钻机盘刹液压控制系统
钻机刹车系统及计算.
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 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。
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。
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。 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。 寿命长 减少辅助生产时间，节省成本。
刹车的分类
刹车按作用原理可分为： 带式 块式 盘式 石油矿场主要用带式，随着液压技术的发展，
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，在线圈周 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。
液压盘刹使用维护操作规程
液压盘刹使用维护操作规程1风险识别与控制措施1.1人身伤害1.1.1遇恶劣天气(大风、大雨、浓雾、大雪等)时，不得进行钻机液压盘刹安装作业。
1.1.2吊车操作人员证件齐全，开具吊装作业许可证，整个作业必须有专人统一指挥。
1.1.3吊臂旋转范围内不许有人，所有作业人员必须正确站位。
1.1.4安装液压盘刹时，在摘、挂绳套时，操作人要站稳、抓牢，防止滑跌，各处护罩与栏杆要齐全牢靠。
1.1.5高处作业挂好安全带，打榔头时戴好护目镜。
1.1.3.4严禁在未停车时检修保养液压盘刹系统，液压盘刹各固定螺丝及护罩齐全紧固，固定达标。
1.1.7在维修液压动力装置任何部分或管线之前，一定要先停泵，并卸掉蓄能器的压力1.2刹车块与刹车盘损坏在钻具下放过程中，特别是高速重载时，严禁长期在半刹（似刹非刹）状态下控制下放速度，以免摩擦块与刹车盘的先期损坏1.3刹车盘龟裂刹车盘在高温时严禁急淋冷水，以免产生聚冷龟裂。
下钻前要开动水泵进行冷却水循环，直到下钻完毕时持续循环10～15分钟后才能关闭水泵。
1.4刹车失灵严禁油类或硬物进入刹车盘与摩擦块之间，以免打滑或损坏刹车盘。
1.5上顶下砸过卷阀、数显防碰装置调整到合适位置，刹把操作要提前减速。
1.3.4液压盘刹的损坏起下钻过程中，特别在快速起下钻过程中，严禁操作驻车制动手柄、紧急制动按钮。
否则将造成钻机设备的严重损害。
2操作规程开机前的准备工作：检查各管路连接是否正确；开启吸油口阀门、柱塞泵泄油口阀门；关闭蓄能器组回油阀门；接通外部电源；开启气源。
！警告！开机前，必须确保柱塞泵吸油口和泄油口的截止阀都已经打开，否则将造成柱塞泵的严重损坏。
！注意！驻车制动只有安全钳参与制动。
为了确保安全钳油缸内大刚度碟簧有足够的弹力，每12个月至少更换一次碟簧组。
3维护与保养由于在盘式刹车装置应用了液压系统，它比传统的带刹车要复杂得多。
特别是一些对污染物敏感的液压泵、液压阀及液压油缸等，这些高性能元器件引入需要比带刹车装置给予更多、更精心地保养。
盘刹及液压站操作维护保养规程
盘刹及液压站操作维护保养规程一、盘刹及液压站操作规程（一）准备工作1.检查所有外围接线是否正确。
2.检查各管路连接是否正确。
3.打开蓄能器截止阀。
