石油工程機裝備第五章起升系統(tǒng)工作原理與設(shè)備

1、第五章第五章 起升系統(tǒng)工作原理與設(shè)備起升系統(tǒng)工作原理與設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 剎車機構(gòu)特性剎車機構(gòu)特性 絞車有主、輔剎車。絞車有主、輔剎車。 一、剎車功用與使用要求一、剎車功用與使用要求 1. 1. 功用功用剎慢或剎住滾筒，控制放速，懸持鉆具；剎慢或剎住滾筒，控制放速，懸持鉆具；調(diào)節(jié)鉆壓，送進(jìn)鉆具。調(diào)節(jié)鉆壓，送進(jìn)鉆具。 2. 2. 要求：，省力，壽命長。要求：，省力，壽命長。 二、結(jié)構(gòu)與原理二、結(jié)構(gòu)與原理 1. 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)以單杠桿剎車機構(gòu)為例。以單杠桿剎車機構(gòu)為例。由剎把由剎把4 4；傳動杠桿（或稱剎車曲軸；傳動杠桿（或稱剎車曲軸3 3）；剎帶）；剎帶1 1；剎鼓；剎鼓2 2；平衡梁平衡梁6 6

2、和調(diào)整螺釘和調(diào)整螺釘7 7；氣剎車等組成。；氣剎車等組成。 2.2.作用原理作用原理 剎車時，操作剎剎車時，操作剎把把4 4轉(zhuǎn)動傳動杠桿轉(zhuǎn)動傳動杠桿3 3，通過曲拐拉拽剎帶通過曲拐拉拽剎帶1 1活動端抱住剎車鼓?；顒佣吮ёx車鼓。 扭動剎把手柄可扭動剎把手柄可控制司鉆閥控制司鉆閥5 5啟動氣啟動氣剎車。氣剎車起省剎車。氣剎車起省力作用。力作用。 平衡梁：均衡左、右剎帶受力。平衡梁：均衡左、右剎帶受力。當(dāng)剎塊磨損時，用螺釘當(dāng)剎塊磨損時，用螺釘7 7調(diào)整間隙。調(diào)整間隙。剎帶剎帶1 1不工作時，用彈簧拉起；不工作時，用彈簧拉起；剎車塊則鉚在鋼帶上。剎車塊則鉚在鋼帶上。 3. 3. 氣剎車與防碰天車氣

3、剎車與防碰天車氣剎車：減輕司鉆的負(fù)載氣剎車：減輕司鉆的負(fù)載（旋轉(zhuǎn)剎把氣缸拉剎帶活端）。（旋轉(zhuǎn)剎把氣缸拉剎帶活端）。防碰天車：游車超高使氣缸剎車。防碰天車：游車超高使氣缸剎車。 防碰天車防碰天車控制鋼繩控制鋼繩重垂重垂三、剎帶兩端的拉力三、剎帶兩端的拉力 剎帶包角為剎帶包角為 ，摩擦，摩擦系數(shù)為系數(shù)為 ，剎帶死端拉，剎帶死端拉力力 ，活端拉力，活端拉力力按歐拉公式計算力按歐拉公式計算: 制動力制動力 ： 設(shè)設(shè) 為剎車鼓半徑，為剎車鼓半徑， 制動力矩制動力矩： 根據(jù)下鉆鉤載算出根據(jù)下鉆鉤載算出 ， 和和 作為剎車機構(gòu)作為剎車機構(gòu)的設(shè)計依據(jù)。的設(shè)計依據(jù)。 TtteT bF) 1(ettTFbbRbb

