石油鉆機(jī)絞車3種剎車系統(tǒng)分析

衛(wèi)帥兵，陳元欣，韓順坤

（中國石油寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000）

近幾年，隨著石油生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展，各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)也在逐步處于完善中，尤其是石油鉆探技術(shù)。但是，為了確保石油鉆探技術(shù)的功能性，就需要切實(shí)的落實(shí)相關(guān)技術(shù)，石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)就是其中一個，對其常見的主剎車系統(tǒng)和輔助剎車系統(tǒng)進(jìn)行分析，并且合理的應(yīng)用，這樣可以有效提升石油鉆機(jī)絞車的可操控性，避免石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行事故的發(fā)生，更為石油鉆探技術(shù)的推進(jìn)，給予了基礎(chǔ)性的保障。

1 石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)的現(xiàn)狀

石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)作為石油鉆機(jī)中一項(xiàng)重要的構(gòu)件，主要是起到起重、停滯、以及大構(gòu)荷載下放速控制等方面，確保石油鉆機(jī)的穩(wěn)定性。但是，石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的時候，經(jīng)常會因?yàn)橄到y(tǒng)選擇不合理，引發(fā)系統(tǒng)故障或者停擺等問題，并且如果情況較為嚴(yán)重的話，還會引發(fā)安全事故的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了石油生產(chǎn)的效率，其經(jīng)濟(jì)效益就會受到損失。因此，在石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)選擇的時候，需要結(jié)合實(shí)際情況，有針對性選擇剎車系統(tǒng)。同時，需要根據(jù)石油鉆機(jī)絞車的運(yùn)行情況，對主剎車系統(tǒng)和輔助剎車系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，或者安裝合理的降溫裝置，避免自身溫度過高，以此保證剎車系統(tǒng)處于最佳的使用狀態(tài)，降低石油鉆機(jī)絞車安全事故或者設(shè)備故障的產(chǎn)生，促使石油生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益得到提升。

2 主剎車系統(tǒng)

石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)分為主剎車系統(tǒng)和輔助剎車系統(tǒng)，本段內(nèi)容從主剎車系統(tǒng)的角度來說，在選擇的時候，需需要結(jié)合各個方面的地理環(huán)境，以及石油鉆機(jī)絞車配置數(shù)據(jù)，以此選擇最優(yōu)的主剎車系統(tǒng)，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。同時，常見的石油鉆機(jī)絞車主剎車系統(tǒng)為：帶式剎車、液壓剎車、氣控剎車等主剎車系統(tǒng)，具體的內(nèi)容如下。

2.1 帶式剎車系統(tǒng)

（1）帶式剎車是石油鉆機(jī)絞車主剎車系統(tǒng)中，常見的一種系統(tǒng)形式，主要是利用剎把控剎帶將貼合制動僅僅包圍，并且?guī)絼x車系統(tǒng)主要是由剎把、傳動杠桿、剎帶、摩擦塊、滾筒剎車榖、平衡梁和調(diào)整螺栓等方面組合，其屬于一種機(jī)械式傳動剎車系統(tǒng)。在帶式剎車系統(tǒng)使用的時候，將剎把抬起，這樣可以使剎帶離開滾筒剎車鼓，并且游動系統(tǒng)會呈現(xiàn)無摩擦力處于上下那個運(yùn)行的狀態(tài)，促使系統(tǒng)整個運(yùn)行狀態(tài)處于最佳的狀態(tài)。

（2）游動系統(tǒng)在停止剎車的時候，剎把會向下按壓，并且利用傳動杠桿將剎帶與剎車毅緊密貼合，在通過利用剎車鼓對絞車滾筒軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以此剎住絞車滾筒。同時，在利用帶式剎車系統(tǒng)的時候，如果用力越大剎帶與絞車剎車毅貼合度越好，這樣游動剎車的距離就會較短，其安全性也會越高。但是，如果用力按壓剎把力度相對較小的話，這樣剎帶與滾筒剎車毅的貼合度就會較差，受到慣性剎車因素的影響，其安全性就會相對較長，還很容易產(chǎn)生溜鉆問題，這樣嚴(yán)重影響了石油鉆機(jī)絞車的使用性能。

（3）針對駐車方面，帶式剎車系統(tǒng)的運(yùn)行期間，如果停止游動系統(tǒng)運(yùn)行的話，應(yīng)當(dāng)利用輔助重物，將剎把向下控制。同時，帶式剎車系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)較為簡單，不需要特別精密的元器件，并且其維護(hù)成本相對較低，通過利用鉆具傳輸?shù)讲僮鲃x，以此使鉆頭、鉆柱可以很好感知石油井下的環(huán)境情況。但是，帶式剎車系統(tǒng)在應(yīng)用的時候，也正是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)問題，長期處于露天的狀態(tài)，以此導(dǎo)致其運(yùn)行強(qiáng)度相對較強(qiáng)，磨損程度相對較大，并且由于露天作業(yè)，經(jīng)常存在風(fēng)吹、雨淋、高溫等環(huán)境，再加上剎車毅與啥剎車帶貼合度相對較差，這樣剎車慣性距離就會越大，其可靠性越差，所以如果長期的運(yùn)行，經(jīng)常會因?yàn)閯x車不良，引發(fā)運(yùn)行故障的產(chǎn)生，例如：溜鉆、頓鉆、頂天車，逐步被新型剎車系統(tǒng)所取代，其使用效率相對較低。

