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1、第五節(jié) 絞車的制動系統(tǒng),剎車機(jī)構(gòu)包括主剎車和輔助剎車 機(jī)械剎車功用與使用要求 帶式剎車 盤式剎車 輔助剎車,一 機(jī)械剎車的功用,下鉆、下套管時,剎慢或剎住滾筒,控制下放速度; 懸持鉆具; 正常鉆進(jìn)時,控制滾筒轉(zhuǎn)動,以調(diào)節(jié)鉆壓,送進(jìn)鉆具。,二 機(jī)械剎車使用要求,安全可靠 剎車不可靠而發(fā)生重大溜鉆事故,造成設(shè)備損失、井下事故,甚至危及工人的人身安全。 靈活省力 剎車不靈活,會加重司鉆的體力勞動,且不能及時準(zhǔn)確控制升降系統(tǒng)工作。 壽命長 減少輔助生產(chǎn)時間,節(jié)省成本。,剎車的分類,剎車按作用原理可分為: 帶式 塊式 盤式 石油礦場主要用帶式,隨著液壓技術(shù)的發(fā)展,盤式近年來也有較大發(fā)展。,二
2、帶式剎車組成及工作原理,如圖為單杠桿剎車機(jī)構(gòu)示意圖。該剎車機(jī)構(gòu)由以下部分組成: 控制部分(剎把4、氣動控制8) 傳動部分(傳動杠桿或剎車曲軸3 ) 制動部分(剎帶1,剎車鼓2) 輔助部分(平衡梁6和調(diào)整螺釘7),,剎車帶,兩根剎車帶完全相同,一般為6mm厚的圓形鋼帶。鋼帶的兩端分別鉚接活端吊耳,鋼帶的內(nèi)壁襯有石棉改性樹脂材料壓制而成的剎車塊,剎車塊用沉頭銅螺釘固定再鋼帶上。一般沉頭螺釘沉頭深度為16mm,所以,當(dāng)剎車塊磨損16mm必須更換。,剎把調(diào)節(jié),在鉆井過程中隨著剎車塊磨損量的增加,剎把終剎位置逐漸降低,當(dāng)剎把終剎位置與鉆臺面夾角小于30時,操作不便,因此,必須對剎帶進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時,先用
3、平衡梁上的專用扳手松開鎖緊螺母,調(diào)節(jié)拉桿的長度,直到剎緊剎車鼓時,剎把與鉆臺面的夾角為45時為止,然后擰緊鎖緊螺母。,更換剎帶,更換剎帶時,先卸下剎帶拉簧、托輪和剎帶吊耳,然后將剎帶向內(nèi)移到滾筒上,再往下將其取出。決不能用貓頭繩硬將其拉出,以免造成剎帶失圓。若剎帶失圓或新剎帶不滿足圓度要求時,應(yīng)對剎帶進(jìn)行整圓。 剎帶整圓方法是:以剎帶半圓為半徑在鉆臺上畫圓,將卸下的剎帶與該圓比較,用大錘對剎帶不圓處敲擊整圓,直到剎帶與所畫半圓一致為止。調(diào)節(jié)或更換剎帶后,都應(yīng)調(diào)節(jié)剎帶上方的拉簧,以及后面和下面的托輪位置。,更換換剎車塊,當(dāng)剎車塊磨損量達(dá)到其厚度的一半時,就要更換剎車塊。更換時,最好單邊交叉更換
4、,以免由于新剎車塊貼合度差剎不住車。,剎車機(jī)構(gòu)的潤滑,剎車機(jī)構(gòu)上除平衡梁上支座上的潤滑點(diǎn)外,其余所有潤滑點(diǎn)均集中在平衡梁下面左、右兩塊潤滑孔板上,用鋰基潤滑脂對各潤滑點(diǎn)每天注油1次。剎車機(jī)構(gòu)的各銷軸鉸接處及平衡梁兩端的球面支座處應(yīng)經(jīng)常澆30號機(jī)械油潤滑。 滾筒軸承座的潤滑點(diǎn)也分別分布在左、右孔板上,由直徑10mm的紫銅管連接至軸座上。,剎帶兩端的拉力,輕便鉆機(jī)連續(xù)石棉制軟帶的拉力由歐拉公式:,剎帶對輪鼓造成的制動力,連續(xù)石棉軟制帶剎車兩端的拉力,設(shè)Rb為剎車鼓半徑,則制動力矩為:,根據(jù)具體鉆機(jī)起升系統(tǒng)及下鉆鉤載可計算出所需最大制動力Fbmax,從而可計算出剎帶兩端的拉力t,T。,剎車塊制帶兩
