第五节第五节 绞车的制动系统绞车的制动系统刹车机构包括主刹车和辅助刹车v机械刹车功用与使用要求 v带式刹车 v盘式刹车 v辅助刹车一一 机械刹车的功用机械刹车的功用v下钻、下套管时，刹 慢或刹住滚筒，控制 下放速度； v悬持钻具； v正常钻进时，控制滚 筒转动，以调节钻压 ，送进钻具二二 机械刹车使用要求机械刹车使用要求w 安全可靠刹车不可靠而发生重大溜钻事故，造成设备 损失、井下事故，甚至危及工人的人身安全 w 灵活省力刹车不灵活，会加重司钻的体力劳动，且 不能及时准确控制升降系统工作 w 寿命长减少辅助生产时间，节省成本刹车的分类刹车的分类刹车按作用原理可分为： w 带式 w 块式 w 盘式 石油矿场主要用带式，随着液压技术的发展 ，盘式近年来也有较大发展二二 带式刹车组成及工作原理带式刹车组成及工作原理 如图为单杠杆刹车机构示意图 该刹车机构由以下部分组成： w 控制部分（刹把4、气动控制8） w 传动部分（传动杠杆或刹车曲轴3 ） w 制动部分（刹带1，刹车鼓2） w 辅助部分（平衡梁6和调整螺钉7)刹车带两根刹车带完全相同，一 般为6mm厚的圆形钢带钢 带的两端分别铆接活端吊耳 ，钢带的内壁衬有石棉改性 树脂材料压制而成的刹车块 ，刹车块用沉头铜螺钉固定 再钢带上。
一般沉头螺钉沉 头深度为16mm，所以，当 刹车块磨损16mm必须更换 刹把调节在钻井过程中随着刹车块磨 损量的增加，刹把终刹位置逐渐 降低，当刹把终刹位置与钻台面 夹角小于30°时，操作不便，因此 ，必须对刹带进行调节调节时 ，先用平衡梁上的专用扳手松开 锁紧螺母，调节拉杆的长度，直 到刹紧刹车鼓时，刹把与钻台面 的夹角为45°时为止，然后拧紧锁 紧螺母更换刹带更换刹带时，先卸下刹带拉簧、托轮和刹带 吊耳，然后将刹带向内移到滚筒上，再往下将 其取出决不能用猫头绳硬将其拉出，以免造 成刹带失圆若刹带失圆或新刹带不满足圆度 要求时，应对刹带进行整圆刹带整圆方法是：以刹带半圆为半径在钻台上 画圆，将卸下的刹带与该圆比较，用大锤对刹 带不圆处敲击整圆，直到刹带与所画半圆一致 为止调节或更换刹带后，都应调节刹带上方 的拉簧，以及后面和下面的托轮位置更换换刹车块当刹车块磨损量达到其 厚度的一半时，就要更 换刹车块更换时，最 好单边交叉更换，以免 由于新刹车块贴合度差 刹不住车刹车机构的润滑刹车机构上除平衡梁上支座 上的润滑点外，其余所有润滑 点均集中在平衡梁下面左、右 两块润滑孔板上，用锂基润滑 脂对各润滑点每天注油1次。
刹车机构的各销轴铰接处及平 衡梁两端的球面支座处应经常 浇30号机械油润滑滚筒轴承座的润滑点也分别 分布在左、右孔板上，由直径 10mm的紫铜管连接至轴座上 刹带两端的拉力刹带两端的拉力轻便钻机连续石棉制软带的拉力由欧拉公式：刹带对轮鼓造成的制动力连续石棉软制带刹车两连续石棉软制带刹车两 端的拉力端的拉力设Rb为刹车鼓半径，则制动力矩为 ：根据具体钻机起升系统及下钻钩载可 计算出所需最大制动力Fbmax，从而可 计算出刹带两端的拉力t，T刹车块制带两端的拉力刹车块制带两端的拉力该制带任意一块制动力矩为 ：刹车块刹带两端的拉力刹车块刹带两端的拉力全部刹车块形成的制动力矩为：刹车块刹带两端的拉力刹车块刹带两端的拉力摩擦制动力 ：在作近似计算时，也可用 以下修正的欧拉公式：刹车杠杆的工作分析刹车杠杆的工作分析刹车杠杆指刹把、曲拐轴、 曲拐连杆等组成的机构，其作 用是将刹把上的操作力放大若 干倍，以满足刹住重载时刹带 活端总拉力t的需要可将杠 杆力放大的倍数叫做杠杆的增 力倍数杠杆可分为单杠杆和 双杠杆两种单杠杆刹车机构单杠杆刹车机构计算公式如下 ：双杠刹车机构双杠刹车机构计算公式如下：带式刹车的优缺点带式刹车的优缺点w 带式刹车的包角可达270°甚至330°，其制动力矩可随包 角的增大而增大，以适应重型绞车的需要； w 采用双杠杆刹车机构即省力又安全； w 机构紧凑，便于维修。
