陳元欣，馬超，劉登

（中國石油寶雞石油機(jī)械有限公司鉆機(jī)分公司，陜西 寶雞 721000）

在石油鉆機(jī)中，自盤式剎車在具體操作上十分省力，具有便捷性，反應(yīng)速度極為靈敏，因此，工作具備可靠性特征，具有廣泛的應(yīng)用，代替了已有的帶式剎車。從目前形勢看，部分廠家或者是科研機(jī)構(gòu)，利用容易操控，壽命較長的優(yōu)勢，對自動(dòng)送鉆系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。在石油鉆機(jī)中，盤式剎車是十分主要的裝置，是重要的制動(dòng)工具，在鉆機(jī)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。假如剎車出現(xiàn)失效的情況，將導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，更嚴(yán)重的是會(huì)出現(xiàn)人員傷亡。基于這樣的情況，分析了盤剎系統(tǒng)失效原因，并設(shè)計(jì)了相關(guān)的自動(dòng)檢測報(bào)警裝置，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 盤剎失效方式

1.1 剎車塊造成磨損

對于盤剎而言，主要是依靠剎車塊，對剎車盤造成擠壓，出現(xiàn)摩擦力最終發(fā)揮剎車作用，因而剎車塊是一種易損件。之所以出現(xiàn)失效形式，是由于過度磨損造成的，導(dǎo)致剎車盤以及剎車塊間存在較大的間隙，減少了剎車塊在剎車盤中作用的發(fā)揮，最終摩擦力較低，造成剎車力十分不理想，在這樣的情況，極容易造成事故的出現(xiàn)。對于剎車塊的磨損來講，是一種動(dòng)態(tài)過程，具體而言，是表面膜生成，然后剝落，最后再生的一種過程。在摩擦過程中，會(huì)出現(xiàn)氧化磨損、黏著磨損等。如果摩擦溫度十分低，磨損則為磨粒磨損為主，表面膜剝落則呈現(xiàn)出疲勞剝落。反之，溫度較高時(shí)，磨損是粘著磨損，表面膜的剝落則是呈現(xiàn)出黏著撕裂。除此之外，在摩擦?xí)r，由于有機(jī)物會(huì)出現(xiàn)碳化以及環(huán)化和熱氧化等情況，因此，會(huì)加快磨損剎車塊，在摩擦表面層存在一些裂紋，剎車塊出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致疲勞磨損。在對剎車塊進(jìn)行利用過程中，磨損壽命會(huì)受到一些因素影響，例如，工作時(shí)的溫度，或者是制動(dòng)盤和剎車塊之間的滑動(dòng)速度等。在正常情況下，剎車塊磨損量應(yīng)為固定值，在工作過程中，如果鉗單邊磨損為2mm，應(yīng)對拉簧拉力進(jìn)行調(diào)整，確保剎車塊及時(shí)松剎能夠返回，同時(shí)間隙保持適當(dāng)狀態(tài)。作為維護(hù)人員，應(yīng)時(shí)常進(jìn)行檢查。在一定時(shí)間范圍內(nèi)，如果盤剎利用次數(shù)較多，或者是剎車距較長，應(yīng)加大檢查力度。這樣做的目的不僅能夠加大維護(hù)人員實(shí)際工作量，還能加大維修停工時(shí)間，減少損失。鉆井工作具有一定的連續(xù)性，在鉆井過程中，是不能隨隨便便就進(jìn)行停工，會(huì)導(dǎo)致兩次檢查間隔較長，剎車塊具有很大的磨損量，最終剎車失效。

1.2 油壓較低

對于盤剎液壓系統(tǒng)中的油壓而言，不僅能夠打開安全鉗，同時(shí)也是工作鉗剎車力的主要來源。假如油壓很低，將造成不能及時(shí)打開安全鉗，同時(shí)還能加快磨損剎車盤，加重絞車負(fù)荷。另外，由于工作鉗不能擁有一定的剎車力，造成剎車距離不斷增大，最終引發(fā)事故的出現(xiàn)。在油壓低的報(bào)警下，可以對一些故障進(jìn)行判斷，例如，管線刺漏，或者是管線堵塞等。

