绞车防打手刹车装置

高加索,罗 辉,杨本灵,李国宏

(1.南阳二机石油装备(集团)有限公司,河南南阳473006;2.西安凯诺石油科技有限公司,西安710065;3.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,兰州730050)

绞车防打手刹车装置

高加索1,罗 辉2,杨本灵3,李国宏3

(1.南阳二机石油装备(集团)有限公司,河南南阳473006;2.西安凯诺石油科技有限公司,西安710065;3.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,兰州730050)

分析了盘式刹车和带式刹车的优缺点,设计防打手刹车装置用于带式刹车,解决了带式刹车安全性能差、自动刹车与手动刹车相互干涉等问题。现场使用证明,该装置设计合理,制造成本低,使用效果良好,具有推广应用价值。

刹车装置;安全性能;设计

1 绞车刹车装置概述

钻机、修井机绞车刹车装置主要有盘式刹车和带式刹车2种方式。

盘式刹车是近几年兴起的比较先进的刹车方式,集机、电、液技术于一体,极大地减轻了司钻的劳动强度,为钻机的自动化控制奠定了基础,是未来钻机刹车采用的主要形式[1-2]。盘式刹车的缺点是制造成本高,占用空间大,需要井场供电,不适合在车装钻机和修井机上推广使用。

带式刹车是传统的刹车方式,在车装钻机和修井机上广泛应用,是小型作业机的主要刹车方式[3]。带式刹车系统是一种机械杠杆式刹车机构(如图1),刹把通过连杆、拐臂、平衡机构使刹带抱紧刹车毂,利用刹带与刹车毂之间的摩擦力产生制动力矩制动滚筒,使游车大钩和钻具在任意位置上停止[4]。为了在紧急情况下能够有效刹车,避免刹车失效发生事故,带式刹车通常配有紧急刹车装置,即,在刹车轴上通过拐臂安装1个刹车气缸,遇到紧急情况司钻摁下紧急刹车按纽,压缩空气推动气缸实施紧急刹车;防碰阀的刹车防碰功能也是通过刹车气缸实现的。由于刹把和气缸都作用在刹车轴上,因此在紧急刹车时刹把同时动作,且速度很快,难免伤害到司钻,出现人身事故。劳动强度大、安全性能差、存在事故隐患等是带式刹车的致命弱点。

图1 绞车滚筒带式刹车系统

智能防碰装置(电子防碰装置)可以有效预防上碰、下砸和超速作业事故,具有接近预警、自动断离合和自动刹车功能,近年来,随着作业效率的提高,智能防碰装置的配备越来越普及。

2 防打手刹车装置

防打手刹车装置如图2。

图2 防打手刹车装置

在防打手刹车装置的刹车轴上安装1个限扭离合器,利用自动刹车和手动刹车的刹车速度差和产生的刹车扭矩不同,将气缸刹车和刹把刹车分开,避免相互之间动作的干涉。在限扭离合器两端连接2根各自独立的转动轴,分别与刹把和刹车拉杆相连接,一旦自动刹车启动,由于瞬间扭矩过大超限,离合器可实现2轴快速自动分离,将刹把和动力端脱开,使刹把不能突然向下转动。当自动刹车复位时,刹车气缸迅速复位松开刹车,刹把也不会随气缸复位而迅速向上反弹[5]。

防打手刹车装置通过限扭离合器将自动刹车和手动刹车分离,避免了自动刹车动作和复位时刹把突然转动对司钻的伤害。

2.1 限扭离合器

2.1.1 结构

限扭离合器包括刹车柄、主动齿轴、被动齿套、外罩、外圆形齿套、防尘圈、钢珠、弹簧、螺钉和摆杆,结构如图3。

2.1.2 工作原理

主动齿轴通过键与刹把(刹车柄)连接,被动齿套与外圆形齿套固定连接,摆杆与外圆形齿套通过圆形齿啮合连接,被动齿套内的螺钉通过弹簧将钢珠压在主动齿轴的外圆表面上,近程刹车摆杆与气缸连接,远程刹车摆杆与连杆相连,连杆与刹车轴连接,刹车轴上安装气缸。

图3 限扭离合器结构

当主动齿轴按图3箭头方向转动时,主动齿轴齿面压向被动齿套齿面使被动齿套同向转动,实现刹把刹车功能;当主动齿轴按箭头方向反向转动时,通过圆周上被弹簧压紧的钢珠使被动齿套反向转动,实现松刹功能。当被动齿套按箭头方向反向转动时,钢珠被压回到孔内,此时主动齿轴不随被动齿套转动,既实现了气缸刹车功能,刹把又不会一起转动。主动齿轴按箭头方向转动时与被动齿套刚性接触,反向时弹性连接扭矩可调,不影响刹车的可靠性。被动齿套与外圆形齿套为一体,摆杆与外圆形齿套互相啮合连接,摆杆圆周方向角度可调随被动齿套转动,可调节刹把高低和刹车松紧。