w 但刹车时滚筒轴受一弯曲力，其值为T，t的向量和；w 只能用于单向制动，因其反向制动力矩要小许多，所以 在钻机方案设计时，要注意滚筒的旋转方向； w 活动端和固定端的刹车块磨损不均匀盘式刹车1985年美国一些 公司首先将盘式刹 车应用于钻机主绞 车，1995年我国开 始在钻机绞车主刹 车使用液压盘式刹 车，并得到越来越 广泛的应用盘式刹车盘式刹车盘式刹车典型结构，主 要由以下部分组成： w 刹车盘5 w 刹车液压缸1w 刹车钳（开式：安全钳 ，闭式：工作钳） w 钳架4w 液压控制系统 w 控制系统刹车装置总成由钳架、刹车盘、刹车钳等 组成刹车盘通过滚筒轮缘与滚 筒组装成一体，刹车钳安装在钳 架上，它是盘式刹车实现刹车的 主要部件刹车盘是直径为1500- 1650mm，厚为65-75mm带有冷 却水道的圆环，其内径与滚筒轮 缘配合，装配成．体刹车盘环 形侧表面与刹车钳上的刹车块构 成摩擦副，实现绞车的刹车，刹车盘刹车盘按结构形式分为水冷 式、风冷式和实心刹车盘三 种水冷式刹车盘内部设有 水冷通道，在刹车盘内径处 设有进、出水口；外径处设 有放水口，用来放尽通道内 的水，以防止寒冷气候时刹 车盘冻裂；正常工作时，放 水口用螺塞封住。
风冷式刹 车盘内部有自然通风道，靠 自然通风道和表面散热实 心刹车盘靠表面散热，主要 用于修井机和小型钻机钳架钳架是一个弯梁，工作钳及安全钳均安装在其上通常配备两个钳架，钳架上下端通过螺栓分别固定在绞车横梁和绞车底座上，位于滚筒两侧的前方刹车钳刹车钳由浮式 杠杆开式钳（常 开钳）和浮式杠 杆闭式钳（常闭 钳）组成常开钳是工作 钳，用于控制钻 压、各种情况下 刹车常闭钳用 于悬持情况下的 驻刹 开式钳当向钳缸供给压力油时，液压力推动 活塞左移动，由于钳缸的浮式放置，活塞 与缸体通过上销分别推动左右钳臂的上端 向外运动，减少了左右下销之间的距离， 带动刹车块向内运动，从而将刹车块以一 定的正压力压在旋转中的刹车盘L，在刹 车盘与刹车块之间产生摩擦力，对刹车盘 实施制动可见，开式钳的刹车力来源于 液压力，且压力油的压力越高，刹车力越 大如果进入钳缸压力油的压力等于零， 活塞与缸体通过安装在左右上销端部的回 位弹簧向内运动，刹车块向外运动与刹车 盘脱离接触，刹车钳松刹开式钳是有油压刹车、无油压松刹 ，称为常开钳闭式钳当向钳缸供给压力油时，液压力推动 活塞右移压缩碟簧，同时拉动左右钳臂的 上端向内运动加大了左右下销之间的距离 ，带动刹车块向外移动，刹车块与刹车盘 脱离接触，刹车钳松刹。