4.合上电控箱空气开关接通电源。
5.开启气源；（二）启动正常工作1.工作刹车正常钻井时，工作钳为主刹车。
刹车手柄的位置由零位到最大位置对应着零刹车力到最大刹车力。
在工作中，若发现工作钳刹车滞后，应及时调整刹车块与刹车盘之间的间隙以及检查蓄能器压力并补充氮气。
司钻应根据刹车钳压力表的显示来确定刹车力大小，且勿猛拉猛推刹车手柄。
2.紧急刹车正常工作时应旋出紧急制动按钮。
当司钻离开操纵台、停机、或者遇到紧急场合时按下紧急制动按钮，工作钳和安全钳同时参与制动进行刹车，工作钳压力表显示为系统压力，安全钳压力表显示为零。
司钻离开司钻房或者停机时必须按下紧急制动按钮，确认工作钳压力为系统压力，安全钳压力为零。
否则会造成严重事故。
3.驻车刹车正常工作时将驻车阀手柄扳到“释放”位置，使安全钳缸进油，压缩蝶簧从而解除安全钳的刹车。
当停机、司钻离开操纵台或调整安全钳间隙时（需要单独打开或者锁紧安全钳），驻车阀手柄扳到“驻车”位置，安全钳刹车。
4.辅助刹车电磁涡流刹车或其它型式的刹车为辅助刹车，为了降低摩擦块及摩擦盘磨损，减少摩擦盘的发热量，特别是悬重大、井深、游车下放速度快时用好辅助刹车尤为重要。
5.防碰刹车当防碰过卷阀、天车防碰阀或电子防碰起作用时，将一个气信号送给控制回路，工作钳和安全钳同时进行刹车，实现防碰紧急刹车。
二、盘刹及液压站维护保养规程1.在滚筒缠绳后，检查安全钳和工作钳两控制管线是否接反，否则控制手柄的释放和刹车功能相反，紧急制动按钮按下去后则变成了完全打开的状态，容易造成重大安全事故。
2.检查电控盘刹的电控开关常开与常闭端子是否接反，否则同样会造成控制手柄释放和刹车功能相反，容易造成重大安全事故。
3.在绞车缠绳后，严禁盘刹管线、不同型号阀类零件、电气元件互相替代，防止发生重大事故。
钻机液压系统简介
液压阀件位 在司钻房内，安装在操 在液压站里，液压阀件不进
置
作台上。
司钻房。
液压管线
须进司钻房，包括与液 不进司钻房，只信号电缆与 压站的连接管线和与制 液压站相连。 动执行机构的连接管线。
液压盘刹功能描述
➢ 工作制动: 通过操作刹车阀的控制手柄，调节工作钳对制动盘 的正压力，从而为主机提供大小可调的刹车力矩，满足送钻、 起下钻等不同工况的要求。
➢ 紧急制动: 遇到紧急情况时，按下紧急制动按钮，工作钳、安 全钳全部参与制动，实现紧急刹车。
➢ 过卷保护:当大钩提升重物上升到某位置，由于操作失误或其它 原因，应该工作制动而未实施制动时，过卷阀发出信号，工作 钳和安全钳全部参与刹车，实施紧急制动，避免碰天车事故。
➢ 驻车制动: 当钻机不工作或司钻要离开司钻房时，拉下驻车制 动手柄，安全钳刹车，以防大钩滑落。
电磁换向阀
两位四通
液控换向阀
3WH6B53图形符号
比例减压阀
气控换向阀 4WP6D50图形符号
继动阀
液控式与电控式的区别
操作方式
液控式
电控式
操作原理
手动液压控制。 由司钻直接操作液压司 钻阀、驻车阀和紧急制 动阀来实现工作刹车、 驻车和紧急制动等功能 的操作。
电控液压控制。 由司钻直接操作电子刹把、 驻车按钮和紧急制动按钮来 控制相关的电磁阀件，从而 实现工作刹车、驻车和紧急 制动等功能的操作。
➢压力控制元件 ➢流量控制元件 ➢方向控制元件
电液换向阀
中位
左位
右位
PSL 德国HAWE比例多路换向 型阀
PSL-5多路阀，“O”机能，控制B口压
力
P
P
P
