1、第五章起升系统工作原理与设备第三节刹车机构特性绞车有主 辅刹车 一 刹车功用与使用要求1 功用 刹慢或刹住滚筒 控制放速 悬持钻具 调节钻压 送进钻具 2 要求 安全 省力 寿命长 二 结构与原理1 结构以单杠杆刹车机构为例 由刹把4 传动杠杆 或称刹车曲轴3 刹带1 刹鼓2 平衡梁6和调整螺钉7 气刹车等组成 2 作用原理刹车时 操作刹把4转动传动杠杆3 通过曲拐拉拽刹带1活动端抱住刹车鼓 扭动刹把手柄可控制司钻阀5启动气刹车 气刹车起省力作用 平衡梁 均衡左 右刹带受力 当刹块磨损时 用螺钉7调整间隙 刹带1不工作时 用弹簧拉起 刹车块则铆在钢带上 3 气刹车与防碰天车气刹车 减轻司钻的负
2、载 旋转刹把气缸拉刹带活端 防碰天车 游车超高使气缸刹车 防碰天车控制钢绳 重垂 三 刹带两端的拉力刹带包角为 摩擦系数为 刹带死端拉力 活端拉力力按欧拉公式计算 制动力 设为刹车鼓半径 制动力矩 根据下钻钩载算出 和作为刹车机构的设计依据 压力分布规律曲线 切向力平衡方程 死端 活端 四 刹车杠杆工作分析1 单杠杆刹车机构活端拉力t 刹把长 曲拐臂长r 传动效率 刹把力 增力倍数 或的大小取决于与r的比值 与也随变化 和是定值 刹把的最佳倾角 45 30 单杠杆用于轻 中型钻机上 双杠杆用于重 超重型钻机上 单杠杆刹车机构图 t 活端力 刹把角 结构角 2 双杠杆刹车机构两套单杠杆组成 设为
3、刹把力 为刹带活端拉力 为连杆上的拉力 分别为二轴至连杆的垂直距离 虚线所示 力矩关系 P力对轴1的矩 F中间连杆对轴1的矩 t力对轴2的矩 F对轴2的矩 增力倍数 双杠杆车机构图 增力倍数 单杠杆 双杠杆 80 确保 45 30 时 40 25kgf 刹车就比较省力 3 带刹的优点 1 制动力矩随增大 能满足重载需要 2 双杠杆省力 安全 3 简单 方便 4 带刹缺点 1 滚筒轴受一弯曲力 值为 的向量和 2 只能单向制动 3 活端和死端的刹块磨损不一致 五 盘式刹车1985年美国GH NSCO EMSCO三家公司开始将盘式刹车用于钻机绞车 我国90年开始在修井机上改装盘式刹车 95年胜利机
4、械厂生产的钻机已采用盘式刹车 1 结构组成包括 刹车盘 滚筒两侧 刹车液缸 刹车钳 或刹车杠杆 刹车块 液控系统等 刹车液缸 液压盘式刹车机构 主要包括 工作钳 安全钳 刹车盘和钳架 根据用户需要 执行机构可以布置在绞车滚筒的一端或两端 通过工作钳和安全钳不同型号和不同数量的配置 如1 1 2 1 2 2 3 1等 可以适用于ZJ70 ZJ50 ZJ40等不同型号 不同类型的钻机 修井机及通井机 液压盘式刹车机构 主刹车钳 应急刹车钳 2 刹车钳类型全套刹车包括 工作钳 下钻及钻进用 应急钳 安全钳 杠杆钳 液缸在刹车盘外缘 双活塞反向动作 固定钳 两个液缸对置于刹车盘外侧 活塞直接对刹块加压
5、 3 工作方式常开式 液压加压刹车 常闭式 用弹簧加压刹车 用液压松刹 常闭式 常开式 杠杆钳 固定钳 工作钳工作钳采用常开式单作用油缸给油刹车 杠杆原理传力 弹簧复位的工作原理 工作钳的压力通过司钻操作刹把进行无级调节 以刹住不同的钩载 工作钳参与工作制动和紧急制动 安全钳安全钳采用常闭式单作用油缸给油松刹 杠杆原理传力的工作原理 与工作钳形成安全互锁 安全钳参与驻车制动和紧急制动 刹车盘刹车盘是刹车系统的核心部件之一 与刹车块组成刹车副 按结构形式分为 水冷式 风冷式和实心刹车盘三种 胜利钻机机械厂生产的型钻机上 JC32绞车为盘式刹车 图6 37 该刹车钳属于常闭式 用于安全钳 4 单钳
6、制动力矩式中 块的正压力 有效摩擦半径 摩擦系数 设为单块单位压力 则单块摩擦力矩 单钳的制动力矩 为微弧长 为微面积 5 优点 盘式刹车与带式刹车相比 刹车盘散热性好 有1 10盘面摩擦发热 刹车块的吃水稳定性好 由于比压大和离心作用不易存水和油污物 比压分布均匀 摩擦副的寿命较长 双向制动 带式单向 操作省力 有应急钳 刹车可靠 6 盘刹缺点 比压比带式大二倍 摩擦表面温度高 对刹块材料要求高 汽车盘式刹车 第四节辅助刹车与滚筒轴相联 下钻时起作用 一 水刹车1 作用下钻时刹慢滚筒 保持钻具均速下放 2 结构定子 转子 各自之上有叶片 结构图参看P29 定子 定子 转子 叶片 3 作用原理
