高加索,羅 輝,楊本靈,李國宏

(1.南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南南陽473006;2.西安凱諾石油科技有限公司,西安710065;3.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730050)

絞車防打手剎車裝置

高加索1,羅 輝2,楊本靈3,李國宏3

(1.南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南南陽473006;2.西安凱諾石油科技有限公司,西安710065;3.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730050)

分析了盤式剎車和帶式剎車的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)防打手剎車裝置用于帶式剎車,解決了帶式剎車安全性能差、自動(dòng)剎車與手動(dòng)剎車相互干涉等問題?，F(xiàn)場使用證明,該裝置設(shè)計(jì)合理,制造成本低,使用效果良好,具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

剎車裝置;安全性能;設(shè)計(jì)

1 絞車剎車裝置概述

鉆機(jī)、修井機(jī)絞車剎車裝置主要有盤式剎車和帶式剎車2種方式。

盤式剎車是近幾年興起的比較先進(jìn)的剎車方式,集機(jī)、電、液技術(shù)于一體,極大地減輕了司鉆的勞動(dòng)強(qiáng)度,為鉆機(jī)的自動(dòng)化控制奠定了基礎(chǔ),是未來鉆機(jī)剎車采用的主要形式[1-2]。盤式剎車的缺點(diǎn)是制造成本高,占用空間大,需要井場供電,不適合在車裝鉆機(jī)和修井機(jī)上推廣使用。

帶式剎車是傳統(tǒng)的剎車方式,在車裝鉆機(jī)和修井機(jī)上廣泛應(yīng)用,是小型作業(yè)機(jī)的主要?jiǎng)x車方式[3]。帶式剎車系統(tǒng)是一種機(jī)械杠桿式剎車機(jī)構(gòu)(如圖1),剎把通過連桿、拐臂、平衡機(jī)構(gòu)使剎帶抱緊剎車轂,利用剎帶與剎車轂之間的摩擦力產(chǎn)生制動(dòng)力矩制動(dòng)滾筒,使游車大鉤和鉆具在任意位置上停止[4]。為了在緊急情況下能夠有效剎車,避免剎車失效發(fā)生事故,帶式剎車通常配有緊急剎車裝置,即,在剎車軸上通過拐臂安裝1個(gè)剎車氣缸,遇到緊急情況司鉆摁下緊急剎車按紐,壓縮空氣推動(dòng)氣缸實(shí)施緊急剎車;防碰閥的剎車防碰功能也是通過剎車氣缸實(shí)現(xiàn)的。由于剎把和氣缸都作用在剎車軸上,因此在緊急剎車時(shí)剎把同時(shí)動(dòng)作,且速度很快,難免傷害到司鉆,出現(xiàn)人身事故。勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性能差、存在事故隱患等是帶式剎車的致命弱點(diǎn)。

圖1 絞車滾筒帶式剎車系統(tǒng)

智能防碰裝置(電子防碰裝置)可以有效預(yù)防上碰、下砸和超速作業(yè)事故,具有接近預(yù)警、自動(dòng)斷離合和自動(dòng)剎車功能,近年來,隨著作業(yè)效率的提高,智能防碰裝置的配備越來越普及。

2 防打手剎車裝置

防打手剎車裝置如圖2。

圖2 防打手剎車裝置

在防打手剎車裝置的剎車軸上安裝1個(gè)限扭離合器,利用自動(dòng)剎車和手動(dòng)剎車的剎車速度差和產(chǎn)生的剎車扭矩不同,將氣缸剎車和剎把剎車分開,避免相互之間動(dòng)作的干涉。在限扭離合器兩端連接2根各自獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,分別與剎把和剎車?yán)瓧U相連接,一旦自動(dòng)剎車啟動(dòng),由于瞬間扭矩過大超限,離合器可實(shí)現(xiàn)2軸快速自動(dòng)分離,將剎把和動(dòng)力端脫開,使剎把不能突然向下轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)自動(dòng)剎車復(fù)位時(shí),剎車氣缸迅速復(fù)位松開剎車,剎把也不會(huì)隨氣缸復(fù)位而迅速向上反彈[5]。

防打手剎車裝置通過限扭離合器將自動(dòng)剎車和手動(dòng)剎車分離,避免了自動(dòng)剎車動(dòng)作和復(fù)位時(shí)剎把突然轉(zhuǎn)動(dòng)對司鉆的傷害。

2.1 限扭離合器

2.1.1 結(jié)構(gòu)

限扭離合器包括剎車柄、主動(dòng)齒軸、被動(dòng)齒套、外罩、外圓形齒套、防塵圈、鋼珠、彈簧、螺釘和擺桿,結(jié)構(gòu)如圖3。

2.1.2 工作原理

主動(dòng)齒軸通過鍵與剎把(剎車柄)連接,被動(dòng)齒套與外圓形齒套固定連接,擺桿與外圓形齒套通過圓形齒嚙合連接,被動(dòng)齒套內(nèi)的螺釘通過彈簧將鋼珠壓在主動(dòng)齒軸的外圓表面上,近程剎車擺桿與氣缸連接,遠(yuǎn)程剎車擺桿與連桿相連,連桿與剎車軸連接,剎車軸上安裝氣缸。

圖3 限扭離合器結(jié)構(gòu)