5、端的拉力,該制帶任意一塊制動力矩為:,剎車塊剎帶兩端的拉力,全部剎車塊形成的制動力矩為:,剎車塊剎帶兩端的拉力,摩擦制動力:,在作近似計算時,也可用以下修正的歐拉公式:,剎車杠桿的工作分析,剎車杠桿指剎把、曲拐軸、曲拐連桿等組成的機(jī)構(gòu),其作用是將剎把上的操作力放大若干倍,以滿足剎住重載時剎帶活端總拉力t的需要。可將杠桿力放大的倍數(shù)叫做杠桿的增力倍數(shù)。杠桿可分為單杠桿和雙杠桿兩種。,單杠桿剎車機(jī)構(gòu),計算公式如下:,雙杠剎車機(jī)構(gòu),計算公式如下:,帶式剎車的優(yōu)缺點(diǎn),帶式剎車的包角可達(dá)270甚至330,其制動力矩可隨包角的增大而增大,以適應(yīng)重型絞車的需要; 采用雙杠桿剎車機(jī)構(gòu)即省力又安全; 機(jī)構(gòu)緊湊,
6、便于維修。 但剎車時滾筒軸受一彎曲力,其值為T,t的向量和; 只能用于單向制動,因其反向制動力矩要小許多,所以在鉆機(jī)方案設(shè)計時,要注意滾筒的旋轉(zhuǎn)方向; 活動端和固定端的剎車塊磨損不均勻。,盤式剎車,1985年美國一些公司首先將盤式剎車應(yīng)用于鉆機(jī)主絞車,1995年我國開始在鉆機(jī)絞車主剎車使用液壓盤式剎車,并得到越來越廣泛的應(yīng)用。,盤式剎車,盤式剎車典型結(jié)構(gòu),主要由以下部分組成: 剎車盤5 剎車液壓缸1 剎車鉗(開式:安全鉗,閉式:工作鉗) 鉗架4 液壓控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng),剎車裝置總成,由鉗架、剎車盤、剎車鉗等組成。剎車盤通過滾筒輪緣與滾筒組裝成一體,剎車鉗安裝在鉗架上,它是盤式剎車實(shí)現(xiàn)剎車的主要
7、部件。 剎車盤是直徑為1500-1650mm,厚為65-75mm帶有冷卻水道的圓環(huán),其內(nèi)徑與滾筒輪緣配合,裝配成體。剎車盤環(huán)形側(cè)表面與剎車鉗上的剎車塊構(gòu)成摩擦副,實(shí)現(xiàn)絞車的剎車,,剎車盤,剎車盤按結(jié)構(gòu)形式分為水冷式、風(fēng)冷式和實(shí)心剎車盤三種。水冷式剎車盤內(nèi)部設(shè)有水冷通道,在剎車盤內(nèi)徑處設(shè)有進(jìn)、出水口;外徑處設(shè)有放水口,用來放盡通道內(nèi)的水,以防止寒冷氣候時剎車盤凍裂;正常工作時,放水口用螺塞封住。風(fēng)冷式剎車盤內(nèi)部有自然通風(fēng)道,靠自然通風(fēng)道和表面散熱。實(shí)心剎車盤靠表面散熱,主要用于修井機(jī)和小型鉆機(jī)。,鉗架,鉗架是一個彎梁,工作鉗及安全鉗均安裝在其上。通常配備兩個鉗架,鉗架上下端通過螺栓分別固定