4、bbRetRFM) 1(maxbFtT壓力分布壓力分布規(guī)律曲線規(guī)律曲線切向力平切向力平衡方程衡方程死端死端活端活端 四、剎車杠桿工作分析四、剎車杠桿工作分析1.1.單杠桿剎車機構(gòu)單杠桿剎車機構(gòu)活端拉力活端拉力t t，剎把長，剎把長 , ,曲拐臂長曲拐臂長r r，傳動效率傳動效率 ： 剎把力剎把力： 增力倍數(shù)：增力倍數(shù)： 或或 的大小取決于的大小取決于 與與r r的比值。的比值。 與與 也隨也隨 變化，變化， 和和 是定值是定值。 剎把的最佳傾角剎把的最佳傾角 45453030。單杠桿用于輕、中型鉆機上。單杠桿用于輕、中型鉆機上。雙杠桿用于重、超重型鉆機上。雙杠桿用于重、超重型鉆機上。 lPrt

5、lP)sin(coscos)sin(lrtP)sin(cosrlPtiPlii單杠桿剎車機構(gòu)圖單杠桿剎車機構(gòu)圖 t t活端力活端力剎把角剎把角結(jié)構(gòu)角結(jié)構(gòu)角 2 2雙杠桿剎車機構(gòu)雙杠桿剎車機構(gòu)兩套單杠桿組成。兩套單杠桿組成。設(shè)設(shè) 為剎把力為剎把力， 為剎帶活端拉力，為剎帶活端拉力， 為連桿上的拉力，為連桿上的拉力， 、 分別為二軸至連桿的垂直距離（虛線所示）。分別為二軸至連桿的垂直距離（虛線所示）。力矩關(guān)系：力矩關(guān)系：（P P力對軸力對軸1 1的矩）的矩） （F F中間連桿對軸中間連桿對軸1 1的矩）的矩） （t t 力對軸力對軸2 2的矩）（的矩）（F F對軸對軸2 2的矩）的矩）增力倍數(shù)：增

6、力倍數(shù)： PtFmnFmlPcosFnRt3coscoscos3mnRlPti雙杠桿車機構(gòu)圖雙杠桿車機構(gòu)圖增力倍數(shù)：單杠桿增力倍數(shù)：單杠桿 ；雙杠桿；雙杠桿 8080。確保確保 45453030時，時， =40=4025kgf25kgf，剎車就，剎車就比較省力。比較省力。 3. 3. 帶剎的優(yōu)點帶剎的優(yōu)點（1 1）制動力矩隨）制動力矩隨 增大，能滿足重載需要。增大，能滿足重載需要。（2 2）雙杠桿省力、安全。）雙杠桿省力、安全。（3 3）簡單，方便。）簡單，方便。4. 4. 帶剎缺點帶剎缺點（1 1）滾筒軸受一彎曲力，值為）滾筒軸受一彎曲力，值為 、 的向量的向量和。和。（2 2）只能單向制動

7、。）只能單向制動。（3 3）活端和死端的剎塊磨損不一致。）活端和死端的剎塊磨損不一致。 Tt48iiP 五、盤式剎車五、盤式剎車 19851985年美國年美國GHGH、NSCONSCO、EMSCOEMSCO三家公司開始將盤三家公司開始將盤式剎車用于鉆機絞車。式剎車用于鉆機絞車。我國我國9090年開始在修井機年開始在修井機上改裝盤式剎車，上改裝盤式剎車，9595年年勝利機械廠生產(chǎn)的鉆機勝利機械廠生產(chǎn)的鉆機已采用盤式剎車。已采用盤式剎車。1. 1. 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成包括：剎車盤（滾筒兩包括：剎車盤（滾筒兩側(cè)）、剎車液缸、剎車側(cè)）、剎車液缸、剎車鉗（或剎車杠桿）、剎鉗（或剎車杠桿）、剎車塊、液控系統(tǒng)

