淺析石油鉆機電磁剎車的故障分析與處理

母永松

摘要：電磁剎車作為石油鉆機上的新型輔助剎車近年來得到普及，它利用電磁感應原理進行無磨損制動，具有力矩大、操作維護方便、使用壽命長等特點。本文先簡單介紹了電磁剎車的結構和原理，然后再分析了石油鉆機電磁剎車系統的常見機械故障和電氣故障，并提出了相應的處理方法，對電磁剎車的現場使用提供重要技術支持和安全保障。

關鍵詞：石油鉆機；電磁剎車；剎車故障；故障分析和處理

前言

剎車系統是石油鉆機的一個很重要的部件，電磁剎車在石油鉆機上雖然是作為輔助剎車，但其性能的好壞也關系到油廠的工作效率和生產安全，若剎車系統出現故障，輕者會引起停鉆，給企業造成經濟損失，重者會造成生產事故[1]。目前國內油田普遍使用的鉆機中，除了少數采用變頻傳動鉆機的進口設備外，大都使用電磁剎車作為輔助剎車。但是電磁剎車也是現場使用中經常產生故障的部件之一，影響鉆機的正常使用。本文對石油鉆機電磁剎車系統的常見機械故障和電氣故障進行了詳細的分析，并提出了相應的處理方法，對電磁剎車的現場使用提供重要技術支持和安全保障。

1.基本結構和工作原理

電磁剎車是利用電磁效應實現制動的制動器，一般分為電磁粉末剎車和電磁渦流剎車，這是一種無機械摩擦的剎車，電磁渦流剎車堅固耐用、調速范圍大、維修方便；這種剎車常用于有垂直載荷的機械中，所以常作為鉆機理想的輔助剎車。但電磁渦流剎車低速時效率低、溫升高，必須采取散熱措施。剎車的定子中嵌有勵磁線圈和冷卻水出口，轉子與滾筒連接在一起，轉子在定子磁場中旋轉受到制動，而在轉子體有效層內會產生渦流，產生熱量，通過冷卻水將熱量帶走。

電磁剎車工作原理于發電機類似，都是利用電磁感應的原理，直流電被通入到電磁剎車的左右定子線圈里，產生了恒定的磁場，當電磁剎車的轉子從恒定的磁場通過時，就會切割磁場的磁力線，根據楞次定律，線圈中將產生感應電流，轉子的動能轉化為電能（發電過程），這時操作人員可用控制開關調節電磁剎車勵磁電流的大小，進而靈活地控制剎車的制動轉矩、控制下鉆的速度快慢，這樣不需要使用主剎車就能完成整個下鉆作業[2]。鉆機鉆子的轉速n和電磁渦流剎車的制動力矩M成正比例關系

M=CnB2（N.m） （1）

式中 B---工作間隙的磁感應強度，T；

C---電磁渦流剎車的轉矩系數。

電磁剎車和水剎車相比具有顯著的優點，制動力矩不僅大，而且還可以需要調節大小，電磁剎車甚至可以不需要主剎就能將鉆柱完全剎住。同時制動力矩受鉆速影響很小，因而下鉆作業的安全性更高，剎車帶的使用壽命也得到延長，降低了司鉆人員的勞動強度。不足之處是電磁剎車需要增加一套勵磁設備，設備相對較大，且電磁剎車的價格較高。

2.電磁剎車的主要故障分析

石油鉆機的電磁剎車在使用過程中，由于使用不當，或者質量整飭不齊，常常出現這樣那樣的故障，我們簡單的把電磁剎車常見的故障分為機械故障和電氣故障。

2.1機械故障

由于電磁剎車的機械原因可能導致電磁剎車通電后不動作或剎車失靈、剎車片磨損嚴重甚至燒毀、振動噪聲過大等故障。

2.1.1剎車零部件松動或調整不到位導致剎車故障

如果電磁剎車的零部件松動，或者機械部件調整不到位，造成制動力矩過小，剎車失靈。鐵芯和電磁鐵如果長期處在不規范的拍合過程中，電磁鐵上的銜鐵和鐵芯吸合的接觸面就會形成了一個凹面或斜面，致使銜鐵和鐵芯吸合就不能完全接觸，造成制動瓦不能完全打開。如果制動輪的制動表面不注重維護就會沾有油污，油污會減小制動面的摩擦力，會出現抱不緊閘，溜鉤的現象[3]。

