XJ-650型修井機絞車制動系統改進

趙有清

（青海油田井下作業公司，青海芒崖816400）

XJ-650型修井機絞車制動系統改進

趙有清

（青海油田井下作業公司，青海芒崖816400）

簡述了修井機液壓盤式剎車系統的工作原理。指出現有XJ650型修井機的氣控帶式剎車存在的問題。采用液壓盤式剎車系統對該修井機進行技術改造，適應深井、復雜工況井等修井作業要求，并且使施工的勞動強度下降，安全性明顯增強。

修井機；液壓盤式剎車；技術改造

液壓盤式剎車是西方石油公司于20世紀80年研制的新產品之一。使用液壓盤剎裝置取代帶式剎車已成為國外石油鉆機、修井機剎車系統進行技術改造或更新換代的方向。油田在用的XJ650型修井機是江漢石油第四機械廠生產的雙滾筒自走式修井機，它主要由自走式底盤、角傳動箱、滾筒及其剎車系統（帶式）、伸縮式井架、游動系統、發動機及液力傳動系統等組成。發動機功率485 k W（2 100 r／min），配置艾利遜傳動箱，可將動力分別傳遞給底盤的驅動橋或臺上的絞車系統。由于氣控帶式剎車的局限性，使該修井機已不能適應現代修井作業工藝的要求，需要進行技術改造。

1　存在問題及改進思路

隨著油田修井深度的增加以及修井工況的特殊要求，修井機絞車鉤載越來越大，帶式剎車難以提供足夠的制動力矩，不能滿足特殊井的修井作業要求。另外，該修井機經過多年的使用，絞車剎車系統已達到更換剎車鼓的要求。為了更好地挖掘現有修井設備的潛力，節省設備購置資金，將XJ650型修井機的絞車帶式剎車改造為液壓盤式剎車［1-2］，提高設備的作業性能和安全性。

2　盤式剎車簡介及計算

2.1工作原理

液壓盤式剎車是將液壓能轉換成機械能用于絞車滾筒剎車的一種裝置。它由2個裝在滾筒軸端的剎車盤（用來代替2個帶式剎車輪轂）、支架及支架上的2組工作鉗（如圖1）制動組和2組安全鉗制動組、1套液壓站及手動剎車閥等組成。工作鉗組通過杠桿機構將油缸的推力轉換為摩擦塊對于剎車盤兩邊的正壓力，從而產生摩擦力來實現剎車功能。安全鉗組油缸內的彈簧力通過杠桿機構轉換為摩擦塊對于剎車盤兩邊的正壓力，從而產生摩擦力來實現剎車功能，通過對常閉油缸供壓力油而克服彈簧力，解除剎車。

圖1　液壓制動鉗組

2.2轉矩計算

絞車最大制動轉矩計算式為

式中：β為動載系數，取β=2；QY為游動系統起升載荷［3］（最大鉤載的70%），取QY=1 570×0.7= 1 102.5 k N；D2為滾筒纏繩的第2層直徑，取D2= 480+29×2=538 mm；ηY為游車效率系數，取ηY= 0.81；ηT為絞車滾筒拉力系數，取ηT=0.015；Z為有效繩數，取Z=8。