8、等。車塊、液控系統(tǒng)等。剎車液缸剎車液缸液壓盤式剎車機構(gòu)液壓盤式剎車機構(gòu)主要包括：工作鉗、安全鉗、剎車盤和鉗架，根據(jù)用戶需要，主要包括：工作鉗、安全鉗、剎車盤和鉗架，根據(jù)用戶需要，執(zhí)行機構(gòu)可以布置在絞車滾筒的一端或兩端。執(zhí)行機構(gòu)可以布置在絞車滾筒的一端或兩端。 通過工作鉗和安全鉗不同型號和不同數(shù)量的配置，如通過工作鉗和安全鉗不同型號和不同數(shù)量的配置，如1+11+1；2+12+1；2+22+2；3+13+1等，可以適用于等，可以適用于ZJ70, ZJ50, ZJ40ZJ70, ZJ50, ZJ40等不同型號、不同等不同型號、不同類型的鉆機、修井機及通井機。類型的鉆機、修井機及通井機。 液壓盤式液壓

9、盤式剎車機構(gòu)剎車機構(gòu)主剎車鉗主剎車鉗應(yīng)急剎車鉗應(yīng)急剎車鉗 2. 2. 剎車鉗類型剎車鉗類型全套剎車包括：工作鉗（全套剎車包括：工作鉗（下鉆及鉆進(jìn)用）；應(yīng)急鉗下鉆及鉆進(jìn)用）；應(yīng)急鉗（安全鉗）。（安全鉗）。 杠桿鉗。液缸在剎車杠桿鉗。液缸在剎車盤外緣，雙活塞反向動作。盤外緣，雙活塞反向動作。 固定鉗。兩個液缸對固定鉗。兩個液缸對置于剎車盤外側(cè)，活塞直置于剎車盤外側(cè)，活塞直接對剎塊加壓。接對剎塊加壓。3.3.工作方式工作方式常開式：液壓加壓剎車；常開式：液壓加壓剎車；常閉式：用彈簧加壓剎車，常閉式：用彈簧加壓剎車，用液壓松剎。用液壓松剎。常閉式常閉式常開式常開式杠桿鉗杠桿鉗固定鉗固定鉗 工作鉗工作鉗

10、 工作鉗采用常開式單作用油缸給油工作鉗采用常開式單作用油缸給油剎車、杠桿原理傳力、彈簧復(fù)位的工剎車、杠桿原理傳力、彈簧復(fù)位的工作原理。工作鉗的壓力通過司鉆操作作原理。工作鉗的壓力通過司鉆操作剎把進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，以剎住不同的鉤剎把進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，以剎住不同的鉤載。載。 工作鉗參與工作制動和緊急制動。工作鉗參與工作制動和緊急制動。 安全鉗安全鉗 安全鉗采用常閉式單作用油缸給油安全鉗采用常閉式單作用油缸給油松剎、杠桿原理傳力的工作原理，與松剎、杠桿原理傳力的工作原理，與工作鉗形成安全互鎖。工作鉗形成安全互鎖。 安全鉗參與駐車制動和緊急制動。安全鉗參與駐車制動和緊急制動。 剎車盤剎車盤 剎車盤是剎車系統(tǒng)的

11、核心部剎車盤是剎車系統(tǒng)的核心部件之一，與剎車塊組成剎車副。件之一，與剎車塊組成剎車副。按結(jié)構(gòu)形式分為：水冷式、風(fēng)按結(jié)構(gòu)形式分為：水冷式、風(fēng)冷式和實心剎車盤三種。冷式和實心剎車盤三種。 剎車塊剎車塊無石棉設(shè)計，硬度低，磨損小無石棉設(shè)計，硬度低，磨損小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，不刮傷剎車盤，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，不刮傷剎車盤 用非金屬底板替代傳統(tǒng)的金屬用非金屬底板替代傳統(tǒng)的金屬底板底板, ,底板與摩擦材料結(jié)合為一底板與摩擦材料結(jié)合為一體，很好地解決了易斷裂、質(zhì)量體，很好地解決了易斷裂、質(zhì)量重的缺點。重的缺點。 勝利鉆機機械廠生產(chǎn)勝利鉆機機械廠生產(chǎn)的的 型鉆機型鉆機上，上，JC32JC32絞車為盤式絞車為盤式剎車（圖