7、下钻时 滚筒带水刹车转子旋转 运动中倾斜的叶片 迎面去切割水涡流 形成阻力矩 4 制动力矩 当低时很小 水室充满度反映了刹车能力 5 制动功率式中 力矩和功率系数 滚筒转速 r min 水室外径 m 水室水环内径 当水室充满时即水室内径 m 转速与制动力矩关系曲线 1 结构主要由左 右定子和转子组成 定子中固嵌线圈 二 电磁涡流刹车新型辅助刹车 利用电磁感应原理实现制动 无损制动 性能好 广泛应用 2 原理定子通直流 产生固定磁场 当滚筒带动转子转动时 转子产生涡电流 涡流形成旋转磁场 与固定磁场作用产生制动力矩 3 特性 M n曲线 调节线圈的电流可改变M n曲线 当转速低时 仍有较大制动力
8、矩 滚筒转速较低时 M随n增加迅速增大 中 高速段力矩几乎不变 图5 25DS电磁涡流刹车的M n特性 第五节井架一 功用 组成与要求1 功用 1 安放天车 悬挂游车 大钩及工具 2 起下钻 下套管 3 存放立根 2 结构组成图5 26所示井架组成 1 主体为空间桁架 2 天车台 装天车和天车架 3 天车架 安装 维修天车之用 4 二层台 包括井架工操作的台和存靠立根的指梁 5 立管平台 水龙带操作台 6 工作梯 3 钻井工艺对井架的基本要求 1 足够的承载能力 2 足够的工作高度 空间 钻台面积 3 拆装 移运方便 二 整体结构类型1 塔架塔架是四棱锥 截面为正方形 分四扇 每扇分若干桁架
9、主要特征 1 封闭结构 整体稳定好 承载能力大 2 单构件连接 3 井架内空间大 4 单件拆装工作量大 高空作业 不安全 国外用四柱腿式塔架 塔型井架 塔型井架 2 前开口井架又称 形或K形架 主要特征 1 地面组装 整体起放 分段运输 4 5段 2 前扇敞开 截面为 形 3 结构不封闭 两侧结构相同 型井架 整体起升井架 3 A形井架主要特征 1 两大腿通过天车台 二层台连成 A 字形 在大腿的前方或后方有撑杆支承 或后方有人字架支承 2 地面组装 整体起放 分段运输4 5段 3 整体稳定性不理想 4 桅形井架 1 有整体式和伸缩式两种 桅架是用液缸或绞车整体起放 2 桅架向井口方向倾斜 靠
10、绷绳稳定 3 桅架简单 轻便 但承载能力小 用于车装轻便钻机和修井机 桅形井架 绷绳 三 井架基本载荷1 恒载井架的恒载 井架自重 设备 工具重 2 最大静载即最大钩载 3 工作绳拉力快绳和死绳合力 近似计算作用力 式中 工作绳拉力 kN 游绳拉力 kN 最大钩载 kN 游系重量 包括大钩 游车 钢绳 kN 有效绳数 4 风载风是空气的运动 由动能变为压力能 风压取决于风速 空气的密度及结构形状 风向和面积 风载计算式 式中 风载 N 承风面 即垂直于风向的井架外廓面积 计算风压 Pa 式中 基本风压 Pa 工作风压系数 一般取0 3 0 4 风压高度变化系数 风压体型系数 与结构有关 风振系
11、数 上述各系数可查阅有关气象标准 略 基本风压 即气温15 时距离地面10m处的静压力 式中 15 时空气的密度 风速 m s 各风力对应不同的风速 5级风速 10 7m s 立根排放 二层台 立根盒 钻杆立根排放 5 立根载荷立根重水平力及立根风载 水平作用到井架上 立根重水平载荷计算 垂直反力为 立根线密度 kg m 立根长 m 立根数 立根与钻台面的倾角 一般 立根风载 按风载法计算 承风面积为 每排立根数 立根接头外径 m 6 绷绳载荷 桅架需计入绷绳拉力 第六节天车 游车 大钩和钢丝绳天车 游车 钢丝绳和大钩 统称为游动系统 一 天车和游车天车 是装在井架顶部的定滑轮组 游车 是作往
12、复运动的动滑轮组 游系结构 指的是游车轮数 天车轮数 结构特点 天车 游车都是多个绳轮通过滚动轴承装在一根心轴上 游车 二 大钩有单钩 双钩和三钩 钻机用三钩 主钩 两吊环钩 1 组成 大钩由钩身 钩杆 钩座 提环 止推轴承和弹簧组成 2 要求 有足够的强度和工作可靠性 钩身能灵活转动 以便上 卸扣 大钩弹簧行程有补偿上 卸钻杆时的距离 钩口闭锁绝对可靠 闭启方便 大钩有缓冲减振功能 减小拆卸立根的冲击 三 钢丝绳结构 选用钢绳 6股19丝 6 19 纤维绳芯或 6股19丝 6 19 7 7金属绳芯 纤维绳芯 金属绳芯 要求 有效绳数最大钻柱重量情况下 安全系数不小于3 最大绳数和最大钩载情况下 安全系数不小于2