當(dāng)主動(dòng)齒軸按圖3箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),主動(dòng)齒軸齒面壓向被動(dòng)齒套齒面使被動(dòng)齒套同向轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)剎把剎車功能;當(dāng)主動(dòng)齒軸按箭頭方向反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過圓周上被彈簧壓緊的鋼珠使被動(dòng)齒套反向轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)松剎功能。當(dāng)被動(dòng)齒套按箭頭方向反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鋼珠被壓回到孔內(nèi),此時(shí)主動(dòng)齒軸不隨被動(dòng)齒套轉(zhuǎn)動(dòng),既實(shí)現(xiàn)了氣缸剎車功能,剎把又不會(huì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)齒軸按箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與被動(dòng)齒套剛性接觸,反向時(shí)彈性連接扭矩可調(diào),不影響剎車的可靠性。被動(dòng)齒套與外圓形齒套為一體,擺桿與外圓形齒套互相嚙合連接,擺桿圓周方向角度可調(diào)隨被動(dòng)齒套轉(zhuǎn)動(dòng),可調(diào)節(jié)剎把高低和剎車松緊。

限扭離合裝置除了通過彈簧鋼珠傳遞扭矩的方式外,還有通過彈簧銷釘傳遞扭矩、通過磁力傳遞扭矩等其他傳遞方式,無論是哪種扭矩傳遞方式,其工作原理大同小異。

2.1.3 主要技術(shù)參數(shù)

自動(dòng)剎車工作扭矩 0.8 kN·m

系統(tǒng)最大承載扭矩 3.9 kN·m

氣缸工作氣壓 0.5～110 MPa

2.2 技術(shù)性能

限扭離合器的設(shè)計(jì)符合車裝鉆機(jī)對于滾筒剎車裝置的要求,即剎把的操縱力在大鉤承受最大鉤載且剎死時(shí)不應(yīng)大于300 N;滾筒緊急剎車裝置制動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超過1.5 s[6]。

2.3 特點(diǎn)

a) 結(jié)構(gòu)簡單,外形緊湊,安裝維修拆卸方便。

b) 不改變剎車系統(tǒng)原來的結(jié)構(gòu),制造安裝成本低,便于推廣應(yīng)用。

c) 限扭離合器扭矩可以調(diào)節(jié),不使用時(shí)很容易恢復(fù)到原來的狀態(tài),方便選擇。

d) 剎把高低和剎車松緊易調(diào)節(jié)。

e) 該裝置剎車時(shí)為剛性連接,松剎時(shí)為彈性連接,剎車可靠。

f) 不影響司鉆的剎車距離及手感,不改變原來的操作習(xí)慣。

g) 可完全避免剎把傷害司鉆的安全事故。

h) 該裝置與智能防碰裝置配合使用,可有效避免由于司鉆誤操作造成的上碰、下砸安全事故。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

防打手剎車裝置分別安裝在南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)的 XJ135型修井機(jī)和 ZJ30/ 1700CZ型車裝鉆機(jī)[7]2種典型的作業(yè)設(shè)備上,歷經(jīng)3 a現(xiàn)場作業(yè)試驗(yàn),工作正常。目前,南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司和江漢石油管理局第四石油機(jī)械廠生產(chǎn)的帶式剎車作業(yè)設(shè)備可以全部使用防打手剎車裝置。2007年長慶油田采油廠對在用的近100臺作業(yè)機(jī)的剎車系統(tǒng)進(jìn)行改造,安裝防打手剎車裝置后,沒有出現(xiàn)一例剎把傷人事件,取得了良好的安全效果。新疆石油管理局井下作業(yè)公司使用防打手剎車裝置30套,玉門油田的在用通井機(jī)全部更換為防打手剎車裝置后,也未出現(xiàn)過剎把傷害司鉆的人身安全事故。

4 結(jié)論

絞車防打手剎車裝置設(shè)計(jì)合理,能夠解決自動(dòng)剎車和手動(dòng)剎車相互干涉的問題,避免剎把傷害司鉆的人身安全事故,具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張衛(wèi)軍,馬廣蛇,張林森,等.鉆機(jī)絞車用盤式剎車存在的問題及解決方案[J].石油礦場機(jī)械,2006,35(1): 89-90.

[2] 陳如恒.破除舊觀念創(chuàng)造新鉆機(jī)[J].石油礦場機(jī)械, 2008,37(5):1-9.

[3] 鎖超民.石油鉆井絞車剎車系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場機(jī)械,2005,34(1):105-106.

[4] 尹永晶.車裝鉆機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002: 84-85.

[5] 西安凱諾石油科技有限公司.產(chǎn)品手冊[K].2008.

[6] SY/T6584—2003,車裝鉆機(jī)[S].

[7] SY/T6724—2008,石油鉆機(jī)和修井機(jī)基本配置[S].

Design on Anti-interference Device for Brakes

GAO Jia-suo1,LUO Hui2,YANGBen-ling3,LI Guo-hong3
(1.RG Petro-Machinery(Group)Co.,Ltd.,N anyang473006,China;2.Xi’an Keyneo Petroleum Technology Co.,Ltd.,Xi’an710065,China;3.L anpec Technologies Limited,L anzhou730050,China)

A novel design on an anti-interference brake device is presented.By analyzing some advantages and disadvantages of disc brake and band brake,for a purpose of overcoming a poor condition of the band brake safety performance and of solving the mutual interference of automatic brake and manual brake and finally of realizing a non-injury working condition,an anti-interference brake device was developed.It has been testified that this novel design has very valuable availability due to its proper structure and low cost.

braking device;safety performance;design

1001-3482(2010)01-0060-03

TE923.03

B

2009-08-19

項(xiàng)目來源:油田鉆修設(shè)備專用剎車裝置(專利號 ZL200720031413.1);絞車自動(dòng)剎車限扭離合裝置(專利號ZL200620079258.6)

高加索(1967-),男,河南唐河人,高級工程師,1990年畢業(yè)于西安石油學(xué)院(現(xiàn)西安石油大學(xué))機(jī)械制造工藝與設(shè)計(jì)專業(yè),從事鉆采設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工作,E-mail:rggjs@126.com。

文章編號:1001-3482(2010)01-0053-04