2.2 液壓剎車系統(tǒng)

液壓剎車主要是以液體壓力為主，實(shí)現(xiàn)剎車功能，并且這種剎車方式可以有效提升石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)的自動化水平，也創(chuàng)建了良好的工作環(huán)境，推升石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（1）液壓剎車主要是由：液壓站、剎車盤、剎車摩擦裝置、控制剎車的電子元器件等方面組成，圖1所示。在液壓剎車系統(tǒng)運(yùn)行的時候，需要利用液壓站對剎車閥以及安全鉗放置工作盤壓力等進(jìn)行合理的配置，這樣不僅實(shí)現(xiàn)絞車滾筒與剎車盤是同時使用的，也確保其它方面的共同操作，例如剎車、停車、啟動等方面。

圖1 液壓剎車示意圖

（2）需要對石油鉆機(jī)絞車剎車液壓手柄對液壓盤進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要是調(diào)節(jié)與剎車摩擦裝置之間的距離，以此保證剎車操作的可靠性和穩(wěn)定性。同時，液壓系統(tǒng)與其它的石油鉆機(jī)絞車主剎車系統(tǒng)相比，不僅自動化程度相對較高，還可以很好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作功能，大大提升了石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)的性能。另外，液壓剎車系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效提升石油鉆機(jī)絞車的安全性，對一些器件老化問題可以很好的解決，避免運(yùn)行故障的產(chǎn)生。由于液式剎車系統(tǒng)具有良好的力學(xué)性能，可以針對環(huán)境做出高難度的剎車，所以其安全性相對較高。

（3）液壓剎車系統(tǒng)的使用期間，也會有著一定的局限，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要使用專贏的液壓油，后期的維護(hù)費(fèi)用相對較高，并且系統(tǒng)運(yùn)行完畢以后，需要正確的處理，否者就會影響周圍的環(huán)境質(zhì)量。同時，由于液壓剎車系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程操作的功能，這樣工作人員對鉆頭實(shí)際的工作量的了解程度不夠，無法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)估，很容易出現(xiàn)較大的偏差。另外，在液壓剎車系統(tǒng)使用期間，還需要將環(huán)境溫度作為重點(diǎn)考慮對象，主要是因?yàn)槿绻h(huán)境溫度相對較低的話，液壓油很容易產(chǎn)生凝固的狀態(tài)，這樣嚴(yán)重影響石油鉆機(jī)絞車剎車性能下降，或者失效等問題，隨即而來的就是安全事故的產(chǎn)生?；诖?，液壓剎車系統(tǒng)主要是應(yīng)用與強(qiáng)度較低的石油生產(chǎn)中。

2.3 氣壓控制剎車系統(tǒng)

其實(shí)，氣壓控制剎車系統(tǒng)主要是將液壓剎車系統(tǒng)、帶式剎車系統(tǒng)兩種方式相融合的剎車系統(tǒng)，并且氣壓控制剎車系統(tǒng)在運(yùn)行之前，需要根據(jù)石油鉆機(jī)絞車的需求設(shè)置安全值，以此將其作為安全繩的位置，這樣可以盡最大程度上保證石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。另外，氣壓控制剎車系統(tǒng)利用安全繩掉落帶動帶式剎車、以及液壓剎車方式，以此得到一種新型的剎車方式，再利用控制氣缸的空氣壓縮方式，促使剎車力矩的增大，進(jìn)而提升剎車的性能。同時，氣壓控制剎車系統(tǒng)在運(yùn)行期間，如果工作人員出現(xiàn)誤判，或者設(shè)備裝置不受控制的話，可以根據(jù)實(shí)際情況自動進(jìn)行剎車，以此避免產(chǎn)生較大的安全事故。但是，氣壓控制剎車系統(tǒng)需要專用的氣體輸送管道，并且管道很容易受到溫度變化的影響，例如：在冬季的話，由于溫度相對較低的話，很容易出現(xiàn)爆裂的現(xiàn)象，這時就需要給管道進(jìn)行升溫處理，并且加之安全繩是的長度無法確定，這樣就無法有效實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)剎。

3 輔助剎車系統(tǒng)

為了保證石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，僅僅有合理的主剎車系統(tǒng)是不夠的，還需要有是輔助是剎車系統(tǒng)的支持，常見的輔助剎車系統(tǒng)有：水剎車、電磁渦流剎車、伊頓剎車三種，并且與主剎車系統(tǒng)有效的結(jié)合，以此提升石油鉆機(jī)絞車的運(yùn)行性能。

3.1 水剎車系統(tǒng)