8、在絞車橫梁和絞車底座上,位于滾筒兩側(cè)的前方。,,剎車鉗,剎車鉗由浮式杠桿開式鉗(常開鉗)和浮式杠桿閉式鉗(常閉鉗)組成。 常開鉗是工作鉗,用于控制鉆壓、各種情況下剎車。常閉鉗用于懸持情況下的駐剎。,開式鉗,當(dāng)向鉗缸供給壓力油時,液壓力推動活塞左移動,由于鉗缸的浮式放置,活塞與缸體通過上銷分別推動左右鉗臂的上端向外運(yùn)動,減少了左右下銷之間的距離,帶動剎車塊向內(nèi)運(yùn)動,從而將剎車塊以一定的正壓力壓在旋轉(zhuǎn)中的剎車盤L,在剎車盤與剎車塊之間產(chǎn)生摩擦力,對剎車盤實(shí)施制動??梢姡_式鉗的剎車力來源于液壓力,且壓力油的壓力越高,剎車力越大。如果進(jìn)入鉗缸壓力油的壓力等于零,活塞與缸體通過安裝在左右上銷端部的
9、回位彈簧向內(nèi)運(yùn)動,剎車塊向外運(yùn)動與剎車盤脫離接觸,剎車鉗松剎。 開式鉗是有油壓剎車、無油壓松剎,稱為常開鉗。,閉式鉗,當(dāng)向鉗缸供給壓力油時,液壓力推動活塞右移壓縮碟簧,同時拉動左右鉗臂的上端向內(nèi)運(yùn)動加大了左右下銷之間的距離,帶動剎車塊向外移動,剎車塊與剎車盤脫離接觸,剎車鉗松剎。當(dāng)鉗缸泄油時,碟簧反彈推動活塞左移,左右鉗臂上端向外運(yùn)動,減少了左右下銷之間的距離,使剎車塊與剎車盤接觸。此時,剎車塊作用在剎車盤上的力為碟簧力,該力形成的摩擦力實(shí)施剎車。閉式鉗的剎車力來源于碟簧的彈簧力。 閉式鉗是有油壓松剎、無油壓剎車,稱為常閉鉗。,盤式剎車的結(jié)構(gòu),絞車上多用a類 修井機(jī)上所用c類,這類結(jié)
10、構(gòu)較小 作為安全保險用的應(yīng)急鉗多用b、d類, 其中b、d為常閉式,a、c為常開式。,盤式剎車,盤式剎車的優(yōu)缺點(diǎn),剎車盤為中空帶通風(fēng)葉輪式,散熱性好; 整個盤面積只有不到1/10在摩擦發(fā)熱,而其余面積都在交替散熱,盤和塊的熱穩(wěn)定性好,摩擦系數(shù)穩(wěn)定,制動力矩平穩(wěn)。 由于盤塊間的比壓大和盤的離心作用,盤塊間不易存水和油污,所以剎車塊的吃水穩(wěn)定性好; 剎車盤的熱變形小,熱疲勞壽命較長; 比壓分布均勻,摩擦副的壽命較長; 正反向剎車一樣,帶式則差ea倍;,盤式剎車的優(yōu)缺點(diǎn),剎車時間短,反應(yīng)靈敏; 液動控制,操作省力; 每個剎車鉗可獨(dú)立剎止全部鉆桿重量,且有應(yīng)急鉗,剎車的可靠性大大提高; 更換剎車易損
11、件迅速; 盤式剎車由于比壓較高,摩擦面溫升高,對材料有較高要求 多了液壓裝置即密封圈等易損件。,盤式剎車的設(shè)計計算,制動力矩 剎車鉗的數(shù)目 液壓力的計算,盤式剎車的設(shè)計計算,盤式剎車的設(shè)計計算,關(guān)于動量與重量的問題,當(dāng)汽車開車剎車時,因重力方向與慣性力方向垂直,克服慣性力只須ma 即ft=mv 而提升時重力與慣性力為一個方向,所以制動時必須綜合考慮。即ma+mg,作業(yè)題,設(shè)ZJ70D鉆機(jī)的游車及大鉤重量為9000Kg,鉆井繩數(shù)10根(包括快繩和死繩),滾筒外徑800mm,為無槽滾筒,鋼繩纏繞4層,鋼繩直徑38mm,大鉤的速度分別為0.25、0.4、0.7和1.5m/s,若制動時間為0.5秒
