鉆機(jī)液壓盤式剎車系統(tǒng)工作原理與維護(hù)分析

喬福家

（中國石油川慶鉆探工程有限公司國際工程公司，四川成都 610051）

0 引言

大型石油鉆機(jī)在當(dāng)前油氣資源的勘探開發(fā)中的應(yīng)用非常廣泛，在石油鉆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)中，液壓盤式剎車是非常重要的組成部分，主要發(fā)揮鉆機(jī)制動(dòng)作用。只有充分保障液壓盤式剎車的穩(wěn)定性和可靠性，才能有效提升鉆機(jī)運(yùn)行的安全性。因此，針對(duì)液壓盤式剎車的基本運(yùn)行原理及維護(hù)方式進(jìn)行探討，對(duì)提升石油鉆機(jī)的運(yùn)行效果有重要意義。

1 液壓盤式剎車

在石油鉆機(jī)的主體結(jié)構(gòu)中，液壓盤式剎車屬于非常重要的組成部分，剎車性能的有效發(fā)揮不僅直接決定了鉆機(jī)制動(dòng)效果，還與鉆機(jī)運(yùn)行有著緊密聯(lián)系（圖1）。液壓技術(shù)在20 世紀(jì)得到大力發(fā)展，尤其是在工程技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。進(jìn)入21 世紀(jì)后，石油鉆采技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，裝備技術(shù)水平得到了全面提升，在石油鉆機(jī)的絞車系統(tǒng)中，液壓盤式剎車得到了廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用于石油鉆機(jī)體現(xiàn)了制動(dòng)可靠、制動(dòng)力矩大、反應(yīng)靈敏等優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)行中的實(shí)際能耗較小，正逐漸成為石油鉆機(jī)中不可或缺的一種設(shè)備[1]。目前大部分石油鉆機(jī)使用的制動(dòng)裝置都是液壓盤式剎車，其主體包括剎車鉗、剎車盤和鉗架等部分，剎車鉗可分為常開式和常閉式2 種模式。在石油鉆機(jī)的運(yùn)行過程中，可以根據(jù)實(shí)際工況需求發(fā)揮出工作制動(dòng)、緊急制動(dòng)、駐車制動(dòng)和過卷制動(dòng)等5 種方式。

圖1 液壓盤式剎車及液壓站

（1）工作剎車。工作剎車是液壓盤式剎車最重要的功能[2]。工作剎車可以通過控制手柄實(shí)現(xiàn)操作，同時(shí)也可以通過操作工作鉗來對(duì)剎車盤施加壓力，通過這種方式就可以將剎車力矩傳遞給主機(jī)。而且這一力矩可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，讓鉆機(jī)在不同運(yùn)行工況下實(shí)現(xiàn)順利鉆進(jìn)。

（2）駐車剎車。鉆機(jī)停機(jī)過程中或操作人員暫離控制臺(tái)的情況下，一旦發(fā)生大鉤脫離滑落，可以通過駐車剎車功能進(jìn)行有效規(guī)避。

（3）緊急剎車。鉆機(jī)經(jīng)常會(huì)在外界因素干擾下進(jìn)行緊急制動(dòng)，此時(shí)只需要將緊急剎車按鈕按下即可完成制動(dòng)，而且在緊急制動(dòng)過程中工作鉗和安全鉗會(huì)同時(shí)產(chǎn)生作用。

（4）過卷/防碰保護(hù)。在大鉤將重物舉升到一定的高度的情況下，如果此時(shí)受某些因素影響，導(dǎo)致工作剎車不能正常運(yùn)行，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)過卷/防碰撞保護(hù)，進(jìn)而完成緊急制動(dòng)動(dòng)作。

（5）斷電自動(dòng)剎車。如果鉆機(jī)在運(yùn)行過程中系統(tǒng)出現(xiàn)了突然斷電等情況，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)剎車功能，通過緊急剎車來規(guī)避安全事故的發(fā)生[3]。

2 剎車液壓站

液壓盤式剎車的主要?jiǎng)恿υ炊紒碜杂谝簤赫?，通常情況下包括動(dòng)力、控制和輔助3 個(gè)不同單元。

（1）動(dòng)力單元一般會(huì)配置恒壓變量柱塞泵和三相異步電機(jī)，恒壓泵能保障液壓站在運(yùn)行過程中保持壓力平順，且在輸出大功率的同時(shí)保障低噪聲運(yùn)行，運(yùn)行過程中發(fā)熱較少，完全能滿足石油鉆機(jī)液壓盤式剎車的運(yùn)行需求。

（2）電磁閥是用來控制剎車鉗的一種控制單元，在動(dòng)力單元配置一個(gè)安全閥能保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。在整個(gè)剎車系統(tǒng)中配置了加油組件，該組件主要由過濾器和手搖泵組成，利用加油泵就可以完成油箱加油操作，而且能充分保障所加油液的清潔度。

（3）輔助元件的配置是為了保障液壓盤式剎車系統(tǒng)能正常運(yùn)行，通常情況下，針對(duì)石油鉆機(jī)的液壓盤式剎車會(huì)配置油溫液位計(jì)、進(jìn)油/回油濾清器、控制過濾器和電加熱器等相關(guān)的輔助元件。

3 液壓盤式剎車蓄能器工作原理

在液壓盤式剎車系統(tǒng)中儲(chǔ)能器屬于能量?jī)?chǔ)備裝置，其作用是在適當(dāng)時(shí)將系統(tǒng)能量經(jīng)過轉(zhuǎn)化后形成壓縮能儲(chǔ)備，系統(tǒng)在需要能量補(bǔ)給的情況下就可以將壓縮能補(bǔ)充給系統(tǒng)，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行[4]。

