第五章起升系统工作原理与设备(2).

1、调节螺杆g 5-14刹车机构示意图第五章 起升系统工作原理与设备第三节刹车机构特性绞车有主、辅刹车。一、刹车功用与使用要求1功用 刹幔或刹住滾筒，控制放速，悬持钻具； 调节钻压，送进钻具。2. 要求：安全，省力，寿命长。二、结构与原理1. 结构以单杠杆刹车机构为例。由刹把4;传动杠杆（或称刹车曲轴3）;刹带1;刹鼓2;平衡梁6和调整螺钉7;气刹车等组成。2 作用原理刹车时，操作刹 把4转动传动杠杆3, 通过曲拐拉拽刹带1 活动端抱住刹车鼓。扭动刹把手柄可 控制司钻阀5启动气 刹车.气刹车起省 力作用。平衡粱：均衡左、右刹带受力。 当刹块磨损时，用螺钉7调整间隙。 刹带1不工作时，用弹簧拉起；

2、刹车块则钾在钢带上。3. 气刹车与防碰天车 气刹车：减轻司钻的负载(旋转刹把气缸拉刹带活端).防碰天车：游车超高使气缸刹车。三、刹带两端的拉力 刹带包角为摩擦 系数为Zz ,刹带死端拉 力T ,活端拉力t 力按欧拉公式计算：T = t严制动力化：Fh = T-t=t(e/ux -1) 设心为刹车鼓半径，制动力矩：死端r »M20kc活端E «-16的分布压力分布 规律曲线切向力平衡方程40UMh=FhRh=t(e -)Rh 根据下钻钩载算出件”、 ，厂和f作为刹车机构 的设计依据。四.刹车杠杆工作分析1.单杠杆刹车机构刹把长/ ,曲拐臂长T,活端拉力t, 传动效率0: 刹把

3、力I:增力倍数:Pcosed? - Zsin(ct + /7)r单杠杆刹车机构图心丄厶P r sin(a + /7)r sin(R + 0) r tI qcosacosa结构角活端力P或，的大小取决于/与r的比值. P与i也随Q变化，0和是定值。刹把的最佳倾角°45 - 30。 单杠杆用于轻、中型钻机上。 双杠杆用于重、超重型钻机上。2. 双杠杆刹车机构两套单杠杆组成。设P为刹把力I , /为刹带活端拉力，厂为连杆上的拉力,n分别为二轴至连杆的垂直距离（虚线所示）.力矩关系：Pcosa / = Fm（P力对轴1的矩）（F中间连杆对轴1的矩）/cos/ R、= Fn（t力对轴2的矩）（

4、F对轴2的矩）增力倍数:/ n cosa双杠杆车机构图增力倍数：单杠杆，=48；双杠杆i «80o确保Q -45-30° 时，P =40 - 25kgf,刹车就 比较塔力。3. 带刹的优点(1) 制动力矩随 4增大，能满足重载需要。(2) 双杠杆省力、安全。(3) 简单，方便。4. 带刹缺点(1) 滚筒轴受一弯曲力，值为T . t的向量 和。(2) 只能单向制动。活端和死端的刹块磨损不一致。X液压盘式刹车机构主要包括：工作钳、安全钳、刹车盘和钳架，根据用户需要， 执行机构可以布置在绞车滚筒的一端或两端.通过工作钳和安全钳不同型号和不同数量的配置，如1+1； 2+1; 2+2

5、; 3+1等，可以适用于ZJ70, ZJ50, ZJ40等不同型号、不同 类型的钻机、修井机及通井机。液压盘式 刹车机构主刹车钳/"/J丿应急刹车钳用3-）0利车钳的结构方案<a）杠杆悄税压和伍式；（b）杠杆钳评蓟湘弍（v） tasiW»ikintt式；（d） mu定«r黑費加m两式2. 刹车钳类型全套刹车包括：工作钳（ 下钻及钻进用）；应急钳（妥全钳）. 杠杆钳。液缸在刹车 盘外缘，双活塞反向动作。 固定钳。两个液缸对 置于刹车盘外侧，活塞直 接对刹块加压。3. 工作方式常开式：液压加压刹车； 常闭式：用弹簧加压刹车, 用液压松刹。工作钳工作钳采用常开式单

6、作用油缸给油 刹车、杠杆原理传力、弹簧复位的工 作原理。工作钳的压力通过司钻操作 刹把进行无级调节，以刹住不同的钩 载。2作钳参与工作制动和紧急制动.安全钳安全钳采用常闭式单作用油缸给油 松刹、杠杆原理传力的工作原理，与 工作钳形成安全互锁.安全钳参与驻车制动和紧急制动。刹车盘刹车盘是刹车系统的核心部 件之一，与刹车块组成刹车副。 按结构形式分为：水冷式、风 冷式和实心刹车盘三种。刹车块无石棉设计，硬度低，磨损小,摩擦系数稳定，不刮伤刹车盘用非金属底板替代传统的金属 底板，底板与摩擦材料结合为一 体，彳艮好地解决了易断裂、质量该刹车钳属于常闭式胜利钻机机械厂生/ 的 Z/32-S厶型钻 上，J

