网电修井机液压盘刹系统的优化

摘要：本文针对目前国内外液压盘刹系统的应用，结合胜利高原利丰公司生产的SHL系列网电修井机液压盘刹系统的现场应用跟踪，提出了一系列的优化措施，如将双液缸直推式盘式刹车结构改为单液缸浮动式结构、将普通齿轮泵改为恒压变量泵、将普通手动选择阀改为手动减压阀等。

关键词：盘式刹车；恒压变量泵；手动比例减压阀；温度传感器

前言

近年来，石油修井机逐渐向电动化、自动化的方向发展，修井机绞车上所用的制动装置，逐步由带刹向液压盘刹所转化。在液压盘刹的应用过程中，由于加工技术、设计等相关原因，导致液压盘刹在现场使用过程中不理想，比如刹车钳长时间工作不可靠、刹车手柄感官不好、制动过程不柔和、液压系统发热等问题，如何改进液压盘刹系统，充分发挥其优点，更好的服务于现场作业，保证作业现场施工人员和设备的安全，成为我们必须面对和解决问题的关键。

一、盘式刹车的结构及发展现状

目前，盘式刹车主要是钳盘式结构，它以刹车盘和装有刹车块的刹钳作为制动偶件，刹车盘安装在绞车滚筒轴上，随滚筒一起旋转，刹车钳安装在支架上，并由液压油缸控制其运动。刹车钳通过液缸活塞的移动以夹紧或松开刹车盘，从而实现刹车或松刹。目前，石油钻机和修井机均用此类盘式刹车。

二、盘刹液压系统

1、高原利丰公司第一代盘刹液压系统

高原利丰公司生产的第一代车载式网电修井机盘刹液压系统分为安全钳液压系统、工作钳液压系统两部分组成。安全钳液压系统主要由齿轮泵、单向阀、溢流阀、蓄能器、过滤器、电磁阀、手动换向阀等部件组成。工作钳液压系统主要由齿轮泵、单向阀、溢流阀、手动换向阀、过滤器等部件组成。工作刹车时，由工作钳液压系统提供液压源，通过手动换向阀来控制工作钳进行制动；当遇到系统故障或停电时，系统可自动通过安全钳进行安全刹车。安全刹车时，安全钳电磁阀断电将压力泄掉，由碟簧提供刹车力刹车，在安全钳液压控制系统中加装了液压蓄能系统，系统断电时，可使用预蓄的液压油驱动安全钳将管柱下放到井口，以避免溜车事故的发生。

此设计在实际使用的过程中存在以下问题：

1）、盘刹液压系统与井口钳液压系统共用一个液压油箱，由于井口钳液压系统需要与液压油管钳通过快速接头连接，是一个开放的液压系统，在作业插拔快速接头的过程中，外界杂质很容易进入液压系统，对液压油造成污染，导致安全钳电磁阀经常性的卡阻不动作。安全钳电磁阀在井场断电、游动系统防碰时，需要电控系统将其断电，安全钳实现紧急刹车，因此是保障现场作业人员、设备安全的重要部件。该电磁阀工作的不可靠，给现场作业带来了极大的安全隐患。

2）、井场断电时，安全钳电磁阀断电，安全钳采取安全制动，此时如果管柱提升在半空中，需要将其下放到井口，防止溜车事故的发生。该设计方案中，需要将电磁阀处的球阀关闭将手动阀处的球阀打开，由于作业现场人员素质、作业习惯等方面的原因，往往不能很好的处理好液压回路流程。如果管柱下放完毕忘记将流程恢复到正常工作状态，就会导致电磁阀在紧急状况下起不到作用。