12、剎車（圖6-376-37）。）。該剎車鉗屬于常閉式該剎車鉗屬于常閉式。132SLZJ用于安全鉗用于安全鉗4. 4. 單鉗制動力矩單鉗制動力矩式中式中 塊的正壓力，塊的正壓力， ； 有效摩擦半徑，有效摩擦半徑， ； 摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)。 設(shè)設(shè) 為單塊單位壓力，為單塊單位壓力，則單塊摩擦力矩則單塊摩擦力矩: 單鉗的制動力矩單鉗的制動力矩:edNRM2NNeRmpdrdpRRMr222112 edNRRRRRRRNM2212sin3222122121 為微弧長；為微弧長； 為微面積為微面積。dr drdr5. 5. 優(yōu)點（盤式剎車與帶式剎車相比）優(yōu)點（盤式剎車與帶式剎車相比） 剎車盤散熱性好剎車盤散

13、熱性好【有有1/10 1/10 盤面摩擦發(fā)熱盤面摩擦發(fā)熱】； 剎車塊的吃水穩(wěn)定性好剎車塊的吃水穩(wěn)定性好（由于比壓大和離心作用不易存水和油污物）；（由于比壓大和離心作用不易存水和油污物）； 比壓分布均勻，摩擦副的壽命較長；比壓分布均勻，摩擦副的壽命較長； 雙向制動（帶式單向）；雙向制動（帶式單向）； 操作省力；操作省力； 有應(yīng)急鉗，剎車可靠；有應(yīng)急鉗，剎車可靠； 6.6.盤剎缺點：盤剎缺點： 比壓比帶式大二倍，摩擦表面溫度高，對剎塊材料要求比壓比帶式大二倍，摩擦表面溫度高，對剎塊材料要求高。高。汽車盤式剎車汽車盤式剎車第四節(jié)第四節(jié) 輔助剎車輔助剎車 與滾筒軸相聯(lián)，下鉆與滾筒軸相聯(lián)，下鉆時起作用。

14、時起作用。一一、水剎車、水剎車 1.1. 作用作用下鉆時剎慢滾筒，保持下鉆時剎慢滾筒，保持鉆具均速下放。鉆具均速下放。2.2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子、各自之上定子、轉(zhuǎn)子、各自之上有葉片，結(jié)構(gòu)圖參看有葉片，結(jié)構(gòu)圖參看P29P29。定子定子定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子葉片葉片水剎車水剎車絞車絞車剎把剎把水剎車水剎車 3. 3. 作用原理作用原理 下鉆時，滾筒帶下鉆時，滾筒帶水剎車轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，水剎車轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，運動中傾斜的葉片運動中傾斜的葉片，迎面去切割水渦，迎面去切割水渦流，形成阻力矩。流，形成阻力矩。4 制動力矩制動力矩 ，當(dāng)，當(dāng) 低時低時 很小。很小。水室充滿度反映了剎車能力。水室充滿度反映了剎車能力。5. 5

15、. 制動功率制動功率 式中式中 力矩和功率系數(shù)；力矩和功率系數(shù)； 滾筒轉(zhuǎn)速，滾筒轉(zhuǎn)速，r/minr/min； 水室外徑，水室外徑，m m； 水室水環(huán)內(nèi)徑，當(dāng)水室充水室水環(huán)內(nèi)徑，當(dāng)水室充滿時即水室內(nèi)徑，滿時即水室內(nèi)徑，m m。)(52512DDnMMb2nMbnbM)(52513DDnNNbNM,n1D2D轉(zhuǎn)速與制動力矩關(guān)系曲線轉(zhuǎn)速與制動力矩關(guān)系曲線1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要由左、右定子和轉(zhuǎn)子組成，定子中固嵌線圈。主要由左、右定子和轉(zhuǎn)子組成，定子中固嵌線圈。 二、電磁渦流剎車二、電磁渦流剎車新型輔助剎車。新型輔助剎車。利用電磁感應(yīng)原理利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)制動。實現(xiàn)制動。無損制動，性能好無損制動，性能好