PSL-5多路阀，“J”机能，控制A、B口压力
利用DDVC技术改造盘刹控制系统
写 ， 为 直接 驱 动 容 积 控 制 ， 典 型 的控 制 原 理 如 称 其 图 １ 交 流伺 服 电机 既担 任 系统 的驱 动 ， 能 同 时按 。 也 指令 （ 速 、 向、 转 矩 ） 变 电机 自身 的动 作 ， 变 变 限 改 且
应 有驱 动 器与其 配套 使 用 ， 动器 主要 由变 频 器 的 驱
控制器 组成 。
ＤＤ ＶＣ控制 系统 具有 如 下特 点 ： ａ 液 压 回路是 闭式 回路 ， 箱很 小 。 ） 油 ｂ 油泵 为 双旋 向定 量泵 。 ）
１ 交 流 伺 服 电机 ；一 双 向 液 压 马 达 ； 液 控 单 向阀 ； ２ ３
４ 蓄 能器 ；一 单 向 阀 ；一 溢 流 阀 ； ５ ６
术 水平 。
关 键 词 ： 机 ； 井 机 ；盘 刹 ； ＤＶＣ； 化 设 计 钻 修 Ｄ 优 中 图 分 类 号 ： Ｅ ２ Ｔ ９３ 文献 标识 码 ： Ｂ
近几 年 ， 钻机 、 修井 机技 术 朝着 机 、 液一 体化 电、
损 失小 ， 热量 少 。 发
ｄ 一 般液 压 系统 中必用 的换 向阀 、 流 阀 、 ） 节 溢
方 向发展 ， 高 了 自动 化 、 械 化水 平口 。盘 刹 就其 提 机 ］ 技术本 身 而 言是 机 、 、 一体 化 的技 术 产 品 ］ 相 电 液 ， 对 于带 刹其 使用 功 能上 有 所 扩 展 ， 制 性 上 有 很 大 控 提 高 ， 就 系统本 身 而言 存 在着 如下 问题 ： 系统 较 但 ① 复 杂 ， 其是 液 控 系统复 杂 ， 尤 主要 是 由各 功能 阀或 相
选 择交 流伺 服型永 磁 同步 电机 。 转矩平 衡方 程为
Ｔ。 一 ＋ Ｄ （ ４）
石油钻机液压盘式刹车安装操作与维护保养规程
石油钻机液压盘式刹车安装操作与维护保养规程1 范围本规程规定了液压盘式刹车的安装、操作及维护保养的方法。
本规程适用于液压盘式刹车。
2 安装2.1 安装刹车盘2.1.1 刹车盘的工作表面对滚筒轴的跳动不大于0.3mm。
2.1.2 刹车盘清洗干净，摩擦面严禁沾染任何油污。
2.1.3 对于水冷式刹车盘，还需联接进、出水管。
2.2 安装刹车钳、钳架2.2.1 将上、下过渡板紧固于钳架上。
2.2.2 将刹车钳安装于钳架上，应转动灵活、无卡阻、无蹩劲现象。
安装安全钳时，需旋转调节螺母，使两个刹车块之间的距离最大，以便钳体的安装。
2.2.3整体安装到绞车。
2.3 安装找正要求：2.3.1 刹车盘外圆与钳架内圆之间的间隙应均匀，不允许与钳架有干涉现象。
2.3.2 钳架与刹车盘应平行、对中，偏差为±1mm。
2.3.3 刹车块应包容在刹车盘之内。
2.3.4 所有刹车块应平行、完整的贴合刹车盘，贴合面不少于75%。
2.3.5 调整找正后，分别将上、下过渡板焊接在绞车底座的设计位置。
2.4 安装液压站、操作台将液压站、操作台安装于设计位置。
2.5连接液压管路2.5.1 用高压软管将液压站、司钻操作台、制动执行机构按照设计要求连接成一个完整的液压系统。
在需要拆开运移的地方，设有快速接头，以方便拆卸，防止污染液压管线。
2.5.2安装前要注意所使用管线内洁净，金属管道内无锈蚀，管接头安装密封件，应严格按照油口标记连接液压管线。
2.5.3保证快速接头在工作状态中，不得受外力及重力的作用。
