絞車防打手剎車裝置

高加索,羅 輝,楊本靈,李國宏

(1.南陽二機石油裝備(集團)有限公司,河南南陽473006;2.西安凱諾石油科技有限公司,西安710065;3.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730050)

絞車防打手剎車裝置

高加索1,羅 輝2,楊本靈3,李國宏3

(1.南陽二機石油裝備(集團)有限公司,河南南陽473006;2.西安凱諾石油科技有限公司,西安710065;3.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730050)

分析了盤式剎車和帶式剎車的優缺點,設計防打手剎車裝置用于帶式剎車,解決了帶式剎車安全性能差、自動剎車與手動剎車相互干涉等問題。現場使用證明,該裝置設計合理,制造成本低,使用效果良好,具有推廣應用價值。

剎車裝置;安全性能;設計

1 絞車剎車裝置概述

鉆機、修井機絞車剎車裝置主要有盤式剎車和帶式剎車2種方式。

盤式剎車是近幾年興起的比較先進的剎車方式,集機、電、液技術于一體,極大地減輕了司鉆的勞動強度,為鉆機的自動化控制奠定了基礎,是未來鉆機剎車采用的主要形式[1-2]。盤式剎車的缺點是制造成本高,占用空間大,需要井場供電,不適合在車裝鉆機和修井機上推廣使用。

帶式剎車是傳統的剎車方式,在車裝鉆機和修井機上廣泛應用,是小型作業機的主要剎車方式[3]。帶式剎車系統是一種機械杠桿式剎車機構(如圖1),剎把通過連桿、拐臂、平衡機構使剎帶抱緊剎車轂,利用剎帶與剎車轂之間的摩擦力產生制動力矩制動滾筒,使游車大鉤和鉆具在任意位置上停止[4]。為了在緊急情況下能夠有效剎車,避免剎車失效發生事故,帶式剎車通常配有緊急剎車裝置,即,在剎車軸上通過拐臂安裝1個剎車氣缸,遇到緊急情況司鉆摁下緊急剎車按紐,壓縮空氣推動氣缸實施緊急剎車;防碰閥的剎車防碰功能也是通過剎車氣缸實現的。由于剎把和氣缸都作用在剎車軸上,因此在緊急剎車時剎把同時動作,且速度很快,難免傷害到司鉆,出現人身事故。勞動強度大、安全性能差、存在事故隱患等是帶式剎車的致命弱點。

圖1 絞車滾筒帶式剎車系統

智能防碰裝置(電子防碰裝置)可以有效預防上碰、下砸和超速作業事故,具有接近預警、自動斷離合和自動剎車功能,近年來,隨著作業效率的提高,智能防碰裝置的配備越來越普及。

2 防打手剎車裝置

防打手剎車裝置如圖2。

圖2 防打手剎車裝置

在防打手剎車裝置的剎車軸上安裝1個限扭離合器,利用自動剎車和手動剎車的剎車速度差和產生的剎車扭矩不同,將氣缸剎車和剎把剎車分開,避免相互之間動作的干涉。在限扭離合器兩端連接2根各自獨立的轉動軸,分別與剎把和剎車拉桿相連接,一旦自動剎車啟動,由于瞬間扭矩過大超限,離合器可實現2軸快速自動分離,將剎把和動力端脫開,使剎把不能突然向下轉動。當自動剎車復位時,剎車氣缸迅速復位松開剎車,剎把也不會隨氣缸復位而迅速向上反彈[5]。

防打手剎車裝置通過限扭離合器將自動剎車和手動剎車分離,避免了自動剎車動作和復位時剎把突然轉動對司鉆的傷害。

2.1 限扭離合器

2.1.1 結構

限扭離合器包括剎車柄、主動齒軸、被動齒套、外罩、外圓形齒套、防塵圈、鋼珠、彈簧、螺釘和擺桿,結構如圖3。

2.1.2 工作原理

主動齒軸通過鍵與剎把(剎車柄)連接,被動齒套與外圓形齒套固定連接,擺桿與外圓形齒套通過圓形齒嚙合連接,被動齒套內的螺釘通過彈簧將鋼珠壓在主動齒軸的外圓表面上,近程剎車擺桿與氣缸連接,遠程剎車擺桿與連桿相連,連桿與剎車軸連接,剎車軸上安裝氣缸。

