XJ-650型修井机绞车制动系统改进

赵有清

（青海油田井下作业公司，青海芒崖816400）

XJ-650型修井机绞车制动系统改进

赵有清

（青海油田井下作业公司，青海芒崖816400）

简述了修井机液压盘式刹车系统的工作原理。指出现有XJ650型修井机的气控带式刹车存在的问题。采用液压盘式刹车系统对该修井机进行技术改造，适应深井、复杂工况井等修井作业要求，并且使施工的劳动强度下降，安全性明显增强。

修井机；液压盘式刹车；技术改造

液压盘式刹车是西方石油公司于20世纪80年研制的新产品之一。使用液压盘刹装置取代带式刹车已成为国外石油钻机、修井机刹车系统进行技术改造或更新换代的方向。油田在用的XJ650型修井机是江汉石油第四机械厂生产的双滚筒自走式修井机，它主要由自走式底盘、角传动箱、滚筒及其刹车系统（带式）、伸缩式井架、游动系统、发动机及液力传动系统等组成。发动机功率485 k W（2 100 r／min），配置艾利逊传动箱，可将动力分别传递给底盘的驱动桥或台上的绞车系统。由于气控带式刹车的局限性，使该修井机已不能适应现代修井作业工艺的要求，需要进行技术改造。

1　存在问题及改进思路

随着油田修井深度的增加以及修井工况的特殊要求，修井机绞车钩载越来越大，带式刹车难以提供足够的制动力矩，不能满足特殊井的修井作业要求。另外，该修井机经过多年的使用，绞车刹车系统已达到更换刹车鼓的要求。为了更好地挖掘现有修井设备的潜力，节省设备购置资金，将XJ650型修井机的绞车带式刹车改造为液压盘式刹车［1-2］，提高设备的作业性能和安全性。

2　盘式刹车简介及计算

2.1工作原理

液压盘式刹车是将液压能转换成机械能用于绞车滚筒刹车的一种装置。它由2个装在滚筒轴端的刹车盘（用来代替2个带式刹车轮毂）、支架及支架上的2组工作钳（如图1）制动组和2组安全钳制动组、1套液压站及手动刹车阀等组成。工作钳组通过杠杆机构将油缸的推力转换为摩擦块对于刹车盘两边的正压力，从而产生摩擦力来实现刹车功能。安全钳组油缸内的弹簧力通过杠杆机构转换为摩擦块对于刹车盘两边的正压力，从而产生摩擦力来实现刹车功能，通过对常闭油缸供压力油而克服弹簧力，解除刹车。

图1　液压制动钳组

2.2转矩计算

绞车最大制动转矩计算式为

式中：β为动载系数，取β=2；QY为游动系统起升载荷［3］（最大钩载的70%），取QY=1 570×0.7= 1 102.5 k N；D2为滚筒缠绳的第2层直径，取D2= 480+29×2=538 mm；ηY为游车效率系数，取ηY= 0.81；ηT为绞车滚筒拉力系数，取ηT=0.015；Z为有效绳数，取Z=8。