1.3 液面較低

在系統(tǒng)中，和最低液面相比，液面更低，則會(huì)發(fā)生溫升、或者是不溶解造成空氣凝聚等。如果電加熱器出現(xiàn)外露的情況，將會(huì)造成局部溫度變高，油液分解變質(zhì)，最終系統(tǒng)發(fā)生故障。

1.4 油溫高

液壓油工作溫度是固定的，如果高于最高值數(shù)，則油液老化將會(huì)加快，同時(shí)密封件的實(shí)際利用壽命也會(huì)縮短。基于這樣的情況，應(yīng)對油箱中的油液溫度進(jìn)行監(jiān)控。油溫如果變高，則代表液壓油遭受到污染，或者是柱塞泵磨損。油溫如果在短時(shí)間內(nèi)一下變高，應(yīng)馬上停機(jī)對其進(jìn)行檢查。

1.5 液壓站失電

如果液壓站出現(xiàn)失電的現(xiàn)象，液壓泵沒有工作，安全鉗剎車，確保游車沒有下滑。另外，工作鉗受蓄能器作用影響，確保完成打開以及剎車動(dòng)作。

1.6 硬件原因

對于盤剎控制回路來講，主要是指斷氣、斷電剎車。在電控系統(tǒng)中，當(dāng)剎車指令發(fā)出后，氣路電磁閥會(huì)出現(xiàn)斷氣以及換向等動(dòng)作，對回路斷電進(jìn)行控制，盤剎電磁閥失電剎車。元器在長久利用下，其可靠性較低，同時(shí)壓力開關(guān)以及繼電器等，經(jīng)常會(huì)發(fā)生黏連這樣的情況。應(yīng)該斷開時(shí)沒有斷開，造成剎車失靈。另外，在液壓系統(tǒng)中，元器當(dāng)出現(xiàn)故障以后，將會(huì)導(dǎo)致工作鉗以及安全鉗其壓力會(huì)出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。

1.7 軟件設(shè)計(jì)原因

對于盤剎自動(dòng)剎車系統(tǒng)，具有較多的控制對象，同時(shí)也是一種鉆井工藝。從軟件設(shè)計(jì)角度講，會(huì)出現(xiàn)沒有認(rèn)真考慮一些環(huán)節(jié)，導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，剎車在一定情況下出現(xiàn)失效的情況。在軟件設(shè)計(jì)過程中，以下幾種情況是經(jīng)常容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的，最終給剎車失效留有了安全隱患。具體為以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，對于控制系統(tǒng)，絞車擋位和反饋信號，與其互鎖存在著不嚴(yán)密的情況，同時(shí)擋位信號和反饋存在不一致情況，更嚴(yán)重的是會(huì)出現(xiàn)反饋信號丟失的現(xiàn)象，盤剎缺乏自動(dòng)剎車。在這樣的情況下，假如擋位為空擋狀態(tài)，絞車電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)和盤剎松開條件相吻合，盤剎松開將造成溜鉆的現(xiàn)象。第二，絞車在實(shí)際運(yùn)行過程中，盤剎液壓站電機(jī)，如果是斷電停機(jī)的情況，盤剎沒有自動(dòng)剎車。第三，絞車在運(yùn)行時(shí)，盤剎液壓力站液壓系統(tǒng)故障，將會(huì)造成系統(tǒng)油壓較低，同時(shí)盤剎沒有自動(dòng)剎車。第四，在控制系統(tǒng)中，如果通訊突然中斷，盤剎不能進(jìn)行自動(dòng)剎車。第五，主電機(jī)，或者是滾筒編碼器存在故障情況，盤剎也是不能進(jìn)行自動(dòng)剎車的。在軟件設(shè)計(jì)過程中，如果存在以上這些錯(cuò)誤，剎車失效將會(huì)帶來十分嚴(yán)峻的后果。

