井下事故，甚至危及工人的人身安全。 灵活省力 刹车不灵活，会加重司钻的体力劳动，且不能及时准确控制升降系统工作。 寿命长 减少辅助生产时间，节省成本。,刹车的分类,刹车按作用原理可分为： 带式 块式 盘式 石油矿场主要用带式，随着液压技术的发展，盘式近年来也有较大发展。,二 带式刹车组成及工作原理,如图为单杠杆刹车机构示意图。该刹车机构由以下部分组成： 控制部分（刹把4、气动控制8） 传动部分（传动杠杆或刹车曲轴3 ） 制动部分（刹带1，刹车鼓2） 辅助部分（平衡梁6和调整螺钉7),刹车带,两根刹车带完全相同，一般为6mm厚的圆形钢带。钢带的两端分别铆接活端吊耳，钢带的内壁衬有石棉改性树脂材料压制而成的刹车块，刹车块用沉头铜螺钉固定再钢带上。一般沉头螺钉沉头深度为16mm，所以，当刹车块磨损16mm必须更换。,刹把调节,在钻井过程中随着刹车块磨损量的增加，刹把终刹位置逐渐降低，当刹把终刹位置与钻台面夹角小于30时，操作不便，因此，必须对刹带进行调节。调节时，先用平衡梁上的专用扳手松开锁紧螺母，调节拉杆的长度，直到刹紧刹车鼓时，刹把与钻台面的夹角为45时为止，然后拧紧锁紧螺母。,更换刹带,更换刹带时，先卸下刹带拉簧、托轮和刹带吊耳，然后将刹带向内移到滚筒上，再往下将其取出。决不能用猫头绳硬将其拉出，以免造成刹带失圆。若刹带失圆或新刹带不满足圆度要求时，应对刹带进行整圆。 刹带整圆方法是：以刹带半圆为半径在钻台上画圆，将卸下的刹带与该圆比较，用大锤对刹带不圆处敲击整圆，直到刹带与所画半圆一致为止。调节或更换刹带后，都应调节刹带上方的拉簧，以及后面和下面的托轮位置。,更换换刹车块,当刹车块磨损量达到其厚度的一半时，就要更换刹车块。更换时，最好单边交叉更换，以免由于新刹车块贴合度差刹不住车。,刹车机构的润滑,刹车机构上除平衡梁上支座上的润滑点外，其余所有润滑点均集中在平衡梁下面左、右两块润滑孔板上，用锂基润滑脂对各润滑点每天注油1次。刹车机构的各销轴铰接处及平衡梁两端的球面支座处应经常浇30号机械油润滑。 滚筒轴承座的润滑点也分别分布在左、右孔板上，由直径10mm的紫铜管连接至轴座上。,刹带两端的拉力,轻便钻机连续石棉制软带的拉力由欧拉公式：,刹带对轮鼓造成的制动力,连续石棉软制带刹车两端的拉力,设Rb为刹车鼓半径，则制动力矩为：,根据具体钻机起升系统及下钻钩载可计算出所需最大制动力Fbmax，从而可计算出刹带两端的拉力t，T。,刹车块制带两端的拉力,该制带任意一块制动力矩为：,刹车块刹带两端的拉力,全部刹车块形成的制动力矩为：,刹车块刹带两端的拉力,摩擦制动力：,在作近似计算时，也可用以下修正的欧拉公式：,刹车杠杆的工作分析,刹车杠杆指刹把、曲拐轴、曲拐连杆等组成的机构，其作用是将刹把上的操作力放大若干倍，以满足刹住重载时刹带活端总拉力t的需要。可将杠杆力放大的倍数叫做杠杆的增力倍数。杠杆可分为单杠杆和双杠杆两种。,单杠杆刹车机构,计算公式如下：,双杠刹车机构,计算公式如下：,带式刹车的优缺点,带式刹车的包角可达270甚至330，其制动力矩可随包角的增大而增大，以适应重型绞车的需要； 采用双杠杆刹车机构即省力又安全； 机构紧凑，便于维修。 