代人數據計算得Mmax=90 k N。

工作鉗總軸向推力為

式中：μ為摩擦因數，取μ=0．4；R為剎車盤有效摩擦半徑，取R=0.75 m。

代入數據計算得F=300 k N，單邊最大正壓力N=80 k N。

工作鉗個數：

因此，應選用4個工作鉗。

2.3主要部件結構

通過以上計算結果確定液壓盤式剎車部件結構（如圖2）及其尺寸，主滾筒左右兩側各安裝有1塊剎車盤，每塊剎車盤上安裝有2個制動鉗，上部為工作鉗，下部為安全鉗。

1） 更換絞車剎車鼓為液壓剎車盤，安裝在絞車滾筒的兩端，通過螺栓與絞車聯接，隨絞車轉動而旋轉，確保剎車盤與絞車連接可靠。

2） 加裝鋼板支架連接盤式制動器支架，將其坐落在修井機大梁上，用來支撐工作鉗組、安全鉗組，并在剎車過程中傳遞反作用力。

3） 配備獨立液壓站，為液壓剎車提供液體壓力。

圖2　液壓盤剎部件結構

3　液壓盤剎的技術參數

液壓系統額定壓力7 MPa

蓄能器公稱容積6.3 L

工作鉗摩擦塊單邊最大正壓力80 k N

安全鉗摩擦塊單邊最大正壓力80 k N

安全鉗彈簧安全工作次數≥2×106次

工作鉗剎車力≥1 200 k N

安全鉗駐車剎車力≥1 000 k N

緊急剎車力≥1 600 k N

4　盤式剎車系統的主要功能

4.1工作制動

工作鉗（如圖3）主要由摩擦塊、閘靴、杠桿總成、支架總成及常開式單作用油缸等組成。工作制動是由剎把控制剎車閥實現的，閥的輸出壓力隨著拉動剎把的角度呈比例變化，剎車閥的輸出壓力從0到最大系統工作壓力。當給油缸輸入壓力油時，產生推力，制動力與油壓成正比例變化關系。當油壓達到一定值時，工作鉗處于全制動狀態。隨著油壓值變小，制動力也隨之降低。當油壓為回油壓力時，在復位彈簧的作用下，通過杠桿使摩擦塊脫離剎車盤，工作鉗處于完全松開狀態。拉動角度增加，剎車力成比例增大，實現工作制動。松開手柄，手柄自行復位，工作制動解除。

圖3　工作鉗

4.2駐車制動

安全鉗主要由摩擦塊、閘靴、杠桿總成、支架總成及常閉式單作用油缸等組成。安全鉗的工作原理與工作鉗相反，駐車制動閥即手動換向閥，拉動手柄，駐車制動閥換向，安全鉗油缸卸壓，安全鉗內彈簧力使安全鉗實現駐車制動。

4.3緊急制動

當用工作鉗和安全鉗同時剎車時，即可實現緊急制動，適用于特殊工況。

5　結論

1） 油田在用的XJ650型修井機采用氣控帶式剎車系統，由于剎車轉矩不足，已不適用于深井、復雜工藝井。采用液壓盤式剎車系統對其進行技術改造，可以挖掘設備的潛力，為油田提高產量提供設備保障。

2） 液壓盤式剎車系統的結構簡單，安全省力，操作方便。

3） 對修井機進行技術改造后，司鉆在駕駛室內操作，工作環境好，同時大幅減輕了司鉆的勞動強度。

4） 摩擦塊的初始厚度為25.4 mm，最小允許厚度為13.4 mm，比同類產品的使用壽命長，減少了更換摩擦塊的次數。

［1］陳金儀，鮑永慶，苗玉坤，等.液壓盤式剎車在修井機中的應用［J］.石油礦場機械，2007，36（5）：90-93.

［2］李連峰，高棟梁，隋秀偉，等.修井機盤式制動器模態分析［J］.石油礦場機械，2011，40（3）：59-62.

［3］青海油田設備管理處.井下設備操作與維護手冊［K］.2012.

Improvement of Brake System of XJ-650 Workover Rig

ZHAO Youqing
（Downhole Service Company，Qinghai Oil Field，Mangya 816400，China）

The working principle of hydraulic disc brake system of the hydraulic disc brake system is described in this paper.The problem of the existence of the pneumatic control belt brake for the XJ650 type of the well is put forward.The hydraulic disc brake system of the workover rig is adapted for technological reformation，which is suitable for workover operation in deep and complex well conditions，and the construction of the labor intensity is decreased，security is obviously enhanced.

workover rig；hydraulic disc brake；technical reform

TE935

B

10.3969／j.issn.10013482.2015.11.021

1001-3482（2015）11-0082-03

2015-05-12

趙有清（198），男，青海平安人，工程師，主要從事石油機械裝備研究，Email：zhaoyouqing110＠163.com。

2015-05-20

秦宏生（1979），男，河南唐河人，2003年畢業于蘭州理工大學機械設計制造及其自動化專業，現從事石油機械的設計與研發工作。