当钳缸泄油时， 碟簧反弹推动活塞左移，左右钳臂上端向 外运动，减少了左右下销之间的距离，使 刹车块与刹车盘接触此时，刹车块作用 在刹车盘上的力为碟簧力，该力形成的摩 擦力实施刹车闭式钳的刹车力来源于碟 簧的弹簧力闭式钳是有油压松刹、无油压刹车， 称为常闭钳盘式刹车的结构盘式刹车的结构v绞车上多用a类 v修井机上所用c类，这 类结构较小 v作为安全保险用的应 急钳多用b、d类， 其中b、d为常闭式，a、 c为常开式盘式刹车盘式刹车的优缺点盘式刹车的优缺点w 刹车盘为中空带通风叶轮式，散热性好；整个盘面积只有不到1/10在摩擦发热，而其余面积都 在交替散热，盘和块的热稳定性好，摩擦系数稳定，制 动力矩平稳 w 由于盘块间的比压大和盘的离心作用，盘块间不易存水 和油污，所以刹车块的吃水稳定性好； w 刹车盘的热变形小，热疲劳寿命较长； w 比压分布均匀，摩擦副的寿命较长； w 正反向刹车一样，带式则差eμa倍；盘式刹车的优缺点盘式刹车的优缺点w 刹车时间短，反应灵敏； w 液动控制，操作省力； w 每个刹车钳可独立刹止全部钻杆重量，且有应急钳，刹 车的可靠性大大提高； w 更换刹车易损件迅速； w 盘式刹车由于比压较高，摩擦面温升高，对材料有较高 要求 w 多了液压装置即密封圈等易损件。
盘式刹车的设计计算w 制动力矩 w 刹车钳的数目 w 液压力的计算盘式刹车的设 计计算盘式刹车的设计计算关于动量与重量的问题当汽车开车刹车时，因重力方向与惯 性力方向垂直，克服惯性力只须ma即ft=mv而提升时重力与惯性力为一个方向， 所以制动时必须综合考虑即ma+mg作业题作业题设ZJ70D钻机的游车及大钩重量为9000Kg，钻井绳数10 根（包括快绳和死绳），滚筒外径800mm，为无槽滚筒， 钢绳缠绕4层，钢绳直径38mm，大钩的速度分别为0.25、 0.4、0.7和1.5m/s，若制动时间为0.5秒，求最大制动力矩若滚筒制动采用盘刹，两边各4个，刹车盘的外经为 1500mm，设刹车快与刹车盘的摩擦系数为0.4，液压系统 的最大工作压力为10MPa，刹车钳结构如图4-30所示，设 油缸外推力与刹车衬板压力相等求刹车钳油缸的活塞面积并绘出控制油缸工作的液压系 统图及油缸组件的部件图和油缸缸套零件图（一个零件） 辅助刹车－辅助刹车－ 水刹车水刹车水刹车主要用 于刹慢滚筒，保 持钻具以安全的 速度均匀下放， 因其工作特点， 水刹车不易在低 速时刹车水刹车结构及 原理如图所示水刹车能力的调节水刹车能力的调节水刹车水室内充满度的大小直接反映了刹车 的能力，水位的高低由水刹车水位调节装置 来实现，水位调节装置有以下几种结构： w分级调节水位装置 w气控浮筒式水位装置 w新型水位自动调节装置电磁刹车电磁涡流刹车主要由左、右定子和转子组成。
定子中固定嵌装着激磁线圈，当三相380V交流电过三相变压器降低电压后，输入桥式整 流器，便可输出连续可调的直流电至电磁涡流刹车的激磁线圈，圈周围产生固定磁场，转子处于此磁场中当转子与绞车滚筒轴一起 旋转时，转子切割磁力线，转子内磁通密度发生变化，在转子表面产生感应电动势，从而产生感生电流，即涡流转子成为带涡流感应电流的导体，带涡流感应电流的转子在 原来的固定磁场中产生旋转磁场，此旋转磁场 在转子的不同半径上产生与转子转动方向相反的电磁力 ，亦即对旋转轴的电磁制动力矩显然，输入直流电的 电流强度越大，固定磁场强度越强，所产生的电磁力矩 也越大，以此来平衡不同下钻载荷的能量 涡流刹车在工作过程中将机械能转化为热能为了迅 速带走转子中的热量，从离合器侧面送进冷却水，流经 转子的外表面后，由周围的水套下面的出水口排出对 冷却水质要求较高，矿物质含量要低，一般pH值不超过 7~7.5.涡流刹车与滚筒刹车通常用一个冷却系统 电磁刹车电磁刹车这种刹车利 于电磁感应原 理进行无损制 动，无易损件 ，制动性能好 ，使用寿命长 ，操作维修简 单，正在得到 越来越多的应 用。