液壓盤式剎車裝置故障自動檢測剎車液壓回路

楊艷， 祝賀.2， 肖虎， 李曉康， 劉宏亮.2， 徐斌榮

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞 721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西寶雞 721002）

0 引言

液壓盤式剎車裝置為機、電、液一體化產品，它是絞車的重要部件。液壓盤式剎車裝置由液壓站、操作臺、制動執行機構及管路部分組成。液壓站是動力源，為執行機構提供必需的液壓動力；執行機構是剎車制動的執行部分，包括常開式工作鉗和常閉式安全鉗、鉗架、剎車盤等；操作臺是執行機構的控制中心，它通過電信號控制液壓站中的電磁閥組，對制動執行機構的動作進行控制。目前鉆機的盤剎裝置均采用常開和常閉雙剎車機構的液壓剎車機構，且大多液壓回路將常開和常閉雙剎車機構分開單獨設置，當遇到斷電、電動機故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動機與泵的聯軸器損壞等情況時，液壓盤式剎車的液壓系統逐步失去壓力，其工作剎車（常開）的功能逐步喪失，由于現場需操作人員高度關注井口設備、人員的工作情況，且鉆機的噪聲很大，操作人員很難發現該故障，安全剎車（常閉）沒有參與剎車，這就造成了多起鉆具掉落的重大事故發生。

我公司研發的液壓盤式剎車裝置故障自動檢測剎車液壓回路適應于具有常開和常閉雙剎車機構的液壓剎車機構，特別適應于各類及各種型號的石油鉆機的液壓盤式剎車裝置。該回路由電動機液壓泵總成、手動伺服剎車閥、梭閥、工作鉗（常開）、壓力表、常閉鉗、常閉剎車閥、緊急剎車閥、壓力傳感器、管路總成等組成。該回路的應用，實現了液壓盤式剎車裝置出現斷電、電動機故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動機與泵的聯軸器損壞等情況，液壓盤式剎車的液壓系統逐步失去壓力情況下，剎車裝置自動剎車，其避免了鉆具掉落的重大事故發生[1-7]。

1 液壓盤式剎車裝置故障自動檢測剎車液壓回路研究

1.1 功能簡介

通過操作剎車閥的控制手柄，調節工作鉗對制動盤的正壓力，從而為主機提供大小可調的剎車力矩，滿足送鉆、起下鉆等不同工況的要求。遇到緊急情況或停機及司鉆離開操作位置時，按下紅色緊急制動按鈕，工作鉗、安全鉗全部參與制動，實現緊急剎車。當大鉤提升重物上升到某高度應該實現制動的位置，由于操作失誤或其它原因，未實施制動時，過卷閥或防碰閥會動作并發出信號，工作鉗和安全鉗全部參與剎車，實施緊急制動，避免碰撞天車事故發生。

若設備運行過程中，出現以下幾種突發狀況，此剎車液壓回路均可起到重要作用。

1）液壓盤式剎車斷電后，電動機液壓泵總成停止工作，繼續操作剎車裝置工作，液壓系統壓力降低后該回路可保證裝置自動剎車。

2）電動機故障，如電動機電路線路短路、缺相、軸承損壞等使電動機停轉致泵不工作，繼續操作剎車裝置工作，液壓系統壓力降低后該回路可保證裝置自動剎車。

3）液壓泵故障，如泵磨損、泄漏、燒死等使液壓泵不能給系統提供液壓油或規定數據的壓力、流量的液壓油，則繼續操作剎車裝置工作，液壓系統壓力降低后該回路可保證裝置自動剎車。

4）液壓管線或接頭損壞，如液壓管線爆裂、砸裂、斷裂及接頭損壞致液壓油外排，使液壓系統壓力降低，該回路可保證裝置自動剎車。

5）電動機與泵的聯軸器損壞致液壓泵停止工作，繼續操作剎車裝置工作，液壓系統壓力降低后該回路可保證裝置自動剎車。

1.2 工作原理

制動執行機構主要包括工作鉗、安全鉗、剎車盤和鉗架（支座），其結構及布置如圖1所示[8-12]。

圖1 制動執行機構圖

當給油缸輸入壓力油時，產生推力推動油缸活塞桿伸出，通過連桿、銷軸、閘靴、使剎車塊接觸剎車盤，通過拉桿將推力F傳遞到剎車塊端，從而作用于剎車盤，產生正壓力。在正壓力的作用下產生摩擦力，即制動力。制動力與油壓為正比例變化關系，當油壓為零時，在復位蝶簧的作用下，活塞回到原始位置，使剎車塊脫離剎車盤，工作鉗處于完全打開狀態，如圖2所示。

圖2 工作鉗

安全鉗的工作原理與工作鉗相反。當給油缸輸入額定工作壓力油時，油壓產生的力克服碟簧彈力壓縮碟簧，油缸活塞桿縮回，通過連桿、銷軸、閘靴使剎車塊脫離剎車盤，實現松剎。當放油時，油壓為零時，蝶簧的彈力作用于活塞的端面，油缸活塞桿伸出，通過連桿、銷軸、閘靴使剎車塊接觸剎車盤，彈力傳遞到剎車塊端，從而作用于剎車盤，產生制動力，實現剎車，如圖3所示。

液壓盤式剎車裝置故障自動檢測剎車液壓回路工作原理如下，具體原理如圖4所示[13-15]。

圖3 安全鉗

圖4 自動檢測剎車液壓回路結構圖

在工作時，啟動電動機液壓泵總成1的電動機，液壓泵工作，通過管路總成10、手動伺服剎車閥2和常閉剎車閥7供油，通過手動伺服剎車閥2和工作鉗（常開）4剎車，工作鉗（常開）4剎車的剎車力的大小與液壓系統的壓力大小成正比，液壓缸的活塞面積乘以系統壓力等于作用力。同時操作常閉剎車閥7使常閉鉗6的液壓缸充油升壓，壓縮缸內的蝶形彈簧，打開剎車鉗，釋放絞車剎車盤。下放鉆具時，絞車剎車盤是否轉動及轉動的快慢均由操作者掌握的手動伺服剎車閥2的開度大小而定。而當出現斷電、電動機故障、液壓泵故障、液壓管線或接頭損壞、電動機與泵的聯軸器損壞等情況，液壓盤式剎車的液壓系統逐步失去壓力情況時，隨著液壓系統壓力

逐步下降，常閉鉗6的液壓缸油壓隨之下降，缸內的蝶形彈簧壓縮量減少，液壓缸的活塞桿伸出，剎車塊貼緊剎車盤，剎車鉗的剎車力隨之逐步上升，直至剎死絞車剎車盤。這就可完全避免鉆具掉落的重大事故發生。

2 結論

本文研發了一種液壓盤式剎車裝置故障自動檢測剎車液壓回路，優化了液壓盤式剎車裝置液壓系統的設計、制造，并實現高效、安全的剎車功能，完全避免鉆具掉落的重大事故發生，對石油鉆井的安全進行起到重要作用。

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（責任編輯 張立明）