16、，廣泛應(yīng)用。，廣泛應(yīng)用。2.2.原理原理定子通直流，產(chǎn)生定子通直流，產(chǎn)生固定磁場。固定磁場。當(dāng)滾筒帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)當(dāng)滾筒帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦電流。電流。渦流形成旋轉(zhuǎn)磁場渦流形成旋轉(zhuǎn)磁場，與固定磁場作用，與固定磁場作用產(chǎn)生制動力矩。產(chǎn)生制動力矩。電磁渦電磁渦流剎車流剎車電磁渦電磁渦流剎車流剎車電驅(qū)動電驅(qū)動絞車絞車液壓盤式主剎車液壓盤式主剎車3 3特性特性 （M-nM-n曲線曲線） 調(diào)節(jié)線圈的電流可調(diào)節(jié)線圈的電流可改變改變M-nM-n曲線。曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)速低時，仍有當(dāng)轉(zhuǎn)速低時，仍有較大制動力矩。較大制動力矩。 滾筒轉(zhuǎn)速較低時，滾筒轉(zhuǎn)速較低時，M M隨隨n n增加迅速增大，中、增加迅速增

17、大，中、高速段力矩幾乎不變。高速段力矩幾乎不變。圖圖5-25 DS5-25 DS電磁渦流剎車的電磁渦流剎車的M-nM-n特性特性第五節(jié)第五節(jié) 井架井架 一、功用、組成與要求一、功用、組成與要求 1 1功用功用（1 1） 安放天車，懸掛游安放天車，懸掛游車、大鉤及工具。車、大鉤及工具。（2 2） 起下鉆、下套管。起下鉆、下套管。（3 3）存放立根。）存放立根。 2 2結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 圖圖5-265-26所示井架組成。所示井架組成。 （1 1）主體為空間桁架；）主體為空間桁架； （2 2）天車臺，裝天車和天車架；）天車臺，裝天車和天車架； （3 3）天車架，安裝、維修天車之）天車架，安裝、維修天

18、車之用；用； （4 4）二層臺，包括井架工操作的）二層臺，包括井架工操作的臺和存靠立根的指梁；臺和存靠立根的指梁； （5 5）立管平臺，水龍帶操作臺；）立管平臺，水龍帶操作臺； （6 6）工作梯。）工作梯。 3 3鉆井工藝對井架的基本要求鉆井工藝對井架的基本要求 （1 1）足夠的承載能力。）足夠的承載能力。 （2 2）足夠的工作高度、空間、鉆臺面積。）足夠的工作高度、空間、鉆臺面積。 （3 3）拆裝、移運方便。）拆裝、移運方便。 二、整體結(jié)構(gòu)類型二、整體結(jié)構(gòu)類型1. 1. 塔架塔架塔架是四棱錐，截面為正方塔架是四棱錐，截面為正方形。形。分四扇，每扇分若干桁架。分四扇，每扇分若干桁架。主要特征：

19、主要特征：（1 1）封閉結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定）封閉結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定好，承載能力大。好，承載能力大。（2 2）單構(gòu)件連接。）單構(gòu)件連接。（3 3）井架內(nèi)空間大。）井架內(nèi)空間大。（4 4）單件拆裝工作量大，）單件拆裝工作量大，高空作業(yè)，不安全。高空作業(yè)，不安全。國外用四柱腿式塔架。國外用四柱腿式塔架。 塔型井架塔型井架塔型井架塔型井架塔型井架塔型井架2. 2. 前開口井架前開口井架又稱又稱形或形或K K形架，形架，主要特征：主要特征：（1 1）地面組裝，整體起放）地面組裝，整體起放，分段運輸（，分段運輸（4 45 5段）。段）。（2 2）前扇敞開、截面為）前扇敞開、截面為形。形。（3 3）結(jié)構(gòu)不封閉，兩側(cè)

