鉆機(jī)剎車系統(tǒng)及計(jì)算

1、第五節(jié) 絞車的制動(dòng)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(shí)，剎慢或剎住滾筒，控制下放速度；懸持鉆具；正常鉆進(jìn)時(shí)，控制滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，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(huì)加重司鉆的體力勞動(dòng)，

2、且不能及時(shí)準(zhǔn)確控制升降系統(tǒng)工作。壽命長(zhǎng) 減少輔助生產(chǎn)時(shí)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(chǎng)主要用帶式，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，盤式近年來(lái)也有較大發(fā)展。,二 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(dòng)控制8）傳動(dòng)部分（傳動(dòng)杠桿或剎車曲軸3 ）制動(dòng)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

3、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(guò)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(tái)面夾角小于30°時(shí)，操作不便，因此，必須對(duì)剎帶進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時(shí)，先用平衡梁上的專用扳手松開鎖緊螺母，調(diào)節(jié)拉桿的長(zhǎng)度，直到剎緊剎車鼓時(shí)，

4、剎把與鉆臺(tái)面的夾角為45°時(shí)為止，然后擰緊鎖緊螺母。,更換剎帶,更換剎帶時(shí)，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(shí)，應(yīng)對(duì)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(tái)上畫圓，將卸下的剎帶與該圓比較，用大錘對(duì)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

5、，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(shí)，就要更換剎車塊。更換時(shí)，最好單邊交叉更換，以免由于新剎車塊貼合度差剎不住車。,剎車機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑,剎車機(jī)構(gòu)上除平衡梁上支座上的潤(rùn)滑點(diǎn)外，其余所有潤(rùn)滑點(diǎn)均集中在平衡梁下面左、右兩塊潤(rùn)滑孔板上，用鋰基潤(rùn)滑脂對(duì)各潤(rùn)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(hào)機(jī)械油潤(rùn)滑。 滾筒軸承座的潤(rùn)滑點(diǎn)也分別分布在左、右孔板上，由直徑1

6、0mm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(duì)輪鼓造成的制動(dòng)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(dòng)力矩為：,根據(jù)具體鉆機(jī)起升系統(tǒng)及下鉆鉤載可計(jì)算出所需最大制動(dòng)力Fbmax，從而可計(jì)算出剎帶兩端的拉力t，T。,剎車塊制帶兩端的拉力,該制帶任意一塊制動(dòng)力矩為：,剎車塊剎帶兩端的拉力,全部剎車塊形成的制動(dòng)力矩為：,剎車塊剎帶兩端的拉力,摩擦制動(dòng)力：,在作近似計(jì)算時(shí)，也可用以

7、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(shí)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(jì)算公式如下：,雙杠剎車機(jī)構(gòu),計(jì)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(dòng)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

8、剎車機(jī)構(gòu)即省力又安全；機(jī)構(gòu)緊湊，便于維修。但剎車時(shí)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(dòng)，因其反向制動(dòng)力矩要小許多，所以在鉆機(jī)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要注意滾筒的旋轉(zhuǎn)方向；活動(dòng)端和固定端的剎車塊磨損不均勻。,盤式剎車,1985年美國(guó)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(guó)開始在鉆機(jī)絞車主剎車使用液壓盤式剎車，并得到越來(lái)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

9、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(guò)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

10、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(lái)放盡通道內(nèi)的水，以防止寒冷氣候時(shí)剎車盤凍裂；正常工作時(shí)，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(gè)彎梁，工作鉗及安全鉗均安裝在其上。通常配備兩個(gè)鉗架，鉗架上下端通過(guò)螺栓分別固定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

11、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(shí)，液壓力推動(dòng)活塞左移動(dòng)，由于鉗缸的浮式放置，活塞與缸體通過(guò)上銷分別推動(dòng)左右鉗臂的上端向外運(yùn)動(dòng)，減少了左右下銷之間的距離，帶動(dòng)剎車塊向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，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(duì)剎車盤實(shí)施制動(dòng)?？梢?jiàn)，開式鉗的剎車力來(lái)

12、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(guò)安裝在左右上銷端部的回位彈簧向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，剎車塊向外運(yùn)動(dòng)與剎車盤脫離接觸，剎車鉗松剎。 開式鉗是有油壓剎車、無(wú)油壓松剎，稱為常開鉗。,閉式鉗,當(dāng)向鉗缸供給壓力油時(shí)，液壓力推動(dòng)活塞右移壓縮碟簧，同時(shí)拉動(dòng)左右鉗臂的上端向內(nèi)運(yùn)動(dòng)加大了左右下銷之間的距離，帶動(dòng)剎車塊向外移動(dòng)，剎車塊與剎車盤脫離接觸，剎車鉗松剎。當(dāng)鉗缸泄油時(shí)，碟簧反彈

13、推動(dòng)活塞左移，左右鉗臂上端向外運(yùn)動(dòng)，減少了左右下銷之間的距離，使剎車塊與剎車盤接觸。此時(shí)，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(lái)源于碟簧的彈簧力。 閉式鉗是有油壓松剎、無(wú)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)構(gòu)較小作為安全保險(xiǎn)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

14、，散熱性好； 整個(gè)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(dòng)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(zhǎng)；比壓分布均勻，摩擦副的壽命較長(zhǎng)；正反向剎車一樣，帶式則差eμa倍；,盤式剎車的優(yōu)缺點(diǎn),剎車時(shí)間短，反應(yīng)靈敏；液動(dòng)控制，操作省力；每個(gè)剎車鉗可獨(dú)立剎止全部鉆桿重量，且有應(yīng)急鉗

15、，剎車的可靠性大大提高；更換剎車易損件迅速；盤式剎車由于比壓較高，摩擦面溫升高，對(duì)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(jì)計(jì)算,制動(dòng)力矩剎車鉗的數(shù)目液壓力的計(jì)算,盤式剎車的設(shè)計(jì)計(jì)算,盤式剎車的設(shè)計(jì)計(jì)算,關(guān)于動(dòng)量與重量的問(wèn)題,當(dāng)汽車開車剎車時(shí)，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(shí)重力與慣性力為一個(gè)方向，所以制動(dòng)時(shí)必須綜合考慮。即ma+mg,作業(yè)題,設(shè)ZJ

16、70D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(wú)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(dòng)時(shí)間為0.5秒，求最大制動(dòng)力矩。 若滾筒制動(dòng)采用盤剎，兩邊各4個(gè)，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。

17、 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(gè)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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，水位調(diào)節(jié)裝置有以下幾種結(jié)構(gòu)：分級(jí)調(diào)節(jié)水位裝置氣控浮筒式水位裝置新

18、型水位自動(dòng)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(guò)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(chǎng)，轉(zhuǎn)子處于此磁場(chǎng)中。當(dāng)轉(zhuǎn)子與絞車滾筒軸一起 旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)勢(shì)，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(lái)的固定

19、磁場(chǎng)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子的不同半徑上產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁力，亦即對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的電磁制動(dòng)力矩。顯然，輸入直流電的電流強(qiáng)度越大，固定磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，所產(chǎn)生的電磁力矩也越大，以此來(lái)平衡不同下鉆載荷的能量。,渦流剎車在工作過(guò)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(duì)冷卻水質(zhì)要求較高，礦物質(zhì)含量要低，一般pH值不超過(guò)7~7.5.渦流剎車與滾筒剎車通常