圖3 限扭離合器結構

當主動齒軸按圖3箭頭方向轉動時,主動齒軸齒面壓向被動齒套齒面使被動齒套同向轉動,實現剎把剎車功能;當主動齒軸按箭頭方向反向轉動時,通過圓周上被彈簧壓緊的鋼珠使被動齒套反向轉動,實現松剎功能。當被動齒套按箭頭方向反向轉動時,鋼珠被壓回到孔內,此時主動齒軸不隨被動齒套轉動,既實現了氣缸剎車功能,剎把又不會一起轉動。主動齒軸按箭頭方向轉動時與被動齒套剛性接觸,反向時彈性連接扭矩可調,不影響剎車的可靠性。被動齒套與外圓形齒套為一體,擺桿與外圓形齒套互相嚙合連接,擺桿圓周方向角度可調隨被動齒套轉動,可調節剎把高低和剎車松緊。

限扭離合裝置除了通過彈簧鋼珠傳遞扭矩的方式外,還有通過彈簧銷釘傳遞扭矩、通過磁力傳遞扭矩等其他傳遞方式,無論是哪種扭矩傳遞方式,其工作原理大同小異。

2.1.3 主要技術參數

自動剎車工作扭矩 0.8 kN·m

系統最大承載扭矩 3.9 kN·m

氣缸工作氣壓 0.5～110 MPa

2.2 技術性能

限扭離合器的設計符合車裝鉆機對于滾筒剎車裝置的要求,即剎把的操縱力在大鉤承受最大鉤載且剎死時不應大于300 N;滾筒緊急剎車裝置制動時間不應超過1.5 s[6]。

2.3 特點

a) 結構簡單,外形緊湊,安裝維修拆卸方便。

b) 不改變剎車系統原來的結構,制造安裝成本低,便于推廣應用。

c) 限扭離合器扭矩可以調節,不使用時很容易恢復到原來的狀態,方便選擇。

d) 剎把高低和剎車松緊易調節。

e) 該裝置剎車時為剛性連接,松剎時為彈性連接,剎車可靠。

f) 不影響司鉆的剎車距離及手感,不改變原來的操作習慣。

g) 可完全避免剎把傷害司鉆的安全事故。

h) 該裝置與智能防碰裝置配合使用,可有效避免由于司鉆誤操作造成的上碰、下砸安全事故。

3 現場應用

防打手剎車裝置分別安裝在南陽二機石油裝備(集團)有限公司生產的 XJ135型修井機和 ZJ30/ 1700CZ型車裝鉆機[7]2種典型的作業設備上,歷經3 a現場作業試驗,工作正常。目前,南陽二機石油裝備(集團)有限公司和江漢石油管理局第四石油機械廠生產的帶式剎車作業設備可以全部使用防打手剎車裝置。2007年長慶油田采油廠對在用的近100臺作業機的剎車系統進行改造,安裝防打手剎車裝置后,沒有出現一例剎把傷人事件,取得了良好的安全效果。新疆石油管理局井下作業公司使用防打手剎車裝置30套,玉門油田的在用通井機全部更換為防打手剎車裝置后,也未出現過剎把傷害司鉆的人身安全事故。

4 結論

絞車防打手剎車裝置設計合理,能夠解決自動剎車和手動剎車相互干涉的問題,避免剎把傷害司鉆的人身安全事故,具有推廣應用價值。

[1] 張衛軍,馬廣蛇,張林森,等.鉆機絞車用盤式剎車存在的問題及解決方案[J].石油礦場機械,2006,35(1): 89-90.

[2] 陳如恒.破除舊觀念創造新鉆機[J].石油礦場機械, 2008,37(5):1-9.

[3] 鎖超民.石油鉆井絞車剎車系統的現狀與發展[J].石油礦場機械,2005,34(1):105-106.

[4] 尹永晶.車裝鉆機[M].北京:石油工業出版社,2002: 84-85.

[5] 西安凱諾石油科技有限公司.產品手冊[K].2008.

[6] SY/T6584—2003,車裝鉆機[S].

[7] SY/T6724—2008,石油鉆機和修井機基本配置[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

項目來源:油田鉆修設備專用剎車裝置(專利號 ZL200720031413.1);絞車自動剎車限扭離合裝置(專利號ZL200620079258.6)

高加索(1967-),男,河南唐河人,高級工程師,1990年畢業于西安石油學院(現西安石油大學)機械制造工藝與設計專業,從事鉆采設備的設計制造工作,E-mail:rggjs@126.com。

文章編號:1001-3482(2010)01-0053-04