淺析新型石油鉆機盤剎系統檢測裝置

陳元欣，馬超，劉登

（中國石油寶雞石油機械有限公司鉆機分公司，陜西 寶雞 721000）

在石油鉆機中，自盤式剎車在具體操作上十分省力，具有便捷性，反應速度極為靈敏，因此，工作具備可靠性特征，具有廣泛的應用，代替了已有的帶式剎車。從目前形勢看，部分廠家或者是科研機構，利用容易操控，壽命較長的優勢，對自動送鉆系統進行開發。在石油鉆機中，盤式剎車是十分主要的裝置，是重要的制動工具，在鉆機中發揮著關鍵性作用。假如剎車出現失效的情況，將導致設備出現損壞的現象，更嚴重的是會出現人員傷亡。基于這樣的情況，分析了盤剎系統失效原因，并設計了相關的自動檢測報警裝置，具有一定的現實意義。

1 盤剎失效方式

1.1 剎車塊造成磨損

對于盤剎而言，主要是依靠剎車塊，對剎車盤造成擠壓，出現摩擦力最終發揮剎車作用，因而剎車塊是一種易損件。之所以出現失效形式，是由于過度磨損造成的，導致剎車盤以及剎車塊間存在較大的間隙，減少了剎車塊在剎車盤中作用的發揮，最終摩擦力較低，造成剎車力十分不理想，在這樣的情況，極容易造成事故的出現。對于剎車塊的磨損來講，是一種動態過程，具體而言，是表面膜生成，然后剝落，最后再生的一種過程。在摩擦過程中，會出現氧化磨損、黏著磨損等。如果摩擦溫度十分低，磨損則為磨粒磨損為主，表面膜剝落則呈現出疲勞剝落。反之，溫度較高時，磨損是粘著磨損，表面膜的剝落則是呈現出黏著撕裂。除此之外，在摩擦時，由于有機物會出現碳化以及環化和熱氧化等情況，因此，會加快磨損剎車塊，在摩擦表面層存在一些裂紋，剎車塊出現開裂，導致疲勞磨損。在對剎車塊進行利用過程中，磨損壽命會受到一些因素影響，例如，工作時的溫度，或者是制動盤和剎車塊之間的滑動速度等。在正常情況下，剎車塊磨損量應為固定值，在工作過程中，如果鉗單邊磨損為2mm，應對拉簧拉力進行調整，確保剎車塊及時松剎能夠返回，同時間隙保持適當狀態。作為維護人員，應時常進行檢查。在一定時間范圍內，如果盤剎利用次數較多，或者是剎車距較長，應加大檢查力度。這樣做的目的不僅能夠加大維護人員實際工作量，還能加大維修停工時間，減少損失。鉆井工作具有一定的連續性，在鉆井過程中，是不能隨隨便便就進行停工，會導致兩次檢查間隔較長，剎車塊具有很大的磨損量，最終剎車失效。

1.2 油壓較低

對于盤剎液壓系統中的油壓而言，不僅能夠打開安全鉗，同時也是工作鉗剎車力的主要來源。假如油壓很低，將造成不能及時打開安全鉗，同時還能加快磨損剎車盤，加重絞車負荷。另外，由于工作鉗不能擁有一定的剎車力，造成剎車距離不斷增大，最終引發事故的出現。在油壓低的報警下，可以對一些故障進行判斷，例如，管線刺漏，或者是管線堵塞等。

1.3 液面較低

在系統中，和最低液面相比，液面更低，則會發生溫升、或者是不溶解造成空氣凝聚等。如果電加熱器出現外露的情況，將會造成局部溫度變高，油液分解變質，最終系統發生故障。

1.4 油溫高

液壓油工作溫度是固定的，如果高于最高值數，則油液老化將會加快，同時密封件的實際利用壽命也會縮短。基于這樣的情況，應對油箱中的油液溫度進行監控。油溫如果變高，則代表液壓油遭受到污染，或者是柱塞泵磨損。油溫如果在短時間內一下變高，應馬上停機對其進行檢查。

1.5 液壓站失電

如果液壓站出現失電的現象，液壓泵沒有工作，安全鉗剎車，確保游車沒有下滑。另外，工作鉗受蓄能器作用影響，確保完成打開以及剎車動作。

1.6 硬件原因

對于盤剎控制回路來講，主要是指斷氣、斷電剎車。在電控系統中，當剎車指令發出后，氣路電磁閥會出現斷氣以及換向等動作，對回路斷電進行控制，盤剎電磁閥失電剎車。元器在長久利用下，其可靠性較低，同時壓力開關以及繼電器等，經常會發生黏連這樣的情況。應該斷開時沒有斷開，造成剎車失靈。另外，在液壓系統中，元器當出現故障以后，將會導致工作鉗以及安全鉗其壓力會出現異常的現象。