但刹车时滚筒轴受一弯曲力，其值为T，t的向量和； 只能用于单向制动，因其反向制动力矩要小许多，所以在钻机方案设计时，要注意滚筒的旋转方向； 活动端和固定端的刹车块磨损不均匀。,盘式刹车,1985年美国一些公司首先将盘式刹车应用于钻机主绞车，1995年我国开始在钻机绞车主刹车使用液压盘式刹车，并得到越来越广泛的应用。,盘式刹车,盘式刹车典型结构，主要由以下部分组成： 刹车盘5 刹车液压缸1 刹车钳（开式：安全钳，闭式：工作钳） 钳架4 液压控制系统 控制系统,刹车装置总成,由钳架、刹车盘、刹车钳等组成。刹车盘通过滚筒轮缘与滚筒组装成一体，刹车钳安装在钳架上，它是盘式刹车实现刹车的主要部件。 刹车盘是直径为1500-1650mm，厚为65-75mm带有冷却水道的圆环，其内径与滚筒轮缘配合，装配成体。刹车盘环形侧表面与刹车钳上的刹车块构成摩擦副，实现绞车的刹车，,刹车盘,刹车盘按结构形式分为水冷式、风冷式和实心刹车盘三种。水冷式刹车盘内部设有水冷通道，在刹车盘内径处设有进、出水口；外径处设有放水口，用来放尽通道内的水，以防止寒冷气候时刹车盘冻裂；正常工作时，放水口用螺塞封住。风冷式刹车盘内部有自然通风道，靠自然通风道和表面散热。实心刹车盘靠表面散热，主要用于修井机和小型钻机。,钳架,钳架是一个弯梁，工作钳及安全钳均安装在其上。通常配备两个钳架，钳架上下端通过螺栓分别固定在绞车横梁和绞车底座上，位于滚筒两侧的前方。,刹车钳,刹车钳由浮式杠杆开式钳（常开钳）和浮式杠杆闭式钳（常闭钳）组成。 常开钳是工作钳，用于控制钻压、各种情况下刹车。常闭钳用于悬持情况下的驻刹。,开式钳,当向钳缸供给压力油时，液压力推动活塞左移动，由于钳缸的浮式放置，活塞与缸体通过上销分别推动左右钳臂的上端向外运动，减少了左右下销之间的距离，带动刹车块向内运动，从而将刹车块以一定的正压力压在旋转中的刹车盘L，在刹车盘与刹车块之间产生摩擦力，对刹车盘实施制动。可见，开式钳的刹车力来源于液压力，且压力油的压力越高，刹车力越大。如果进入钳缸压力油的压力等于零，活塞与缸体通过安装在左右上销端部的回位弹簧向内运动，刹车块向外运动与刹车盘脱离接触，刹车钳松刹。 开式钳是有油压刹车、无油压松刹，称为常开钳。,闭式钳,当向钳缸供给压力油时，液压力推动活塞右移压缩碟簧，同时拉动左右钳臂的上端向内运动加大了左右下销之间的距离，带动刹车块向外移动，刹车块与刹车盘脱离接触，刹车钳松刹。当钳缸泄油时，碟簧反弹推动活塞左移，左右钳臂上端向外运动，减少了左右下销之间的距离，使刹车块与刹车盘接触。此时，刹车块作用在刹车盘上的力为碟簧力，该力形成的摩擦力实施刹车。闭式钳的刹车力来源于碟簧的弹簧力。 闭式钳是有油压松刹、无油压刹车，称为常闭钳。,盘式刹车的结构,绞车上多用a类 修井机上所用c类，这类结构较小 作为安全保险用的应急钳多用b、d类， 其中b、d为常闭式，a、c为常开式。,盘式刹车,盘式刹车的优缺点,刹车盘为中空带通风叶轮式，散热性好； 整个盘面积只有不到1/10在摩擦发热，而其余面积都在交替散热，盘和块的热稳定性好，摩擦系数稳定，制动力矩平稳。 