20、結(jié)）結(jié)構(gòu)不封閉，兩側(cè)結(jié)構(gòu)相同。構(gòu)相同。 型井架型井架整體起升井架整體起升井架整體起升井架整體起升井架 3 3A A形井架形井架 主要特征：主要特征： （1 1） 兩大腿通兩大腿通過天車臺、二層臺連過天車臺、二層臺連成成“A”A”字形。字形。 在大腿的前方在大腿的前方或后方有撐桿支承，或后方有撐桿支承，或后方有人字架支承或后方有人字架支承。 （2 2） 地面組裝，地面組裝，整體起放，分段運輸整體起放，分段運輸4 45 5段。段。 （3 3）整體穩(wěn)定性）整體穩(wěn)定性不理想。不理想。 A A形井架形井架A A形井架形井架 4 4桅形井架桅形井架 （1 1）有整體式和伸縮）有整體式和伸縮式兩種。桅架是用

21、液缸式兩種。桅架是用液缸或絞車整體起放?；蚪g車整體起放。 （2 2）桅架向井口方向）桅架向井口方向傾斜，靠繃?yán)K穩(wěn)定。傾斜，靠繃?yán)K穩(wěn)定。 （3 3）桅架簡單、輕便）桅架簡單、輕便、但承載能力小，用于、但承載能力小，用于車裝輕便鉆機和修井機車裝輕便鉆機和修井機。 桅形井架桅形井架繃?yán)K繃?yán)K桅形井架桅形井架繃?yán)K繃?yán)K三、井架基本載荷三、井架基本載荷 1 1恒載恒載 井架的恒載：井架自井架的恒載：井架自重、設(shè)備、工具重。重、設(shè)備、工具重。 2 2最大靜載最大靜載 即最大鉤載。即最大鉤載。 3 3工作繩拉力工作繩拉力快繩和死繩合力快繩和死繩合力。近似計算作用力近似計算作用力ZGQPPs)10(22max游式

22、中 工作繩拉力，工作繩拉力，kNkN； 游繩拉力，游繩拉力，kNkN； 最大鉤載，最大鉤載，kNkN； 游系重量（包括大鉤游系重量（包括大鉤、游車、鋼繩），、游車、鋼繩），kNkN； 有效繩數(shù)有效繩數(shù)。 sPPmaxQ游GZ 4 4風(fēng)載風(fēng)載 風(fēng)是空氣的運動，由動能變?yōu)閴毫δ?。風(fēng)是空氣的運動，由動能變?yōu)閴毫δ堋?風(fēng)壓取決于風(fēng)速、空氣的密度及結(jié)構(gòu)形狀、風(fēng)壓取決于風(fēng)速、空氣的密度及結(jié)構(gòu)形狀、風(fēng)向和面積。風(fēng)向和面積。 風(fēng)載計算式風(fēng)載計算式： 式中式中 風(fēng)載，風(fēng)載，N N； 承風(fēng)面，即垂直于風(fēng)向的井架外廓面承風(fēng)面，即垂直于風(fēng)向的井架外廓面積積， 計算風(fēng)壓，計算風(fēng)壓，PaPa。 WfPWWPf2mWKKKWWg00KKKWWg00式中式中 基本風(fēng)壓，基本風(fēng)壓，PaPa； 工作風(fēng)壓系數(shù)，一般取工作風(fēng)壓系數(shù)，一般取0.30.30.40.4； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)；風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 風(fēng)壓體型系數(shù)（與結(jié)構(gòu)有關(guān)）；風(fēng)壓體型系數(shù)（與結(jié)構(gòu)有關(guān)）； 風(fēng)振系數(shù)。風(fēng)振系數(shù)。 上述各系數(shù)可查閱有關(guān)氣象標(biāo)準(zhǔn)（略）。上述各系數(shù)可查閱有關(guān)