楊艷， 祝賀.2， 肖虎， 李曉康， 劉宏亮.2， 徐斌榮

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞 721002；2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞 721002）

0 引言

液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置為機(jī)、電、液一體化產(chǎn)品，它是絞車(chē)的重要部件。液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置由液壓站、操作臺(tái)、制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路部分組成。液壓站是動(dòng)力源，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供必需的液壓動(dòng)力；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是剎車(chē)制動(dòng)的執(zhí)行部分，包括常開(kāi)式工作鉗和常閉式安全鉗、鉗架、剎車(chē)盤(pán)等；操作臺(tái)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中心，它通過(guò)電信號(hào)控制液壓站中的電磁閥組，對(duì)制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行控制。目前鉆機(jī)的盤(pán)剎裝置均采用常開(kāi)和常閉雙剎車(chē)機(jī)構(gòu)的液壓剎車(chē)機(jī)構(gòu)，且大多液壓回路將常開(kāi)和常閉雙剎車(chē)機(jī)構(gòu)分開(kāi)單獨(dú)設(shè)置，當(dāng)遇到斷電、電動(dòng)機(jī)故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動(dòng)機(jī)與泵的聯(lián)軸器損壞等情況時(shí)，液壓盤(pán)式剎車(chē)的液壓系統(tǒng)逐步失去壓力，其工作剎車(chē)（常開(kāi)）的功能逐步喪失，由于現(xiàn)場(chǎng)需操作人員高度關(guān)注井口設(shè)備、人員的工作情況，且鉆機(jī)的噪聲很大，操作人員很難發(fā)現(xiàn)該故障，安全剎車(chē)（常閉）沒(méi)有參與剎車(chē)，這就造成了多起鉆具掉落的重大事故發(fā)生。

我公司研發(fā)的液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置故障自動(dòng)檢測(cè)剎車(chē)液壓回路適應(yīng)于具有常開(kāi)和常閉雙剎車(chē)機(jī)構(gòu)的液壓剎車(chē)機(jī)構(gòu)，特別適應(yīng)于各類(lèi)及各種型號(hào)的石油鉆機(jī)的液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置。該回路由電動(dòng)機(jī)液壓泵總成、手動(dòng)伺服剎車(chē)閥、梭閥、工作鉗（常開(kāi)）、壓力表、常閉鉗、常閉剎車(chē)閥、緊急剎車(chē)閥、壓力傳感器、管路總成等組成。該回路的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置出現(xiàn)斷電、電動(dòng)機(jī)故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動(dòng)機(jī)與泵的聯(lián)軸器損壞等情況，液壓盤(pán)式剎車(chē)的液壓系統(tǒng)逐步失去壓力情況下，剎車(chē)裝置自動(dòng)剎車(chē)，其避免了鉆具掉落的重大事故發(fā)生[1-7]。

1 液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置故障自動(dòng)檢測(cè)剎車(chē)液壓回路研究

1.1 功能簡(jiǎn)介

通過(guò)操作剎車(chē)閥的控制手柄，調(diào)節(jié)工作鉗對(duì)制動(dòng)盤(pán)的正壓力，從而為主機(jī)提供大小可調(diào)的剎車(chē)力矩，滿(mǎn)足送鉆、起下鉆等不同工況的要求。遇到緊急情況或停機(jī)及司鉆離開(kāi)操作位置時(shí)，按下紅色緊急制動(dòng)按鈕，工作鉗、安全鉗全部參與制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緊急剎車(chē)。當(dāng)大鉤提升重物上升到某高度應(yīng)該實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的位置，由于操作失誤或其它原因，未實(shí)施制動(dòng)時(shí)，過(guò)卷閥或防碰閥會(huì)動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)，工作鉗和安全鉗全部參與剎車(chē)，實(shí)施緊急制動(dòng)，避免碰撞天車(chē)事故發(fā)生。

若設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)以下幾種突發(fā)狀況，此剎車(chē)液壓回路均可起到重要作用。

1）液壓盤(pán)式剎車(chē)斷電后，電動(dòng)機(jī)液壓泵總成停止工作，繼續(xù)操作剎車(chē)裝置工作，液壓系統(tǒng)壓力降低后該回路可保證裝置自動(dòng)剎車(chē)。

2）電動(dòng)機(jī)故障，如電動(dòng)機(jī)電路線路短路、缺相、軸承損壞等使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)致泵不工作，繼續(xù)操作剎車(chē)裝置工作，液壓系統(tǒng)壓力降低后該回路可保證裝置自動(dòng)剎車(chē)。

3）液壓泵故障，如泵磨損、泄漏、燒死等使液壓泵不能給系統(tǒng)提供液壓油或規(guī)定數(shù)據(jù)的壓力、流量的液壓油，則繼續(xù)操作剎車(chē)裝置工作，液壓系統(tǒng)壓力降低后該回路可保證裝置自動(dòng)剎車(chē)。