不得带压插拔，拔下后用护帽封堵；插接时，注意清洁，不得虚接。
2.5.4 液压管路间隔1.5～2米应有管夹固定。
2.5.5 管路布置应位于安全地带，避免损伤。
2.6 连接气路管线气路管线的连接就是将过卷阀的气信号与操作台的气动接口连接好。
2.7 电路的连接液压站电控箱的接线请参照液压站电控原理图进行接线。
接线的插头或插座应符合相关技术标准和安全防爆规范。
石油钻机盘式刹车液压系统浅析
- 21 -第9期1-液压站；2-操作台；3-液压盘式刹车图1 液压盘式刹车及其液压站石油钻机盘式刹车液压系统浅析张向龙1，肖生珺2，武哲1，邓文杰1，张海万1（1.兰州兰石重工有限公司， 甘肃 兰州 730314）（2.兰州兰石国际工程公司， 甘肃 兰州 730314）[摘 要] 液压盘式刹车广泛运用于石油钻机中，液压站是专门为石油钻机设计配套的液压辅助设备，主要为石油钻机液压盘式刹车的工作提供动力源。
本文结合盘式刹车工况，分析了几种较常用的盘刹液压系统，钻机设计应选择更合理、更安全可靠的液压系统。
[关键词] 液压盘式刹车；石油钻机；液压站；分析比较作者简介：张向龙（1983—），男，甘肃靖远人，本科学历，工学学士，工程师。
研究方向：石油钻机总体设计、锻压操作机设计。
1 液压盘式刹车及液压站简介本世纪初，随着液压技术逐步运用于多种工程技术领域，石油钻采行业装备技术水平随之更新换代，液压盘式刹车技术开始广泛运用于石油钻机绞车的制动中。
它有着制动可靠、制动力矩大、反应灵敏、能量损耗小等优点。
经过多年的优化改进，现已成为石油钻机中至关重要的设备。
1.1 液压盘式刹车液压盘式刹车为钻机的制动装置，它由刹车钳、钳架、刹车盘组成，刹车钳分为常开式工作钳和常闭式安全钳两种型式。
可实现实际工况中工作制动、紧急制动、驻车制动、过卷制动等几种制动方式。
1.2 盘式刹车所配液压站此装置为盘式刹车提供动力源，通常分为动力单元、控制单元、辅助单元。
动力单元通常选用恒压变量柱塞泵及三相异步交流防爆电机，恒压变量柱塞泵具有压力平稳、噪音低、输出功率大、系统发热低等优点，能满足盘刹液压系统的工作要求。
控制单元中通常采用电磁阀控制刹车钳，为保证系统安全正常工作，在动力单元后配系统安全阀。
系统配备加油组件，加油组件由一台手摇泵、过滤器组成，油箱加油时，通过加油泵组完成，以保证油液的清洁度。
辅助元件：为保证系统正常工作需要设置油温液位计、进油滤清器、回油滤清器、空气过滤器、电加热器等辅助元件。
石油钻机盘式刹车制动系统
液压盘式刹车装置应安全使用刹车系统是钻井机械的关键要害装置。
钻井作业过程中主要承担以下工作：起下钻时，刹慢或刹住滚筒，控制下放速度，悬持钻柱；旋转作业时，控制滚筒转动，调节钻压，送进钻具。
在美国，刹车系统被认为“对钻井效果影响极大”；在欧洲，刹车系统被称为“一种非常危险的装置”；在我国油田，广泛流传着“司钻手中三条命”的说法，这些都表明了刹车装置对于钻井作业的重要性。
重视安全作业问题液控盘式刹车是一项集液压动力、液压传动及控制和机构执行于一体的新技术。
该产品是同时具备常开式和常闭式制动钳的复合制动系统。
近年来，液压盘式刹车装置已经成为钻机的标准配置，修井机和通井机也逐步开始安装使用液压盘式刹车装置。
液压盘式刹车装置的应用，不但改变了传统的带式刹车长期制约钻井技术进步的现状，提高了钻井的技术性能，改善了一线操作人员的劳动条件，提高了钻井的安全可靠性，而且为自动化钻井、智能化钻井解决了一项钻机核心部件的基础性关键技术。
