新型游梁式抽油机刹车锁紧装置的研究及应用

陈洪山 万丽红 孙小海 张剑强 薛华峰 王又坤

摘要：游梁式抽油机刹车系统是保证抽油机安全操作的核心部件。本文分析了刹车失效的原因以及应用的刹车锁紧装置存在抽油机溜车后解锁困难的问题，研制了游梁式抽油机刹车锁紧装置。该装置具有结构简单、操作方便，性能可靠的特点，特别是能从根本上杜绝抽油机溜车的潜在风险，为一线工人提供了可靠的安全保证，满足了生产需要。现场应用表明，该刹车锁紧装置具有较好的推广价值和应用前景。

关键词：抽油机;刹车;锁紧装置;解锁

一、引言

刹车系统是保证抽油机安全操作的核心部件。在抽油机日常维护、保养及油井维护、修井作业等操作中，因刹车失灵、刹车不牢固、误松刹车等现象会造成抽油机溜车伤人或设备损坏事故。因此，必须对刹车系统进行改造，以提高其安全性和可靠性。

二、抽油机刹车失效原因分析及刹车锁紧装置应用现状

1、刹车制动系统失效原因分析

目前抽油机使用的刹车属于机械摩擦式制动装置，主要依靠刹车片对刹车轮产生静摩擦力，从而对刹车轮及与其相衔接的减速箱输入轴产生静扭矩，达到工作制动。刹车制动后，受刹车片老化、磨损严重、刹车行程调整不当内在因素及井筒内压力、液柱发生变化是悬点载荷改变、调整平衡块后，配重和曲柄的位能发生变化，误松刹车、误起抽油机等操作失误的外在因素影响，刹车片与刹车轮之间仍然存在产生相对滑动的趋势，导致刹车失效，造成抽油机溜车。

以上原因导致抽油机刹车系统存在失效，容易造成人员伤亡，设备损坏的安全隐患，从根本原因分析刹车片与刹车轮摩擦力不够是导致刹车系统失效的最主要原因。

2、刹车锁紧装置应用现状

为了消除因刹车失效带来的安全隐患，现场应用了插杠式和棘轮式刹车锁紧装置，插杠式利用安装在减速箱上的油管与大皮带轮轮辐配合，实现限位，防止溜车，而棘轮式是利用棘爪与棘轮卡槽配合，实现限位，防止溜车，都有操作简单便捷，安全可靠的优点，但是，缺点也很明显，解锁困难，尤其对于中、重型抽油机，需要用吊车解锁，费事费力，影响油井采油时率，需要安装专用刹车轮，投入成本大，不利于推广应用。

针对抽油机刹车系统存在的不安全因素和刹车锁紧装置存在的缺陷，需要设计一种新型刹车锁紧装置以达到防止抽油机溜车的目的。

三、技术分析

1、设计思路

刹车片与刹车轮的摩擦力大小与刹车片的粗糙程度、接触面的大小、摩擦方式以及压力的大小有关。

通过增大刹车片與刹车轮的接触面积、改变刹车片的材质来增大摩擦系数以及改变刹车系统的摩擦方式，就需要对现有刹车系统进行改造，投入成本较大，因此以上三个思路不可行。

对于增大刹车片对刹车轮的压力，我们认为比较容易实现，因此，我们设计的抽油机刹车锁紧装置就是依靠增大刹车片与刹车轮的压力，来保证锁紧效果。

2、结构及工作原理

游梁式抽油机刹车锁紧装置如图3所示，该装置采用双螺母锁紧结构，刹车系统主体结构不变，将刹车销加长，刹车销一侧安装调节螺母，在刹车摇臂侧新安装一个带支撑板的∏形槽钢，槽钢内置锁紧螺母，槽钢外侧焊接一个与刹车摇臂配合的防偏槽。

作业前，通过调整调节螺母使刹车片张合度合适，刹把行程在1/2～2/3处。停机、刹车，摇臂通过杠杆作用到∏形槽钢，使刹车片闭合，达到制动作用，此时∏形槽钢内的锁紧螺母处于松弛状态，再利用专用工具旋紧锁紧螺母，将∏形槽钢压紧。通过锁紧螺母和调节螺母的共同作用，进一步增大刹车片与刹车轮的摩擦力。防偏槽可防止旋紧锁紧螺母时刹车摇臂发生偏斜而使刹车松动，保证操作人员安全。

3、现场试验

为验证其锁紧效果，我们选取一口12型游梁式抽油机进行试验，该抽油机的4块配重全部移至曲柄末端。

在抽油机下死点卸掉驴头负荷，慢松刹车，将曲柄停在水平位置，此时处于水平位置的曲柄和4块配重块的位能最大（4块配重7.2吨）;刹紧刹车，旋紧锁紧螺母，通过观察，刹车未见松动;随后我们又松开手刹把，此时，摇臂与∏形槽钢脱离，但锁紧螺母和调节螺母仍处于旋紧状态，观察刹车系统，未见松动，曲柄纹丝不动。

解锁时，拉紧刹把，作用力通过摇臂作用到∏形槽钢后，再卸松锁紧螺母，刹车实现解锁，慢松刹车，曲柄向下旋转。通过实验，该装置达到了锁紧刹车的目的，操作简单，快速，锁紧刹车操作用时28s，解锁操作用时43s，且操作人员站在减速箱小平台上即可完成刹车锁紧和解锁操作，保证了操作安全。

4、技术性能

该刹车锁紧装置具有以下特点：

（1）结构简单，易于加工、改造，利于现场推广应用，适用于各种型号的游梁式抽油机;

（2）锁紧和解锁操作简单，快速方便，现场试验应用表明，新抽油机刹车锁紧装置锁紧和解锁时间控制在2min以内;

（3）相比棘轮式和插杠式刹车锁紧装置依靠限位原理来实现防溜车目的，新装置主要是依靠增大摩擦力实现锁紧，从根本上防止了刹车失效，杜绝了抽油机溜车现象，可靠性更高;

五、结论

游梁式抽油机刹车锁紧装置通过增大刹车片与刹车轮的摩擦力，能有效防止因刹车失效造成的抽油机溜车现象，避免了由此造成的人员伤害、设备损害等事故，具有结构简单，操作方便，安全可靠的特点，具有较好的推广和应用价值。

参考文献：

[1]石油化学工业出版社《采油技术手册》·1997年