3）、工作钳液压系统的液压泵采用普通的外啮合齿轮泵，在不进行制动操作时，液压泵排出的油液全部由溢流阀排出，造成液压油温度急升，无法进行长时间的生产作业。

4）、工作钳刹车阀采用普通的手动换向阀，在进行制动操作时，无法进行柔和的制动，对游动系统的冲击较大，也无法精确地控制大钩停止的位置。

5）、由于冬季严寒条件下，液压油粘度大，导致电机过载、电流过高，电控系统热继电器频繁跳闸，同样无法进行正常的生产作业。

2、高原利丰公司第二代盘刹液压系统

高原利丰公司生产的第二代车载式网电修井机盘刹液压系统主要由恒压变量泵、过滤器、单向阀、溢流阀、蓄能器、手动减压阀、电磁阀、液控阀等部件组成。工作刹车时，电磁阀供电，液控阀处于工作位，安全钳供油处于松刹状态，通过手动减压阀来控制工作钳进行制动；安全刹车时，电磁阀断电，安全钳油路泄压，安全钳通过碟簧进行安全制动，同时液控阀回到紧急制动位，此时蓄能器与工作钳油路连通，通过预蓄的压力实现工作钳安全刹车。如果断电时管柱提升在半空中，可以启动备用电源（底盘车电瓶），给电磁阀供电，使液压系统恢复到正常工作状态，通过控制手动减压阀，利用蓄能器预蓄的压力来控制工作钳的张开和闭合，缓慢的将管柱下放到井口，以避免溜车事故的发生。

该设计较第一代盘刹液压系统进行了如下优化：

1）、液压泵由普通的齿轮泵改为恒压变量泵，在不进行制动时，液压回路压力始终保持在额定压力状态，这样使得制动操作时大大缩短了减压时间、有效解决了制动延时的问题。同时解决了传统齿轮泵通过溢流阀泄油的问题。

2）、在变量泵的卸油口处加装风冷却器。由于盘刹液压系统油箱容积为80L，散热面积小、散热条件不好，变量泵在长时间工作时，柱塞结构会产生大量的热量，液压油通过卸油口微量排出，最终会导致整个液压系统发热。风冷却器的加装，有效的解决了这一问题，保证了盘刹液压系统长时间工作时的稳定、可靠。

3）、在液压油箱内部加装温度传感器、电加热器。在冬季严寒条件下，液压油粘度大，流动性差，此时电控系统检测到温度信号低于正常设定值时，会启动电加热系统，避免了电机过流、热继电器跳闸的问题，有效的延长了液压盘刹系统的寿命，保证了作业生产的有序进行。

4）、工作钳刹车阀采用手动比例减压阀。手动比例减压阀可以实现制动时压力油按比例输出，以实现制动时工作钳不同刹车扭矩的输出，制动柔和，刹车位置精确，操作轻便、实现了传统带刹的制动效果，便于司钻操作、操作手感好。

5）、井场断电、游动系统过卷时，电磁阀断电，安全钳油路泄压采取安全制动，同时液压阀回到紧急制动位，工作钳通过蓄能器压力采取安全制动。该设计在紧急状态下两个刹车钳同时制动，同时兼顾了在电磁阀异常状态下不动作时，司钻仍然能够通过手动比例减压阀来实现紧急制动，安全性能较第一代盘刹液压系统大大提高。

6）、在主压力回路、两个刹车钳贿赂出加装了压力传感器，司钻在进行制动操作时，可以通过司钻房内的显示屏观察到盘刹液压系统压力情况，便于在异常情况下快速作出反应，有效地避免了安全事故的发生。

7）、安全钳、工作钳共用一个液压泵，简化了结构、减少了安装空间，降低了能耗、节约了成本，同时减少了维护和修理费用。

三、结论

网电修井机液压盘刹系统是作业生产时保障人员、设备安全的最为重要的屏障。我们应该充分认识到该系统的重要性，熟悉并掌握油田作业生产在不同工况下对该系统的特殊要求，进行合理的设计，使之能够在实际应用中保证稳定、安全、可靠，确保人员及设备的安全。

参考文献

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[2]张连山.《美国、加拿大、挪威石油钻机绞车盘式刹车现状与发展》[J].国外石油机械，1998.

[3]高向前.《SY/T6727-2008石油钻机液压盘式刹车》[S].石油工业出版社，2008.