[工学]钻机刹车装置.ppt

8.4 刹车装置 钻井绞车的刹车包括主刹车和辅助刹车。 主刹车是机械式的，主要采用带刹车，即通常所说的刹车机构。 盘式刹车以良好的性能正逐渐为钻井绞车所接受。由于带式刹车结构简单，使用方便，因而今后相当长的时间内完全有可能是带刹车和盘式刹车并存。 机械刹车的功用是刹慢或刹住被钻柱载荷所带动的滚筒，达到控制滚筒转动，以调节钻压，送进钻具，控制下钻速度或达到悬持钻具的目的。 钻井过程中司钻总是手不离刹把，如果刹车机构不够灵活省力，将加重司钻的体力劳动强度，带来操作不便。同时刹车不可靠容易引发重大溜钻事故，造成设备损失，井下事故，甚至危及人身安全。所以机械刹车是绞车上最重要的部件，因此要求它灵活省力，安全可靠，寿命长。 8.4.1下钻动力学 1、下钻操作过程及滚筒制动力矩 下钻操作的特点是在起钻过程中作为系统负载的钻柱载荷成为下钻过程中系统的动力，带动整个系统运动，而绞车上必须装置包括机械刹车和辅助刹车的制动装置来吸收钻柱下放时释放的能量。 制动装置把吸收的能量转变为热能逸散到冷却水或空气中。 下钻操作可分为三段(见图8-11，8-12) 1)加速段OC 开始下钻前要稍提钻柱，撒掉吊卡(或卡瓦)，摘开离合器，刹住钻柱。此时滚筒上作用为静悬持力矩M0。 司钻将刹把抬起，完全松开刹带，整个系统在钻柱作用下以接近自由落体加速度加速。到B点开始刹车，由于制动装置即滚筒吸收了能量，随着制动力矩的增大，下落加速度逐渐减小。 在此阶段中有  M＝M静－M动式中：M－滚筒制动力矩： M动－下钻系统产生的惯性力矩，（此时为负值）。 2)等速段CD  在此阶段，下钻系统受到的制动力矩与钻柱静力矩相等，钻柱匀速下放。 此时： M＝M静，  M动＝0 3)减速段DE  钻柱下放至D点接近立根行程终点，司钻压住刹把减速下放， 此时制动装置制动力矩大于钻柱静力矩，加速度为负值（惯性力为正，向下）。到E点，完全刹住钻柱。 M＝M静＋M动 (8-16) 最大制动力矩发生在刹住钻柱之时Mmax=M静＋M动max＝βM静 （8－17）  完全刹住后，M动＝0，M＝M静。 以上三段所耗时间分别为tl、t2、t3。tl和t3都比较短，一般正常操作时各为3～5秒。 t2取决于匀速下钻速度，一般安全操作时下钻速度应控制在2～2.5米／秒以内。 在不具备安全可靠，灵活的刹车装置的情况下，下钻速度过大，容易发生溜钻砸转盘事故，损坏设备。 显然，如果钻柱下放速度较大，且在下放终点前急刹车，就会产生很大的冲击载荷。因此，司钻在下钻行程结束前4～5米就开始刹车减速，降低钻柱的下放速度，然后刹住钻柱，这样就可以把冲击载荷减小到最低限度。 2、最大制动力矩 Q游’为下钻时游动系统载荷，约为起钻时的70％，即 Q游’＝0.7Q游。 而当在下钻终了刹住钻柱时的最大制动力矩Mmax为： Mmax＝βM静 （8－20） 这里β为动载系数，其值取决于下钻操作。这是因为最大制动力矩产生于钻柱刹止时，此时作用在快绳上的载荷为钻柱的静载荷、惯性载荷、振动载荷及冲击载荷。其中上述前三种载荷与操作无关，而刹止时的冲击载荷则完全取决于下钻操作，当下钻速度低(如以1 m／s速度下放)，行程结束前提前4～5米就开始减速平稳刹住钻柱，冲击载荷很小，β＝1.5；如以高速(2m／s)下放，并在终点急刹车，冲击载荷较大，β＝2.5。 8.4.2、带式刹车机构1.结构组成及作用原理图8－13为单刹车机构示意图。 图8－14所示为双杠杆带刹车典型结构。 刹车机构主要由制动部分(刹带1，刹车鼓2)、控制部分(刹把4)、传动部分(传动杠杆或称刹车曲轴3)、辅助部分(平衡梁6和调整螺钉7)、气刹车等组成。 刹车时，操作刹把4转动传动杠杆3通过曲拐拉曳刹带1活端使之抱紧刹车毅。刹把4同时转动司钻阀5以启动、调节气刹车8的气缸压力。气刹车对传动杠杆的作用与刹把相同，故起省力作用。 平衡梁是用来均衡左右两刹带的松紧程度，以保证它们受力均匀。当刹车块磨损使刹带与刹车鼓之间的初始间隙增大，导致刹把刹止角过低时，可通过调整螺钉调整到合适的初始间隙。 刹带由弹簧钢板制成，用带弹簧的螺钉挂在绞车外壳上，松开刹车时，弹簧使刹带均匀脱离刹车鼓; 刹车块铆接在刹带上，它由耐热、耐磨，具有较大摩擦系数的石棉塑胶或石棉编制品压制而成。 2.刹带两端的拉力 设两刹带活端总拉力为t，固定端拉力为T，则可根据欧拉公式得出刹