12、,求最大制動力矩。 若滾筒制動采用盤剎,兩邊各4個,剎車盤的外經(jīng)為1500mm,設(shè)剎車快與剎車盤的摩擦系數(shù)為0.4,液壓系統(tǒng)的最大工作壓力為10MPa,剎車鉗結(jié)構(gòu)如圖4-30所示,設(shè)油缸外推力與剎車襯板壓力相等。 求剎車鉗油缸的活塞面積并繪出控制油缸工作的液壓系統(tǒng)圖及油缸組件的部件圖和油缸缸套零件圖(一個零件)。,輔助剎車水剎車,水剎車主要用于剎慢滾筒,保持鉆具以安全的速度均勻下放,因其工作特點(diǎn),水剎車不易在低速時剎車。 水剎車結(jié)構(gòu)及原理如圖所示,,,,水剎車能力的調(diào)節(jié),水剎車水室內(nèi)充滿度的大小直接反映了剎車的能力,水位的高低由水剎車水位調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn),水位調(diào)節(jié)裝置有以下幾種結(jié)構(gòu): 分級
13、調(diào)節(jié)水位裝置 氣控浮筒式水位裝置 新型水位自動調(diào)節(jié)裝置,電磁剎車,電磁渦流剎車主要由左、右定子和轉(zhuǎn)子組成。定子中固定嵌裝著激磁線圈,當(dāng)三相380V交流電過三相變壓器降低電壓后,輸入橋式整 流器,便可輸出連續(xù)可調(diào)的直流電至電磁渦流剎車的激磁線圈,在線圈周圍產(chǎn)生固定磁場,轉(zhuǎn)子處于此磁場中。當(dāng)轉(zhuǎn)子與絞車滾筒軸一起 旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子切割磁力線,轉(zhuǎn)子內(nèi)磁通密度發(fā)生變化,在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,從而產(chǎn)生感生電流,即渦流。,轉(zhuǎn)子成為帶渦流感應(yīng)電流的導(dǎo)體,帶渦流感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子在 原來的固定磁場中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,此旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子的不同半徑上產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的電磁力,亦即對旋轉(zhuǎn)軸的電磁制動力矩。顯然,輸入直流電的電流強(qiáng)度越大,固定磁場強(qiáng)度越強(qiáng),所產(chǎn)生的電磁力矩也越大,以此來平衡不同下鉆載荷的能量。,渦流剎車在工作過程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。為了迅速帶走轉(zhuǎn)子中的熱量,從離合器側(cè)面送進(jìn)冷卻水,流經(jīng)轉(zhuǎn)子的外表面后,由周圍的水套下面的出水口排出。對冷卻水質(zhì)要求較高,礦物質(zhì)含量要低,一般pH值不超過77.5.渦流剎車與滾筒剎車通常用一個冷卻系統(tǒng)。,電磁剎車,這種剎車?yán)陔姶鸥袘?yīng)原理進(jìn)行無損制動,無易損件,制動性能好,使用壽命長,操作維修簡單,正在得到越來越多的應(yīng)用。,