由于盘块间的比压大和盘的离心作用，盘块间不易存水和油污，所以刹车块的吃水稳定性好； 刹车盘的热变形小，热疲劳寿命较长； 比压分布均匀，摩擦副的寿命较长； 正反向刹车一样，带式则差ea倍；,盘式刹车的优缺点,刹车时间短，反应灵敏； 液动控制，操作省力； 每个刹车钳可独立刹止全部钻杆重量，且有应急钳，刹车的可靠性大大提高； 更换刹车易损件迅速； 盘式刹车由于比压较高，摩擦面温升高，对材料有较高要求 多了液压装置即密封圈等易损件。,盘式刹车的设计计算,制动力矩 刹车钳的数目 液压力的计算,盘式刹车的设计计算,盘式刹车的设计计算,关于动量与重量的问题,当汽车开车刹车时，因重力方向与惯性力方向垂直，克服惯性力只须ma 即ft=mv 而提升时重力与惯性力为一个方向，所以制动时必须综合考虑。即ma+mg,作业题,设ZJ70D钻机的游车及大钩重量为9000Kg，钻井绳数10根（包括快绳和死绳），滚筒外径800mm，为无槽滚筒，钢绳缠绕4层，钢绳直径38mm，大钩的速度分别为0.25、0.4、0.7和1.5m/s，若制动时间为0.5秒，求最大制动力矩。 若滚筒制动采用盘刹，两边各4个，刹车盘的外经为1500mm，设刹车快与刹车盘的摩擦系数为0.4，液压系统的最大工作压力为10MPa，刹车钳结构如图4-30所示，设油缸外推力与刹车衬板压力相等。 求刹车钳油缸的活塞面积并绘出控制油缸工作的液压系统图及油缸组件的部件图和油缸缸套零件图（一个零件）。,辅助刹车水刹车,水刹车主要用于刹慢滚筒，保持钻具以安全的速度均匀下放，因其工作特点，水刹车不易在低速时刹车。 水刹车结构及原理如图所示,水刹车能力的调节,水刹车水室内充满度的大小直接反映了刹车的能力，水位的高低由水刹车水位调节装置来实现，水位调节装置有以下几种结构： 分级调节水位装置 气控浮筒式水位装置 新型水位自动调节装置,电磁刹车,电磁涡流刹车主要由左、右定子和转子组成。定子中固定嵌装着激磁线圈，当三相380V交流电过三相变压器降低电压后，输入桥式整 流器，便可输出连续可调的直流电至电磁涡流刹车的激磁线圈，在线圈周围产生固定磁场，转子处于此磁场中。当转子与绞车滚筒轴一起 旋转时，转子切割磁力线，转子内磁通密度发生变化，在转子表面产生感应电动势，从而产生感生电流，即涡流。,转子成为带涡流感应电流的导体，带涡流感应电流的转子在 原来的固定磁场中产生旋转磁场，此旋转磁场在转子的不同半径上产生与转子转动方向相反的电磁力，亦即对旋转轴的电磁制动力矩。显然，输入直流电的电流强度越大，固定磁场强度越强，所产生的电磁力矩也越大，以此来平衡不同下钻载荷的能量。,涡流刹车在工作过程中将机械能转化为热能。为了迅速带走转子中的热量，从离合器侧面送进冷却水，流经转子的外表面后，由周围的水套下面的出水口排出。对冷却水质要求较高，矿物质含量要低，一般pH值不超过77.5.涡流刹车与滚筒刹车通常用一个冷却系统。,电磁刹车,这种刹车利于电磁感应原理进行无损制动，无易损件，制动性能好，使用寿命长，操作维修简单，正在得到越来越多的应用。,