代人数据计算得Mmax=90 k N。

工作钳总轴向推力为

式中：μ为摩擦因数，取μ=0．4；R为刹车盘有效摩擦半径，取R=0.75 m。

代入数据计算得F=300 k N，单边最大正压力N=80 k N。

工作钳个数：

因此，应选用4个工作钳。

2.3主要部件结构

通过以上计算结果确定液压盘式刹车部件结构（如图2）及其尺寸，主滚筒左右两侧各安装有1块刹车盘，每块刹车盘上安装有2个制动钳，上部为工作钳，下部为安全钳。

1） 更换绞车刹车鼓为液压刹车盘，安装在绞车滚筒的两端，通过螺栓与绞车联接，随绞车转动而旋转，确保刹车盘与绞车连接可靠。

2） 加装钢板支架连接盘式制动器支架，将其坐落在修井机大梁上，用来支撑工作钳组、安全钳组，并在刹车过程中传递反作用力。

3） 配备独立液压站，为液压刹车提供液体压力。

图2　液压盘刹部件结构

3　液压盘刹的技术参数

液压系统额定压力7 MPa

蓄能器公称容积6.3 L

工作钳摩擦块单边最大正压力80 k N

安全钳摩擦块单边最大正压力80 k N

安全钳弹簧安全工作次数≥2×106次

工作钳刹车力≥1 200 k N

安全钳驻车刹车力≥1 000 k N

紧急刹车力≥1 600 k N

4　盘式刹车系统的主要功能

4.1工作制动

工作钳（如图3）主要由摩擦块、闸靴、杠杆总成、支架总成及常开式单作用油缸等组成。工作制动是由刹把控制刹车阀实现的，阀的输出压力随着拉动刹把的角度呈比例变化，刹车阀的输出压力从0到最大系统工作压力。当给油缸输入压力油时，产生推力，制动力与油压成正比例变化关系。当油压达到一定值时，工作钳处于全制动状态。随着油压值变小，制动力也随之降低。当油压为回油压力时，在复位弹簧的作用下，通过杠杆使摩擦块脱离刹车盘，工作钳处于完全松开状态。拉动角度增加，刹车力成比例增大，实现工作制动。松开手柄，手柄自行复位，工作制动解除。

图3　工作钳

4.2驻车制动

安全钳主要由摩擦块、闸靴、杠杆总成、支架总成及常闭式单作用油缸等组成。安全钳的工作原理与工作钳相反，驻车制动阀即手动换向阀，拉动手柄，驻车制动阀换向，安全钳油缸卸压，安全钳内弹簧力使安全钳实现驻车制动。

4.3紧急制动

当用工作钳和安全钳同时刹车时，即可实现紧急制动，适用于特殊工况。

5　结论

1） 油田在用的XJ650型修井机采用气控带式刹车系统，由于刹车转矩不足，已不适用于深井、复杂工艺井。采用液压盘式刹车系统对其进行技术改造，可以挖掘设备的潜力，为油田提高产量提供设备保障。

2） 液压盘式刹车系统的结构简单，安全省力，操作方便。

3） 对修井机进行技术改造后，司钻在驾驶室内操作，工作环境好，同时大幅减轻了司钻的劳动强度。

4） 摩擦块的初始厚度为25.4 mm，最小允许厚度为13.4 mm，比同类产品的使用寿命长，减少了更换摩擦块的次数。

［1］陈金仪，鲍永庆，苗玉坤，等.液压盘式刹车在修井机中的应用［J］.石油矿场机械，2007，36（5）：90-93.

［2］李连峰，高栋梁，隋秀伟，等.修井机盘式制动器模态分析［J］.石油矿场机械，2011，40（3）：59-62.

［3］青海油田设备管理处.井下设备操作与维护手册［K］.2012.

Improvement of Brake System of XJ-650 Workover Rig

ZHAO Youqing
（Downhole Service Company，Qinghai Oil Field，Mangya 816400，China）

The working principle of hydraulic disc brake system of the hydraulic disc brake system is described in this paper.The problem of the existence of the pneumatic control belt brake for the XJ650 type of the well is put forward.The hydraulic disc brake system of the workover rig is adapted for technological reformation，which is suitable for workover operation in deep and complex well conditions，and the construction of the labor intensity is decreased，security is obviously enhanced.

workover rig；hydraulic disc brake；technical reform

TE935

B

10.3969／j.issn.10013482.2015.11.021

1001-3482（2015）11-0082-03

2015-05-12

赵有清（198），男，青海平安人，工程师，主要从事石油机械装备研究，Email：zhaoyouqing110＠163.com。

2015-05-20

秦宏生（1979），男，河南唐河人，2003年毕业于兰州理工大学机械设计制造及其自动化专业，现从事石油机械的设计与研发工作。