系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況下，如果出現(xiàn)瞬時(shí)壓力增加，儲(chǔ)能器就能將系統(tǒng)多余能量吸收，讓系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常。液壓油本身屬于一種壓力介質(zhì)，其壓縮性能較差，液壓油無法通過壓力能的方式進(jìn)行保存，要將系統(tǒng)中液壓油以壓力能的方式蓄積，就必須要借助于其他介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前在液壓系統(tǒng)蓄積液壓油的過程中經(jīng)常會(huì)采用囊式充氣蓄能器，該蓄能器主要包括了氣體部分、油液部分兩個(gè)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)壓力不斷升高的情況下，系統(tǒng)中部分液壓油會(huì)進(jìn)入蓄能器中，此時(shí)由于油液的進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致蓄能器中氣體被壓縮；在系統(tǒng)壓力下降的情況下，蓄能器中的空氣會(huì)產(chǎn)生膨脹并將油液重新壓回到液壓油路中，這樣就可以有效補(bǔ)充系統(tǒng)的壓力降。

在石油鉆機(jī)液壓盤式剎車系統(tǒng)中蓄能器通常會(huì)配置4 個(gè)膠囊，其中2 個(gè)用來為安全鉗實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保壓，系統(tǒng)泵停止運(yùn)行后，可以利用另外2 個(gè)膠囊實(shí)現(xiàn)左右兩路工作鉗的供壓。如果系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況下突然出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，可以利用膠囊蓄能為剎把手動(dòng)操作4～6 次制動(dòng)提供能量。

4 液壓盤式剎車系統(tǒng)維護(hù)措施分析

（1）液壓剎車系統(tǒng)在維護(hù)過程中要針對(duì)其液壓站濾芯進(jìn)行不斷強(qiáng)化保養(yǎng)，嚴(yán)格按照設(shè)備的使用需求來進(jìn)行濾芯的定期更換，按照6 個(gè)月周期來定期更換回油、高壓濾芯，按照12 個(gè)月周期來進(jìn)行加油、進(jìn)油濾芯的更換；按照12 個(gè)月周期來進(jìn)行安全鉗碟簧和工作鉗拉簧的更換。在檢修保養(yǎng)過程中，需要對(duì)安全鉗和工作鉗之間的間隙進(jìn)行詳細(xì)檢查，保障工作鉗的間隙始終處在1 mm 的范圍內(nèi)，安全鉗的間隙應(yīng)該保持在0.5 mm。為了保障間隙檢查的合理性，在維護(hù)過程中必須使用塞尺。

（2）要對(duì)油箱液面實(shí)施常態(tài)化檢查，一旦在檢查中發(fā)現(xiàn)液面過低，需要及時(shí)補(bǔ)充。如果油箱的液面在檢查過程中出現(xiàn)了非正常下降的現(xiàn)象，必須要及時(shí)針對(duì)系統(tǒng)可能存在油液泄漏的位置進(jìn)行及時(shí)檢查，快速定位漏點(diǎn)，并采取有效措施及時(shí)處理。通常情況下，液壓盤式剎車系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的工作溫度最大值能夠達(dá)到60 ℃，一旦溫度超過限值，說明液壓油此時(shí)可能存在被污染的情況，也可能是因?yàn)橹贸霈F(xiàn)了嚴(yán)重磨損導(dǎo)致，這時(shí)必須要及時(shí)停機(jī)檢查，同時(shí)找出問題所在并及時(shí)處理[5]。要想保障液壓盤式剎車系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，就必須要保障液壓油潔凈。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、添加過程中，需要使用專用加油系統(tǒng)，堅(jiān)決杜絕通過空氣濾清器加油而導(dǎo)致油液被污染。

（3）系統(tǒng)中的快速接頭要在設(shè)備運(yùn)行前進(jìn)行詳細(xì)檢查，保障快速接頭的正常運(yùn)行。在移動(dòng)管線或是管線意外膨脹的情況下也要對(duì)管線進(jìn)行及時(shí)檢查，確保管線不會(huì)損壞。還要對(duì)接頭是否存在虛接等情況進(jìn)行及時(shí)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)存在問題，需采取對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行解決。系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)緊固件要進(jìn)行及時(shí)檢查，查看是否存在松動(dòng)現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)存在松動(dòng)要及時(shí)進(jìn)行緊固。焊接件是保障設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)，運(yùn)行前要進(jìn)行嚴(yán)格檢查，重點(diǎn)對(duì)鉗體的焊縫進(jìn)行嚴(yán)格檢查，查看是否存在腐蝕或裂紋等現(xiàn)象，如果存在裂紋或腐蝕，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更換或維修。要保證剎車盤的最大磨損量不超過10 mm，即剎車盤的單邊磨損不能超過5.0 mm，在檢查過程中一旦發(fā)下剎車盤出現(xiàn)磨損超限的情況，必須要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或更換。

5 結(jié)束語

在石油鉆機(jī)作業(yè)中，液壓盤式剎車承載著絞車滾筒、游車、大鉤和鉆桿的制動(dòng)功能，是鉆機(jī)中的重要部件，一旦發(fā)生故障，可能會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果。在液壓盤式剎車的方案確定中，要根據(jù)實(shí)際工況和鉆機(jī)的規(guī)格和使用的場(chǎng)合，綜合考慮確定，以得出經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、滿足實(shí)際工況的液壓盤式剎車系統(tǒng)方案。