但是，近几年随着石油勘探任务的加重，钻井作业队的数量不断增加，钻井作业过程中安全问题不容乐观。
特别是替代传统的带式刹车的新型液压盘式刹车装置是近几年才推广的新技术，由于仿冒产品的相继流入市场，过去使用带式刹车经常发生的顿钻、溜钻事故现在又重新抬头，时有发生，给钻井生产带来了严重的安全隐患。
钻机刹车装置是一个应引起包括研发、设计、采购、生产、使用及维修各个环节都要高度重视的关键部件。
为推广、应用好液压盘式刹车装置，尽量避免钻修井设备再因刹车问题产生事故，作为国内最早进行石油设备用液压盘式刹车技术的研究，并一直推广其应用的科研机构，中国石油勘探开发研究院采油采气装备所（原石油机械研究所）液压盘式刹车技术人员协同生产、应用方面的人员在认真总结液压盘式刹车装置使用经验的基础上，写成本文，希望给液压盘式刹车装置的现场使用人员提供可以借鉴的意见。
典型事故案例案例1：2008年2月，某钻井队在钻井接单根时发生顿钻事故。
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钻机盘刹液压控制系统
盘式刹车具有刹车力矩容量大，制动效能稳定，耐衰退性能好，制动灵敏，操作省力，更换
维修方便结构紧凑，便于专业化、系列化生产等优点，国内外各工业部门均将其视作先进的
制动技术加以研究和发展。
工作原理：盘式刹车控制系统由液压元件和气控元件组成。
液压控制系统的工作原理：液压控制系统的动力，是用2套规格相同的液压泵分别作为主液
压泵2和备用液压泵2，主液压泵由电动机驱动，备用液压泵由气马达6带动。
当停电或主液压泵出现故障时，按下按钮阀7，备用液压泵2就可代替主液压泵2短时间向系统供油，不影响钻井作业。
根据液压站提供的油压是松闸或是紧闸状态，盘式制动器又可分为常闭式和常开式两种。
图3为液压控制系统工作原理图，液压系统分为4个部分：一是油液供给系统，它主要由油箱、粗滤油器1、油泵2、精滤油器3,安全阀4以及单向阀5组成。
二是正常刹车部分，它主要由两个减压刹车阀6和9，二位三通换向阀7和8组成。
三是安全刹车系统，它主要由二位三通换向阀7、8、14、两位两通换向阀15、蓄能器10、延时阀11、单向阀12和减压阀13组成，四是气控系统，它由1个手动二位三通换向阀和1个气控二位三通换向气阀组
成。
液压控制系统的主油路可分为正常工作部分和安全刹车部分。
正常工作时,液压油经吸油管由泵2打出,经精滤器3和单向阀5由油路b、c分别进人两个叠加式减压刹车阀6和9,再经换向阀7和8到刹车钳油缸通过刹把组件可以调节叠加式减压刹车阀,即调节刹车钳油缸内油压值的大小。
当刹把处于零位时,叠加式减压刹车阀出口压力最大,此时绞车处于工作状态。
当需要刹车时,司钻仅需下压刹把,使其出口压力降低,便可达到刹车的目的。
司钻可凭手感
x和压力表控制刹车力矩的大小。
安全刹车用在正常刹车失灵或防碰天车系统需要及其它紧急情况下，此时二位三通换向阀
7、8、14同时换向,使一部分刹车油缸直接回油,另一部分刹车油缸和延时缓冲系统沟通,实现二级制动,达到应急安全制动的目的。
另外,当防碰天车气控信号接通时,可以使换向阀7、8、14换向。
同时两位两通换向阀15处于图右位置，这样就可不执行二级制动，实现紧急刹车，达到防碰天车的目的。