水剎車系在石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)中，較為常用輔助系統(tǒng)，主要是由旋轉(zhuǎn)主軸，以及同定與其上的轉(zhuǎn)子，并且將固定子在外殼內(nèi)，以此形成對稱轉(zhuǎn)子兩側(cè)定子，這樣是水箱組成的重要部分。同時，利用水箱水位高度的不同，給轉(zhuǎn)子不同的水利力矩，以此對石油鉆機(jī)絞車的運(yùn)行速度進(jìn)行有效的控制。

3.2 電磁渦流剎車系統(tǒng)

（1）電磁蝸流剎車系統(tǒng)在石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)中，其運(yùn)行效果也是非常好的，在運(yùn)行期間，主要是以電磁感應(yīng)器原理為主，實(shí)現(xiàn)無磨損力矩制動，以此提升石油鉆機(jī)絞車的運(yùn)行性能。但是，電池渦流剎車系統(tǒng)在運(yùn)行的時候，需要根據(jù)情況對控制器手柄角度進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，并且對定子和轉(zhuǎn)子的勵磁電流嚴(yán)格控制，以此改善轉(zhuǎn)子制動轉(zhuǎn)矩、以及控制游動系統(tǒng)的上等、下降的速度，避免產(chǎn)生運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

（2）電磁蝸流剎車系統(tǒng)相對較為簡單，在后期維護(hù)的時候，可以實(shí)現(xiàn)整體拆卸和安裝。同時，由于電磁渦流剎車系統(tǒng)的運(yùn)行原理為無磨損力制動，所以在長期運(yùn)行的時候，會產(chǎn)生大量的熱量，這時就需要進(jìn)行降溫處理，尤其是定子。常見的降溫方式有水冷卻和風(fēng)冷卻等方式，其中水冷卻主要是在運(yùn)行現(xiàn)場配備儲存輔助系統(tǒng)，或者循環(huán)系統(tǒng)，但是占用空間面積相對較大，再加上冬季冷水存儲性難度相對較大， 其使用受到一定的局限。然而，風(fēng)冷卻主要是利用電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行降溫處理，并且可以將其直接安裝在系統(tǒng)裝置中，不會占用較大的空間。由于電機(jī)風(fēng)的穩(wěn)定性較好，可以大大提升電磁渦流剎車系統(tǒng)的使用性能，以及使用壽命，該方式也被廣泛的應(yīng)用。

3.3 伊頓式剎車系統(tǒng)

（1）伊頓式剎車系統(tǒng)與上兩者輔助剎車系統(tǒng)有著很大程度上的不同，主要是利用空氣壓縮剎車的方式，確保石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行的穩(wěn)定性。伊頓式剎車系統(tǒng)在運(yùn)行期間，僅僅需要對空氣閥門進(jìn)行合理操作，主要使壓縮空氣進(jìn)入其氣缸以后，促使活塞運(yùn)行，并且時壓緊盤帶制動板處于良好的運(yùn)動狀態(tài)是。同時，伊頓式剎車系統(tǒng)在運(yùn)行的時候，主要是由摩擦盤組件、連接組件、壓緊盤組件、散熱組件以及傳動輪等方面組成。

（2）伊頓式剎車系統(tǒng)將綜合氣動水剎車、空氣冷卻式剎車系統(tǒng)進(jìn)行融合，并且其結(jié)構(gòu)較為靈敏，可以有效提升石油鉆機(jī)絞車剎車系統(tǒng)的性能。同時，與其它輔助剎車系統(tǒng)相比，系統(tǒng)設(shè)備裝置的重量相對較輕，可以根據(jù)實(shí)際情況滿足不同的運(yùn)行需求。但是，伊頓式剎車系統(tǒng)在運(yùn)行起期間，需要處于一個相對封閉的環(huán)境，并且應(yīng)當(dāng)設(shè)置保護(hù)罩，避免其故障的產(chǎn)生，并且還需要根據(jù)實(shí)際情況，配置合適的冷卻在裝置，常見的冷卻裝置為：儲存水裝置、循環(huán)水冷卻裝置。另外，需要對氣缸進(jìn)行定期的清理，確保其精準(zhǔn)度，并且需要對元器件進(jìn)行定期的更換，避免影響伊頓式剎車系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

4 結(jié)語

鉆機(jī)絞車在石油生產(chǎn)中，占據(jù)著重要的地位，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，直接影響著石油生產(chǎn)的效率。因此，必須選擇合理的石油鉆機(jī)絞車主剎車系統(tǒng)和輔助剎車系統(tǒng)，這樣才能確保石油鉆機(jī)絞車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。但是，由于石油鉆機(jī)絞車的主剎車系統(tǒng)和輔助剎車系統(tǒng)都有著自己的運(yùn)行原理，以及優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其運(yùn)行效果也是不同，這樣就需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇安全性、穩(wěn)定性、以及經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的系統(tǒng)模式，做到提升石油鉆機(jī)絞車性能的同時，確保石油生產(chǎn)的效率以及經(jīng)濟(jì)效益。