限扭离合装置除了通过弹簧钢珠传递扭矩的方式外,还有通过弹簧销钉传递扭矩、通过磁力传递扭矩等其他传递方式,无论是哪种扭矩传递方式,其工作原理大同小异。

2.1.3 主要技术参数

自动刹车工作扭矩 0.8 kN·m

系统最大承载扭矩 3.9 kN·m

气缸工作气压 0.5～110 MPa

2.2 技术性能

限扭离合器的设计符合车装钻机对于滚筒刹车装置的要求,即刹把的操纵力在大钩承受最大钩载且刹死时不应大于300 N;滚筒紧急刹车装置制动时间不应超过1.5 s[6]。

2.3 特点

a) 结构简单,外形紧凑,安装维修拆卸方便。

b) 不改变刹车系统原来的结构,制造安装成本低,便于推广应用。

c) 限扭离合器扭矩可以调节,不使用时很容易恢复到原来的状态,方便选择。

d) 刹把高低和刹车松紧易调节。

e) 该装置刹车时为刚性连接,松刹时为弹性连接,刹车可靠。

f) 不影响司钻的刹车距离及手感,不改变原来的操作习惯。

g) 可完全避免刹把伤害司钻的安全事故。

h) 该装置与智能防碰装置配合使用,可有效避免由于司钻误操作造成的上碰、下砸安全事故。

3 现场应用

防打手刹车装置分别安装在南阳二机石油装备(集团)有限公司生产的 XJ135型修井机和 ZJ30/ 1700CZ型车装钻机[7]2种典型的作业设备上,历经3 a现场作业试验,工作正常。目前,南阳二机石油装备(集团)有限公司和江汉石油管理局第四石油机械厂生产的带式刹车作业设备可以全部使用防打手刹车装置。2007年长庆油田采油厂对在用的近100台作业机的刹车系统进行改造,安装防打手刹车装置后,没有出现一例刹把伤人事件,取得了良好的安全效果。新疆石油管理局井下作业公司使用防打手刹车装置30套,玉门油田的在用通井机全部更换为防打手刹车装置后,也未出现过刹把伤害司钻的人身安全事故。

4 结论

绞车防打手刹车装置设计合理,能够解决自动刹车和手动刹车相互干涉的问题,避免刹把伤害司钻的人身安全事故,具有推广应用价值。

[1] 张卫军,马广蛇,张林森,等.钻机绞车用盘式刹车存在的问题及解决方案[J].石油矿场机械,2006,35(1): 89-90.

[2] 陈如恒.破除旧观念创造新钻机[J].石油矿场机械, 2008,37(5):1-9.

[3] 锁超民.石油钻井绞车刹车系统的现状与发展[J].石油矿场机械,2005,34(1):105-106.

[4] 尹永晶.车装钻机[M].北京:石油工业出版社,2002: 84-85.

[5] 西安凯诺石油科技有限公司.产品手册[K].2008.

[6] SY/T6584—2003,车装钻机[S].

[7] SY/T6724—2008,石油钻机和修井机基本配置[S].

Design on Anti-interference Device for Brakes

GAO Jia-suo1,LUO Hui2,YANGBen-ling3,LI Guo-hong3
(1.RG Petro-Machinery(Group)Co.,Ltd.,N anyang473006,China;2.Xi’an Keyneo Petroleum Technology Co.,Ltd.,Xi’an710065,China;3.L anpec Technologies Limited,L anzhou730050,China)

A novel design on an anti-interference brake device is presented.By analyzing some advantages and disadvantages of disc brake and band brake,for a purpose of overcoming a poor condition of the band brake safety performance and of solving the mutual interference of automatic brake and manual brake and finally of realizing a non-injury working condition,an anti-interference brake device was developed.It has been testified that this novel design has very valuable availability due to its proper structure and low cost.

braking device;safety performance;design

1001-3482(2010)01-0060-03

TE923.03

B

2009-08-19

项目来源:油田钻修设备专用刹车装置(专利号 ZL200720031413.1);绞车自动刹车限扭离合装置(专利号ZL200620079258.6)

高加索(1967-),男,河南唐河人,高级工程师,1990年毕业于西安石油学院(现西安石油大学)机械制造工艺与设计专业,从事钻采设备的设计制造工作,E-mail:rggjs@126.com。

文章编号:1001-3482(2010)01-0053-04