1.7 軟件設計原因

對于盤剎自動剎車系統，具有較多的控制對象，同時也是一種鉆井工藝。從軟件設計角度講，會出現沒有認真考慮一些環節，導致出現設計缺陷，剎車在一定情況下出現失效的情況。在軟件設計過程中，以下幾種情況是經常容易出現錯誤的，最終給剎車失效留有了安全隱患。具體為以下幾點內容：第一，對于控制系統，絞車擋位和反饋信號，與其互鎖存在著不嚴密的情況，同時擋位信號和反饋存在不一致情況，更嚴重的是會出現反饋信號丟失的現象，盤剎缺乏自動剎車。在這樣的情況下，假如擋位為空擋狀態，絞車電機啟動，同時和盤剎松開條件相吻合，盤剎松開將造成溜鉆的現象。第二，絞車在實際運行過程中，盤剎液壓站電機，如果是斷電停機的情況，盤剎沒有自動剎車。第三，絞車在運行時，盤剎液壓力站液壓系統故障，將會造成系統油壓較低，同時盤剎沒有自動剎車。第四，在控制系統中，如果通訊突然中斷，盤剎不能進行自動剎車。第五，主電機，或者是滾筒編碼器存在故障情況，盤剎也是不能進行自動剎車的。在軟件設計過程中，如果存在以上這些錯誤，剎車失效將會帶來十分嚴峻的后果。

2 盤剎系統自動檢測裝置原理

對盤剎系統失效原因進行綜合分析后，基于失效原因將該裝置進行設計，例如圖1，從總體上講，是由兩部分構成的，一種是傳感器系統，另一種是司鉆房內報警以及顯示裝置等。

圖1

2.1 傳感器系統

（1）剎車塊磨損檢測傳感器。在剎車鉗本體上，將剎車塊磨損檢測傳感器進行安裝，主要是對剎車塊的磨損進行檢測。依據剎車塊單邊磨損厚度，對傳感器以及剎車塊磨損面報警間隙進行有效調整。如果剎車塊磨損厚度和傳感器設定尺寸相吻合，則司鉆警裝置會馬上報警，同時蜂鳴器也會出現警報聲。在這樣的情況下，條件允許時，應對剎車塊以及剎車盤距離進行有效的調整，這樣才能確保和規定尺寸相吻合。另外，應對傳感器以及剎車塊磨損面報警間隙進行良好調整，在這個過程中，如果沒有對剎車塊以及剎車盤距離進行調整，則應按下復位按鈕，關閉蜂鳴器，但指示燈會保持亮的狀態，直至將剎車塊間隙調整好。在這個狀態下，作為操作人員，應時時小心，由于剎車距離會出現增大的可能，在重負荷下會出現剎不死的情況，最終造成事故的出現。另外，對于操作人員，應進行相關的技能培訓，確保其對系統能夠熟練地操作，避免違章操作。針對溜鉆事故，應冷靜處理，及時將盤剎剎車按鈕按下，保證人員設備是安全狀態。依據說明書，對盤剎剎車片磨損情況進行檢查，對盤剎液壓站蓄能器中的氮氣壓力進行檢查，當不足時應及時補充。

而傳感器能夠降低檢查次數，還能發現一些問題，例如，剎車盤以及剎車塊之間的間隙問題等，能夠在真正意義上減少勞動，增強安全性能。

（2）其他傳感器。在裝置中，包含壓力以及液面和溫度傳感器，具體而言，主要是剎車液壓油壓力和液壓油液面以及液壓油溫度等。當液面或者是壓力出現異常情況，司鉆房中的報警裝置，會出現蜂鳴，并且指示燈也會十分亮。給予操作人員提示，使其依據指示情況進行檢查，防止出現重大事故。

2.2 司鉆房中報警以及顯示裝置

在裝置外殼中，以及現場防爆要求進行設計，并和現場實際相吻合。其是由指示燈以及蜂鳴器構成的，發揮自身的報警以及指示功能作用。

3 結語

綜上所述，在該裝置中，將剎車塊磨損量檢測傳感器進行了利用，有效地監控了盤剎系統，真正提升了安全性能。該套設備從結構上看十分簡單，同時維護具有便利性，并且制造成本較低。不僅能夠進行司鉆遠程監控，同時還能實現聲光一體報警。依據防爆標準，進行全面設計制造，最終和現場防爆要求相吻合。