第六章钻机气控制系统(第二讲).

1、钻井机械电子教案钻井机械电子教案2013年年7月月钻井机械电子教案钻井机械电子教案 执行元件的作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动执行元件的作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动工作部件工作。工作部件工作。 气动系统的执行元件主要包括：气压缸、气动马达、气动摩气动系统的执行元件主要包括：气压缸、气动马达、气动摩擦离合器等。擦离合器等。6.3 执行元件钻井机械电子教案钻井机械电子教案6.3.1 6.3.1 气缸气缸气缸是输出往复直线运动或摆动运动的执行元件。它是钻机气控系气缸是输出往复直线运动或摆动运动的执行元件。它是钻机气控系统中使用较多的执行元件之一。统中使用较多的执行元件之一。

2、气缸的分类：气缸的分类： 按作用方式分为：单作用式和双作用式；按作用方式分为：单作用式和双作用式； 按结构形式分为：活塞式、柱塞式、叶片式、膜片式；按结构形式分为：活塞式、柱塞式、叶片式、膜片式； 按功能分为：普通气缸和特殊气缸按功能分为：普通气缸和特殊气缸( (如冲击式、回转式以及气如冲击式、回转式以及气液阻尼式等液阻尼式等) )。1.1.单作用式气缸单作用式气缸 单作用式气缸：仅在气缸的一端有压缩空气进入，并推动活塞或单作用式气缸：仅在气缸的一端有压缩空气进入，并推动活塞或柱塞运动，而活塞或柱塞的返回则需要借助其它外力柱塞运动，而活塞或柱塞的返回则需要借助其它外力( (如弹簧力、如弹簧力、

3、重力等重力等) )才能完成。才能完成。钻井机械电子教案钻井机械电子教案常用气缸的特点o 普通气缸 普通气缸图16-1钻井机械电子教案钻井机械电子教案常用气缸的特点o冲击气缸的工作原理与功能：包含头腔，尾腔和储能腔三个工作腔，具有一个带喷嘴和排气小孔的中盖 o 工作原理（工作过程）o 功能及应用 储能腔中盖排气小孔尾腔头腔普通型冲击气缸 图16-5钻井机械电子教案钻井机械电子教案常用气缸的特点o 缓冲气缸：当气缸的活塞运动速度较高时（一般为1m/s 左右），在行程的末端将会猛烈撞击气缸的前、后端盖，容易引起气缸的振动和损坏。在行程末端装上缓冲装置缓冲装置，可减轻或消除端部撞击缓冲气缸的缓冲装置

4、图16-2钻井机械电子教案钻井机械电子教案常用气缸的特点o 气液阻尼缸：由气缸和液压缸共同组成的。它以压缩空气为能源，利用液压油的不可压缩性和对油液流量的控制，使活塞获得稳定的运动，并可调节活塞的运动速度 气液阻尼缸图16-3钻井机械电子教案钻井机械电子教案常用气缸的特点o 摆动气缸：输出为转矩，可以实现有限角度的往复摆动运动 摆动气缸 图16-4钻井机械电子教案钻井机械电子教案 单作用式气缸一般用于短行程或对活塞杆推力、运动速度要求不单作用式气缸一般用于短行程或对活塞杆推力、运动速度要求不高的场合。高的场合。2.2.薄膜式气缸薄膜式气缸 薄膜式气缸：利用压缩空气使膜片变形来推动活塞杆做直线运

5、动薄膜式气缸：利用压缩空气使膜片变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。的气缸。 薄膜式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等组成。薄膜式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等组成。 膜片形状有盘形膜片和平膜片两种。膜片形状有盘形膜片和平膜片两种。 膜片材料有：夹织物橡胶、钢片和磷青铜片。常用的为夹织物橡膜片材料有：夹织物橡胶、钢片和磷青铜片。常用的为夹织物橡胶，金属膜片只用于行程较小的膜片式气缸。胶，金属膜片只用于行程较小的膜片式气缸。3.3.回转式气缸回转式气缸 回转式气缸由导气头体、缸体、活塞、活塞杆等组成。回转式气缸由导气头体、缸体、活塞、活塞杆等组成。 回转式气缸的缸体连同缸盖及导气芯可被携带回转；活

6、塞和活塞回转式气缸的缸体连同缸盖及导气芯可被携带回转；活塞和活塞杆只能作往复直线运动；导气头体外接管路，固定不动。杆只能作往复直线运动；导气头体外接管路，固定不动。钻井机械电子教案钻井机械电子教案 三位气缸又称做“三位继动器”、“三位气动作筒”。用于操作有三个工作位置的机构。例如用于绞车换档装置，由于活塞杆有左、中、右三个位置，所以可获得绞车I、档和空档。三位气缸的结构如下图所示。 钻井机械电子教案钻井机械电子教案6.3.2 6.3.2 气动马达气动马达 气动马达：是输出旋转运动机械能的执行元件。气动马达：是输出旋转运动机械能的执行元件。 气动马达的种类：气动马达的种类： 按工作原理可分为：容