4）液壓管線或接頭損壞，如液壓管線爆裂、砸裂、斷裂及接頭損壞致液壓油外排，使液壓系統(tǒng)壓力降低，該回路可保證裝置自動(dòng)剎車(chē)。

5）電動(dòng)機(jī)與泵的聯(lián)軸器損壞致液壓泵停止工作，繼續(xù)操作剎車(chē)裝置工作，液壓系統(tǒng)壓力降低后該回路可保證裝置自動(dòng)剎車(chē)。

1.2 工作原理

制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括工作鉗、安全鉗、剎車(chē)盤(pán)和鉗架（支座），其結(jié)構(gòu)及布置如圖1所示[8-12]。

圖1 制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖

當(dāng)給油缸輸入壓力油時(shí)，產(chǎn)生推力推動(dòng)油缸活塞桿伸出，通過(guò)連桿、銷(xiāo)軸、閘靴、使剎車(chē)塊接觸剎車(chē)盤(pán)，通過(guò)拉桿將推力F傳遞到剎車(chē)塊端，從而作用于剎車(chē)盤(pán)，產(chǎn)生正壓力。在正壓力的作用下產(chǎn)生摩擦力，即制動(dòng)力。制動(dòng)力與油壓為正比例變化關(guān)系，當(dāng)油壓為零時(shí)，在復(fù)位蝶簧的作用下，活塞回到原始位置，使剎車(chē)塊脫離剎車(chē)盤(pán)，工作鉗處于完全打開(kāi)狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 工作鉗

安全鉗的工作原理與工作鉗相反。當(dāng)給油缸輸入額定工作壓力油時(shí)，油壓產(chǎn)生的力克服碟簧彈力壓縮碟簧，油缸活塞桿縮回，通過(guò)連桿、銷(xiāo)軸、閘靴使剎車(chē)塊脫離剎車(chē)盤(pán)，實(shí)現(xiàn)松剎。當(dāng)放油時(shí)，油壓為零時(shí)，蝶簧的彈力作用于活塞的端面，油缸活塞桿伸出，通過(guò)連桿、銷(xiāo)軸、閘靴使剎車(chē)塊接觸剎車(chē)盤(pán)，彈力傳遞到剎車(chē)塊端，從而作用于剎車(chē)盤(pán)，產(chǎn)生制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)剎車(chē)，如圖3所示。

液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置故障自動(dòng)檢測(cè)剎車(chē)液壓回路工作原理如下，具體原理如圖4所示[13-15]。

圖3 安全鉗

圖4 自動(dòng)檢測(cè)剎車(chē)液壓回路結(jié)構(gòu)圖

在工作時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)液壓泵總成1的電動(dòng)機(jī)，液壓泵工作，通過(guò)管路總成10、手動(dòng)伺服剎車(chē)閥2和常閉剎車(chē)閥7供油，通過(guò)手動(dòng)伺服剎車(chē)閥2和工作鉗（常開(kāi)）4剎車(chē)，工作鉗（常開(kāi)）4剎車(chē)的剎車(chē)力的大小與液壓系統(tǒng)的壓力大小成正比，液壓缸的活塞面積乘以系統(tǒng)壓力等于作用力。同時(shí)操作常閉剎車(chē)閥7使常閉鉗6的液壓缸充油升壓，壓縮缸內(nèi)的蝶形彈簧，打開(kāi)剎車(chē)鉗，釋放絞車(chē)剎車(chē)盤(pán)。下放鉆具時(shí)，絞車(chē)剎車(chē)盤(pán)是否轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢均由操作者掌握的手動(dòng)伺服剎車(chē)閥2的開(kāi)度大小而定。而當(dāng)出現(xiàn)斷電、電動(dòng)機(jī)故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動(dòng)機(jī)與泵的聯(lián)軸器損壞等情況，液壓盤(pán)式剎車(chē)的液壓系統(tǒng)逐步失去壓力情況時(shí)，隨著液壓系統(tǒng)壓力

逐步下降，常閉鉗6的液壓缸油壓隨之下降，缸內(nèi)的蝶形彈簧壓縮量減少，液壓缸的活塞桿伸出，剎車(chē)塊貼緊剎車(chē)盤(pán)，剎車(chē)鉗的剎車(chē)力隨之逐步上升，直至剎死絞車(chē)剎車(chē)盤(pán)。這就可完全避免鉆具掉落的重大事故發(fā)生。

2 結(jié)論

本文研發(fā)了一種液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置故障自動(dòng)檢測(cè)剎車(chē)液壓回路，優(yōu)化了液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造，并實(shí)現(xiàn)高效、安全的剎車(chē)功能，完全避免鉆具掉落的重大事故發(fā)生，對(duì)石油鉆井的安全進(jìn)行起到重要作用。

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（責(zé)任編輯 張立明）