2 盤剎系統(tǒng)自動(dòng)檢測裝置原理

對盤剎系統(tǒng)失效原因進(jìn)行綜合分析后，基于失效原因?qū)⒃撗b置進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如圖1，從總體上講，是由兩部分構(gòu)成的，一種是傳感器系統(tǒng)，另一種是司鉆房內(nèi)報(bào)警以及顯示裝置等。

圖1

2.1 傳感器系統(tǒng)

（1）剎車塊磨損檢測傳感器。在剎車鉗本體上，將剎車塊磨損檢測傳感器進(jìn)行安裝，主要是對剎車塊的磨損進(jìn)行檢測。依據(jù)剎車塊單邊磨損厚度，對傳感器以及剎車塊磨損面報(bào)警間隙進(jìn)行有效調(diào)整。如果剎車塊磨損厚度和傳感器設(shè)定尺寸相吻合，則司鉆警裝置會(huì)馬上報(bào)警，同時(shí)蜂鳴器也會(huì)出現(xiàn)警報(bào)聲。在這樣的情況下，條件允許時(shí)，應(yīng)對剎車塊以及剎車盤距離進(jìn)行有效的調(diào)整，這樣才能確保和規(guī)定尺寸相吻合。另外，應(yīng)對傳感器以及剎車塊磨損面報(bào)警間隙進(jìn)行良好調(diào)整，在這個(gè)過程中，如果沒有對剎車塊以及剎車盤距離進(jìn)行調(diào)整，則應(yīng)按下復(fù)位按鈕，關(guān)閉蜂鳴器，但指示燈會(huì)保持亮的狀態(tài)，直至將剎車塊間隙調(diào)整好。在這個(gè)狀態(tài)下，作為操作人員，應(yīng)時(shí)時(shí)小心，由于剎車距離會(huì)出現(xiàn)增大的可能，在重負(fù)荷下會(huì)出現(xiàn)剎不死的情況，最終造成事故的出現(xiàn)。另外，對于操作人員，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的技能培訓(xùn)，確保其對系統(tǒng)能夠熟練地操作，避免違章操作。針對溜鉆事故，應(yīng)冷靜處理，及時(shí)將盤剎剎車按鈕按下，保證人員設(shè)備是安全狀態(tài)。依據(jù)說明書，對盤剎剎車片磨損情況進(jìn)行檢查，對盤剎液壓站蓄能器中的氮?dú)鈮毫M(jìn)行檢查，當(dāng)不足時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。

而傳感器能夠降低檢查次數(shù)，還能發(fā)現(xiàn)一些問題，例如，剎車盤以及剎車塊之間的間隙問題等，能夠在真正意義上減少勞動(dòng)，增強(qiáng)安全性能。

（2）其他傳感器。在裝置中，包含壓力以及液面和溫度傳感器，具體而言，主要是剎車液壓油壓力和液壓油液面以及液壓油溫度等。當(dāng)液面或者是壓力出現(xiàn)異常情況，司鉆房中的報(bào)警裝置，會(huì)出現(xiàn)蜂鳴，并且指示燈也會(huì)十分亮。給予操作人員提示，使其依據(jù)指示情況進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)重大事故。

2.2 司鉆房中報(bào)警以及顯示裝置

在裝置外殼中，以及現(xiàn)場防爆要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并和現(xiàn)場實(shí)際相吻合。其是由指示燈以及蜂鳴器構(gòu)成的，發(fā)揮自身的報(bào)警以及指示功能作用。

3 結(jié)語

綜上所述，在該裝置中，將剎車塊磨損量檢測傳感器進(jìn)行了利用，有效地監(jiān)控了盤剎系統(tǒng)，真正提升了安全性能。該套設(shè)備從結(jié)構(gòu)上看十分簡單，同時(shí)維護(hù)具有便利性，并且制造成本較低。不僅能夠進(jìn)行司鉆遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)聲光一體報(bào)警。依據(jù)防爆標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行全面設(shè)計(jì)制造，最終和現(xiàn)場防爆要求相吻合。