钳液压盘式刹车液压系统设计研究

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摘要:针对全安全钳液压盘式刹车开展液压系统设计，从液压盘式刹车实现驻车刹车、紧急刹车功能等方面对该液压系统原理进行详细描述，优化相关设计，确保液压盘式刹车液压系统设计合理、可靠，满足现场使用要求。

关键词:液压盘式刹车;控制阀;常闭钳;驻车制动;紧急制动

前言

目前石油钻机用钻井绞车多数采用交流变频电机驱动，依据此类电机变频特性，可通过钻机电控系统控制交流变频电机实现对钻柱的减速、悬停等功能(又称能耗制动)，能耗制动技术的应用替代了液压盘式刹车配套常开钳(工作钳)的功能，此类钻机可理解为电机能耗制动作为主刹车，液压盘式刹车为辅助刹车，仅实现驻车和紧急刹车功能，近年来部分用户根据此类钻机盘刹使用特点提出仅配套常闭钳(安全钳)，取消工作钳的要求，这样的设计使得盘刹刹车钳种类减少，液压系统简化，仅配套安全钳的液压盘式刹车液压系统如何设计，才能在钻机作业过程中更好地实现制动功能则显得至关重要。此类液压盘式刹车除了满足驻车刹车功能外，还应确保在紧急情况制动时不能由于钻柱惯性对游吊系统钢丝绳产生过大冲击，否则容易造成绞车钢丝绳乱绳、影响钢丝绳寿命等问题的出现。本文主要是对液压盘式刹车液压系统设计从功能上进行说明，重点讲述控制原理、逻辑，技术特点等。

1液压盘式刹车液压系统

1.1液压系统设计

如图1所示为液压盘式刹车液压系统原理示意图，该液压系统主要由液压站、控制阀组、常闭钳、电控系统组成。液压站作为盘刹装置动力源，为盘刹控制系统、刹车钳提供压力液压油，液压油通过控制阀组实现刹车钳的刹车、释放，从而起到制动效果，下面对其控制逻辑进行说明:1)驻车制动钻机在正常作业时，主电机能耗制动起减速、悬停作用，此时钻机电控系统控制开关K1、K2、K3闭合，电磁换向阀YA1、YA2、YA3得电换向，电磁比例减压阀YB1不得电(无信号输出)，液压油经过电磁换向阀YA1、梭阀1、换向阀YA2进入安全钳制动器，安全钳处于释放状态(压力油压缩碟簧，安全钳打开);当主电机悬停需要盘刹驻车刹车时，开关K1、K2、K3断开，电磁换向阀YA1、YA2、YA3失电换向，安全钳制动器内液压油经油道流至液压站油箱，安全钳制动器泄压使得碟簧张开，盘刹驻车刹车。2)紧急制动安全钳为碟簧制动，所以放油刹车时响应速度快，当钻机钩速较快时钻柱惯性势必对钢丝绳产生冲击，导致钢丝绳乱绳且影响钢丝绳寿命，为消除此影响在该盘刹控制系统中设置有相应的控制阀，当需要紧急制动时，通过电控系统逻控制，首先比例放大器输出最大控制信号，比例减压阀YB1得电，其次控制开关K1断开，电磁换向阀YA1失电换向，安全钳制动器液压油经比例减压阀YB1回油，电控系统控制减压阀YB1将安全钳内液压油压力在设定时间内逐级从最大降至零，从而使得安全钳线性释放液压油压力，实现紧急刹车。液压盘式刹车作为钻机最后一道安全屏障，为确保其刹车可靠性，当电磁减压阀YB1在设定时间内完成泄压后，开关K2、K3相继断开，电磁阀YA2、YA3失电换向，以保证安全钳内压力油可靠泄压，提高刹车可靠性。

2液压系统特点

(1)液压盘式刹车液压系统回路中串联设置有YA1、YA2、YA3等多个电磁换向阀，三个换向阀中任意一个起作用均可实现安全钳泄油刹车，提高了刹车安全性;(2)液压系统回路中设置比例减压阀YB1，通过电控系统控制，使安全钳在规定时间内成线性泄压刹车，实现制动力矩可控，随着刹车制动力矩逐级加大，避免因泄油过快对钢丝绳造成冲击，也可满足紧急情况下钻柱需要下放时能够控制合适制动力矩;(3)液压系统电磁阀YA1、YA2回油通道分别设置可调节流阀2、3，避免当电磁阀YB1失效时安全钳刹车过快，液压油经节流阀2、3缓慢回油，减弱制动时由于钩载惯性对钢丝绳的冲击。

3结论

该液压系统主要针对仅配套安全钳的液压盘刹控制原理进行设计研究的，可在保证钻机钢丝绳不受较大冲击的条件下实现盘刹驻车、紧急刹车等功能，液压系统回路中串联设置多个控制阀，实现多重安全功能，确保刹车可靠，且可实现线性刹车力矩、柔性制动的要求，更好地满足用户使用需求。本文可为全安全钳液压盘式刹车液压控制原理设计提供参考。

参考文献

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作者：段武 许永雷 于浩 王新卫 张利贤 单位：宝鸡石油机械有限责任公司