7、C32绞车为盘主 刹车（图6-37）。用于安全钳4.单钳制动力矩r-d/3 为微弧长; 广.d/s.（f 为 面积 o设为单块单位压力, 则单块摩擦力矩：A7,=“ x p x p drdt'iRE '3 + 4(& + rJI 2 )=2“V 尺i Jo股 6-37 STI"一杆一机杆5支杆*H杆注9-订1一帕何“_幡势Mt/ = 2 心 式中N 一块的正压力，N ； 尺.一有效摩擦半径 "一摩擦系数。单钳的制动力矩:Md = 2/W203sin - 25. 优点（盘式刹车与带式刹车相比） 刹车盘散热性好【有1/10盘面摩擦发热】； 刹车块的吃水稳

8、定性好（由于比压大和离心作用不易存水和油污物）； 比压分布均匀，摩擦副的寿命较长； 双向制动（带式单向）； 操作省力； 有应急钳，刹车可靠；6. 盘刹缺点：比压比带式大二倍，摩擦表面温度高，对刹块材料要求 高。N|13.作用原理下钻时，滚筒带 水刹车转子旋转， 运动中倾斜的叶片 ,迎面去切割水涡 流，形成阻力矩。4. 制动力矩Mh=aMn(D-D) oc /?；当n低时竹很小。 水室充满度反映了刹车能力。5. 制动功率N匕加(£>|5 - D?)式中勺八色力矩和功率系数;n滚筒转速，r/min；D一水室外径，m；6水室水环内径，当水室充£满时即水室内径，mo二.电磁涡

9、流刹车 新型辅助刹车。利用电磁感应原理实现制动。无损制动，性能好,广泛应用。电磁涡流刹车主要由左.右定子和转子组成，定子中固嵌线2 原理定子通直流，产生当滚筒带动转子转 动时，转子产生涡 电流。涡流形成旋转磁场 ,与固定磁场作用 产生制动力矩。电磁涡流刹车1 结构3.特性 (M-n曲线)调节线的电流可改变M-ii曲线。当转速低时，仍有较大制动力矩。滚筒转速较低时，M 随n增加迅速增大，中、 高速段力矩几乎不变。图5-25 DS电磁涡流刹车的M-n特性第五节井架一、功用.组成与要求1. 功用(1) 安放天车，悬挂游 车.大钩及工具。(2) 起下钻.下套管。(3 )存放立根。2. 结构组成图5-2

10、6所示井架组成。(1) 主体为空间桁架；(2) 天车台，装天车和天车架；(3) 天车架，安装、维修天车之 用；(4) 二层台，包括井架工操作的 台和存靠立根的指梁；(5) 立管平台，水龙带操作台；(6) 工作梯。图5-26井架的基本组成1 一主炉横杆，找杆$2立竇平台 3工作樟»5二层台»5 天车台$6人字隼7指杲3. 钻井工艺对井架的基本要求(1) 足够的承载能力。(2) 足够的工作高度.空间.钻台面积。 (3 )拆装、移运方便。二.整体结构类型1. 塔架塔架是四棱锥，截面为正方 形。分四扇，每扇分若干桁架。主要特征：(1)封闭结构，整体稳定 好，承载能力大。(2 )单构

11、件连接。(3) 井架内空间大。(4) 单件拆装工作量大， 高空作业，不安全。塔型井架国外用四柱腿式塔架。塔型井架2. 前开口井架又称口形或K形架，主要特征：(1 )地面组装，整体起放 ,分段运输(45段)。(2 )前扇敞开.截面为口 形。(3) 结构不封闭，两侧结 构相同。人架起身前7JOO/43-A型井策3. A形井架主要特征：(1) 两大腿通 过天车台、二层台连 成“A”字形。在大腿的前方 或后方有撑杆支承， 或后方有人字架支承(2 )地面组装， 整体起放，分段运输4 5段。(3 )整体稳定性 不理想。ANSYS绷绳A形井架4. 桅形井架(1 )有整体式和仲缩式两种。桅架是用液缸 或绞车整

12、体起放。(2 )桅架向井口方向(3)桅架简单.轻便 .但承载能力小，用于 车装轻便钻机和修井机三、井架基本载荷1. 恒载井架的恒载：井架自 重、设备.工具重。2. 最大静载即最大钩载。3.工作绳拉力 快绳和死绳合力。近似计算作用力F“F_2（Qg+10G 游）$Z式中P、工作绳拉力，kN；P 游绳拉力，kN；0心一最大钩载，kN；G游一游系重量（包括大钩 、游车、钢绳），kN：Z 有效绳数。4. 风载风是空气的运动，由动能变为压力能。风压取决于风速、空气的密度及结构形状、 风向和面积。风载计算式：代=yyf'式中弘一风载，N；f 一承风面，即垂直于风向的井架外廓面 积9 m2W 计算风

13、压，Pa。W = W.K.KgK/3W = W（）K°K®式中W（）基本风*压, Pa ；瓦一工作风压系数，一般取0.3-0. 4； 心风压高度变化系数；K风压体型系数（与结构有关）；0风振系数。上述各系数可查阅有关气象标准（略）。基本风压 光:即气温15时距离地面10m处的静压 力。vv0 = lpv2式中P 15°C时空气的密度，Q = l.227畑/屛；V 一风速，m/s,各风力对应不同的风速。【5 级风速（10. 7m/s）】立根盒钻杆立扌艮排放排放立根11行12列900000SOCOOO HOOOOO BCXXXDO 9COOOO ©OOOOO900000iooI井架前开匚排放立根11行12列ooooooooooc ooooooooooceooocoocoooc oococoooodc oooooooSoQc ooooooooooc5. 立根载荷立根重水平力及立根风载。水平作用到井架上。 立根重水平载荷计算：pi = - qScig 0（垂直反力为2 ）q一立根线密度