7、积式和涡轮式，常用的是容积式。按工作原理可分为：容积式和涡轮式，常用的是容积式。 按结构可分为：齿轮式、叶片式、螺杆式和膜片式。按结构可分为：齿轮式、叶片式、螺杆式和膜片式。气动马达的职能符号钻井机械电子教案钻井机械电子教案6.3.3 6.3.3 气动摩擦离合器气动摩擦离合器 气动摩擦离合器：挂合时用于传递转矩，摘开时可使主动件与被气动摩擦离合器：挂合时用于传递转矩，摘开时可使主动件与被动件分离，动力被切断。动件分离，动力被切断。 图图6-26-2所示，为普通型气胎离合器。采用气动摩擦离合器，可使所示，为普通型气胎离合器。采用气动摩擦离合器，可使工作机启动平稳，换挡方便，并有过载保护作用。工作

8、机启动平稳，换挡方便，并有过载保护作用。 气动摩擦离合器，俗称气离合器。它具有以下特点：气动摩擦离合器，俗称气离合器。它具有以下特点： 传动柔和，具有弹性、抗冲击、吸收振动；传动柔和，具有弹性、抗冲击、吸收振动； 操作省力、方便、迅速、易于实现远距离集中控制；操作省力、方便、迅速、易于实现远距离集中控制； 结构简单、寿命长；结构简单、寿命长； 反应快；反应快； 能准确地控制所传递的扭矩；能准确地控制所传递的扭矩； 能补偿安装误差。能补偿安装误差。钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图6-26-2钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图6-36-3钻井机械电子教案钻井机械电子教案1 1.通风型气胎离合

9、器 通风型气胎离合器是在普通气胎离合器的基础上发展起来的。其特点是：隔热和通风散热性能好，气胎本身在工作时不承受扭矩；挂合平稳、摘开迅速、摩擦片厚、寿命长；易损件少，更换易损件方便；经济性好。 图6-4所示，为通风型气胎离合器结构示意图。通风型气胎离合器在结构上的主要特点是，增加了一套散热传能装置。散热传能装置主要由扇形体、承扭杆、板簧和挡板等零件组成。 通风型气胎离合器的气胎外表面与钢圈相接触。摩擦片用铆钉或平头螺栓固定在扇形体的内侧，扇形体中部有导向槽，槽中装有承扭杆和以一定予压力压在承扭杆上的板簧，承扭杆中部为长方形，两端为圆柱体。它的两端伸出扇形体，并插进与钢圈相连的挡板上的相应孔中。

10、钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图6-46-4 图6-4所示，为通风型气胎离合器结构示意图。钻井机械电子教案钻井机械电子教案 接合时，压缩空气进入气胎，气胎沿径向向内膨胀，推动扇形体沿着导向槽相对于固定在挡板上的承扭杆向轴心移动，使摩擦片逐渐抱紧摩擦轮，实现挂合。同时板簧也受到压缩。 由于扇形体和气胎之间无连接，故摩擦轮与摩擦片工作表面产生的转矩，不经过气胎，而是经过扇形体、承扭杆、挡板、钢圈等零件来传递的。 此外，扇形体将发热的摩擦片与气胎隔开，且扇形体内部做成了蜂窝状结构，即在通风孔中铸有许多小散热片。在挡板上内圈相应位置上亦开有通风孔槽，使工作过程中产生的热量能尽快散发到周围的空气中而

11、不影响气胎。 气胎的作用只是产生径向推力和正压力，不受扭、不受热。解决了气胎易烧坏，易老化的难题而大大提高了气胎的寿命。钻井机械电子教案钻井机械电子教案 摘开离合器时，除气胎本身的弹性恢复原状外，还有板簧的弹力以及旋转的离心力的作用而使摩擦片迅速脱开摩擦轮，从而减少了因打滑产生的热量，减轻摩擦片的磨损，提高了摩擦片的使用寿命。 通风型气胎离合器，散热好、寿命长。但结构比普通型复杂，高速工作时，离心力对离合器工作能力的影响也相应加大，因此，它适用于挂合频繁，转矩大而转速不太高的场合，如绞车滚筒低速离合器。 钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.气动盘式离合器 图6-5所示为气动盘式离合器。这种离合

12、器的工作表面是环状平面。工作时，摩擦片沿轴向移动，故又称为轴向作用式离合器。 按其气室结构形式不同，分为隔膜型、活塞型和气囊型。 按摩擦盘数分，可分为单盘，双盘或多盘几种。 图6-6、图6-7和图6-8所示为隔膜型和气囊型气动盘式离合器。图图6-56-5钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图6-76-7图图6-86-8图图6-66-6钻井机械电子教案钻井机械电子教案 气动盘式摩擦离合器特点是耗气量小、传递转矩大。国外钻机多采用这种离合器。 我国主要发展胎式气离合器，也研制盘式离合器，但为数不多。因为胎式气离合器综合技术经济指标较好，特别是通风型胎式离合器的出现，提高了其传递扭矩的能力和工作寿命，大有发展前途。3.气动摩擦离合器的应用 在同一台钻机上可根据其工作条件不同，而采用不同结构类型的离合器。 气动摩擦离合器的选用原则如下：钻井机械电子教案钻井机械电子教案（1）要求传递扭矩不大，挂合不频繁的场合，如柴油机至变矩器，带泵，并车处，大多采用普通型胎式离合器，以取其结构简单，挂合平稳柔和，制造和安装技术要求低的特点。 气动盘式摩擦离合器特点是耗气量小、传递转矩大。国外钻机多采用这种离合器。 （2