二级制动的概念是当钻柱重量较大,如果刹车太突然,会产生很大的冲击载荷。
因此刹车时并
不把刹车所需要的全部力矩一次加上,先施加一个较小的力,使滚筒速度减慢,通过延时系统经过一段很短的时间后再施加剩余刹车力,从而使刹车平稳。
液压控制系统
液压控制系统的主要作用是向刹车钳提供压力油,以获得不同大小的刹车力矩,从而达到调节钻压、送进钻具、悬持或刹住钻柱等目的。
液压控制系统的动力选用两套规格相同的油泵,主油泵由电动机驱动,应急泵由气马达带动。
当停电或主油泵出现故障时,可由应急油泵代替主油泵短时间工作,不影响钻井作业。
液压控制系统的油路有工作刹车和安全刹车两部分为
符合司钻的工作习惯,工作刹车部分设有一个刹把司钻可用刹把调节刹车阀压力大小以获得
不同的刹车力矩安全刹车部分在紧急情况或正常刹车失灵时使用,刹车液缸内的压力油迅速
回油,以实现安全制动安全制动时为避免产生冲击载荷,特设计了一个延时缓冲系统另外还设
置了一防碰天车气控回路,当防碰天车气控信号接通时,可实现紧急制动换向阀均采用气控换
向阀,这样既能满足钻机的安全需要,又利用了钻机现有的控制气源。
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3.4工作原理
工作制动：拉动电子刹把，输出一个电信号经电控箱放大后控制比例先导阀，比例先导阀输
出相应的压力油，控制继动阀输出相应压力值的液压油进入左右路工作钳，实现工作制动。
随着电子刹把的角度改变，工作钳的制动力也相应改变，当电子刹把角度最大时，工作钳的
制动力也达到最大，处于全制动状态。
将电子刹把推回原始位置，工作钳油缸压力为0，工作钳松闸。
两个继动阀分别控制左右两路工作钳。
驻车制动：驻车制动操作为一个转换开关，
控制驻车电磁换向阀得电、失电。
转换开关“刹”位为失电，安全钳制动；转换开关“松” 位为得电，安全钳松闸。
控制的基本原则是失电刹车。
解除驻车制动时，必须先拉动“电子
刹把”刹住载荷，然后将转换开关转到“松”的位置，才能松开安全钳。
紧急制动：紧急制动操纵件为一个急停按钮，控制电磁换向气阀（11）得电、失电。
按下按钮，电磁铁失电，系统处于紧急制动状态；旋转抬起按钮，电磁铁得电，解除紧急制动状态。
控制的基本原则是失电刹车。
解除紧急制动时，必须先拉动“电
子刹把”刹住载荷，然后旋转抬起按钮，才能解除紧急制动。
过卷/防碰保护：当大钩提升重物上升到某位置，由于操作失误或其它原因，应该工作制动而未实施制动时，天车附近处
安装的气动行程阀（或绞车上安装的过卷阀）由于外力碰撞而动作，使气路接通。
过卷/防碰保护操作分常供气、常断气两种情况：l常供气，即正常工作时，气控换向阀控制端通气
源，这时，由电控液压盘式刹车装置使用操作维护手册工作原理及结构特征过卷/防碰阀输出的气信号控制气控换向气阀换向，切断气源，实现紧急制动。
l常断气，即正常工作时，气控换向阀不通气，过卷/防碰阀输出的气信号直接控制气控换向
阀换向，实现紧急制动。
误操作保护：需要解除驻车时，必须先把电子刹把拉至“刹”位，再推驻车手柄，才能解除，
以保证安全。
若司钻操纵时，没有按照规程执行，先推驻车手柄，此时，驻车制动不但没有
解除，反而工作钳也处于全制动状态，实现误操纵保护功能。
它强迫司钻必须按规程操作。
注意：误操作保护功能的缺点是：在正常作业过程中，如果较长时间未进行手柄操作，则可
能启动误操作保护功能，进行紧急制动。