2.1.2剎車零部件損壞導致剎車故障

制動輪長期使用或本身材質不過硬的情況下，制動表面就會摩擦出現一道溝槽，就會減小摩擦片與制動輪的接觸面，制動力矩就會大大降低，導致剎車失靈。電磁剎車的電磁鐵芯上有一個鋼絲做的閉合環，如果閉合環斷裂會造成恒定的電磁場紊亂，影響鐵芯和銜鐵吸合造成剎車失靈。機械部件都有一定的使用時限，電磁剎車的零部件使用一段時間后不可避免的會被磨損和損壞，都會造成剎車故障。電磁剎車中的轉軸生銹或歪斜等原因會導致杠桿系統中機械部分被卡住，影響電磁的剎車開啟和閉合產生剎車故障。

2.2電氣故障

電磁剎車的機械故障往往是剎車有動作帶剎車效果不滿意，電氣故障往往是剎車沒有動作，當然，這只是一個粗略的判斷，電氣故障主要有以下幾個方面：

2.2.1電磁線圈故障

對于電磁線圈故障是指：線圈斷路、線圈短路或燒毀、線圈接線端子接觸不良，等。電磁線圈故障導致的剎車失靈主要表現在以下幾個方面：①電源正常，銜鐵吸合不上。故障原因大多為機械部分卡阻或線圈損壞；②由于線圈接線端子接觸不良而造成得線圈開路；③電源電壓太低，會造成銜鐵吸合不上，線圈回路中的電抗值較會太小，致使電流過大會燒毀電磁線圈。④源電壓與線圈的額定電壓不符會導致線圈發熱嚴重，如果電磁線圈受潮，絕緣就會受到影響或漏磁，就會冒煙，線圈匝間發生短路。

2.2.2磁路故障

磁鐵被油污粘住或者出現剩磁就是磁路故障，使銜鐵不能得到釋放。區分這兩種情況的方法是：把電磁剎車拆開，查看鐵芯端面上有無油污，清除油污后問題還是沒能解決就是剩磁問題。剩磁形成的原因是長期運行將鐵芯兩邊的端面磨損過多，使去磁氣隙消失，剩磁增大，出現剩磁就會在線圈斷電后電磁銜鐵落不下或落下遲緩。

2.2.3電氣控制系統故障

電氣控制系統故障是指在整個控制系統出現了局部失控或全盤失控，這里電氣控制系統包括操作系統。電氣控制系統故障最常見的是電氣零部件損壞、線路短路、短路和電源的過壓、欠壓、缺相。整流失敗也會引起失流造成故障。電氣控制系統方面的故障也會表現為制動力矩降低、過低甚至完全丟失 [4]。

3.電磁剎車的故障處理

3.1機械故障處理

對于電磁剎車未調整好而導致剎車故障，在檢修時安裝規范調整好就行，對于制動輪有油污的，應使用煤油清洗制動輪，電磁鐵和鐵芯磨損的如果磨平不能解決，就只能更換新的電磁鐵。對于電磁剎車機械零件損壞導致制動故障，對損壞部件進行維修、更換即可排除故障。對與卡滯現象應進行拆檢，清洗轉軸及支承桿，必要時調換配件。如果是由于孔或銷軸磨損造成的，只要重新加工銜鐵上的銷軸孔，再配上合適的銷軸，即可排除故障。

3.2電氣故障處理

想排除電氣故障，萬用表一定必不可少。使用萬用表判斷哪里短路、斷路，零部件損壞及電壓問題等。如果是電壓原因造成的線圈故障，檢修時可調整電壓至正常值，烘干線圈使線圈發熱去潮，對于電磁鐵有剩磁的故障，可以采用高溫退磁的方法。針對相應問題調整修理或者更換零部件。

4.結論

由于電磁剎車使用簡便、無摩擦、維護工作量小，即使低速時仍有較大制動轉矩，成為了石油鉆機理想的輔助剎車。電磁剎車作為輔助剎車，嚴禁長時間使用，平時要加強對當電磁剎車機械部件的保養[5]。我們對石油鉆機電磁剎車常見故障進行分析和處理，扎實了業務水平，節約了維修成本，提高了工作效率，更有利于電磁剎車的推廣的更新改進。

參考文獻：

[1]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.

[2]李強，楊迪生，楊繼國.新型石油鉆機電磁剎車電源原理及應用[J].石油礦場機械，2001， 31（1）： 13～15.

[2]吳報發，葉鵬候，樹林.電磁制動器故障分析及處理方法[J].四川水利發電，2008（1）.

[4]周驥，邊倩，李小梅，王建軍.電磁渦流剎車電氣控制系統常見故障分析[J].石油儀器，2009.23（4）：89～91.

[5]杜紅峰.電磁剎車常見故障分析[J].中國石油和化工標準與質量，2012（3）：227.