基于AMESim液压盘式刹车系统建模与仿真研究

液压盘式刹车是当今石油钻机使用最广泛的制动系统,其工艺特性直接影响着钻井作业的安全性和经济性。为研究和评价液压盘式刹车的工艺特性,在分析液压盘式刹车的组成和工作原理的基础上,基于AMESim软件建立了液压盘式刹车系统的模型,对影响液压盘式刹车动态响应特性因素进行了仿真分析,并进行了试验研究。仿真和试验结果表明,基于AMESim建立的液压盘式刹车的数学模型是正确的,仿真分析直观、可靠,为石油钻机刹车系统的分析、优化以及刹车相关自动控制技术的开发提供了良好的平台。     

XJ250修井机液压盘式刹车液压控制系统仿真分析

以XJ250修井机液压盘式刹车的液压控制系统为研究对象,通过分析液压盘式刹车的液压控制系统结构,建立了基于全局流量与液压缸活塞运动方程的数学模型;构建了液压控制系统的AMESim仿真模型,设置了模型参数及仿真参数。以典型的正弦曲线液压源信号及激励电磁阀信号变化仿真研究工作制动液压控制系统响应性能,以阶跃开关信号突然开启模拟分析紧急制动液压系统响应。得到了工作制动及紧急制动过程中液压控制系统主要阀口处液压动态响应曲线,仿真结果与实际运行情况相符。该仿真分析为修井机液压盘式刹车液压控制系统性能的改进与完善提供了参考。     

新型气动盘式刹车的研制与应用

作为大中型钻机主刹车的液压盘式刹车安装复杂、投入成本和维护费用高、容易污染环境,而目前作为主刹车投入使用的气动刹车一是气动带刹复合结构,其可靠性低,灵敏度差、制动力矩小;二是气动水冷盘式结构,其绞车结构较小,需配备大的冷却系统。为此,设计了一种新型气动盘式刹车。它由气源系统、控制系统和制动执行机构3部分组成,结构简单、维护方便、投入成本低,现场应用效果良好。     

石油钻机盘式刹车制动系统

石油钻机配置盘式刹车制动系统的基本原则是制动系统工作可靠且具有良好的工艺特性。在此基础上,提出盘式刹车的刹车钳应由开式和闭式两种钳型组成,刹车制动系统由工作制动子系统、紧急制动子系统和驻车制动子系统组合而成,并指出制动系统应具有制动能力储备、安全保障系统和备用系统。同时,分析了ZJ50钻机盘式刹车制动系统的主要特点。     

盘式刹车系统的模糊优化设计

本文分析了盘式刹车系统在制动过程中存在的模糊性,指出这种系统不但要求耐磨损、寿命长,以确保刹车安全可靠,而且还应节约能耗,因而必须恰当地选取摩擦系数f及制动正压力F。同时论述了刹车系统的模糊优化设计模型,并举例进行了设计计算。     

盘式刹车块可靠性研究

石油钻机盘式刹车块的主要失效形式是磨损。其磨损寿命受多种因素的影响。这些影响因素有些属于随机现象，有些则属于模糊现象。文中根据刹车块的磨损变化曲线推出刹车块使用一段时间后的常规可靠度；同时，文中还对刹车块使用中的模糊性进行了较详细的阐述，并分析了刹车块在某磨损量下的模糊可靠度。     

钻机盘式刹车系统钻进特性分析

从分析刹车系统在钻进作业中的作用入手 ,研究了以盘式刹车为主刹车的钻机刹车系统的钻进工作特性。叙述了盘式刹车单独实施钻进作业 ,以及辅助刹车协助盘式刹车实施钻进作业时 ,司钻阀手柄调节角度与钻压波动的关系 ,并以配备盘式刹车的ZJ3 2钻机为例进行了计算和讨论。指出盘式刹车应具有良好的操作柔性和微调节性能 ,避免溜钻和一刹即“死”现象 ;在经济条件允许的情况下 ,可用电磁涡流刹车辅助盘式刹车实施钻进作业。     

盘式刹车试验装置的研究

石油钻机刹车系统的制动力矩与制动表面压力、摩擦表面的摩擦系数和制动半径存在确定关系。在此基础上,研制了由机械、液压、控制和测试４部分组成的盘式刹车试验装置。在装置上进行ＺＪ５０型钻机盘式刹车系统的试验研究。试验中,尽可能地将实物用于试验台。结果表明,该装置可对在用钻机盘式刹车系统的主要元器件进行检验,为进一小研究提供了条件。     

用盘式刹车取代带刹车的分析与建议

依据ＸＪ３０修井机盘式刹车的热计算与分析，探讨了钻机、修井机盘式刹车的基本热特性，在此基础上对我国钻机、修井机中以盘式刹车取代带刹车的问题提出了建议。     

钻机盘式刹车制动力矩特性的理论研究

钻机绞车刹车系统的制动特性是合理设计和使用刹车装置的理论基础。从分析盘式刹车制动力矩与制动钳缸油压的关系、制动钳缸油压与司钻操作手柄转角的关系入手，分析了影响盘式刹车制动力矩的因素，推导出它们之间的函数关系。研究表明，盘式刹车制动时，制动力矩随时间的变化规律与盘式刹车本身的结构和几何尺寸、司钻的操作方式及司钻阀凸轮半径的分布规律有关。紧急制动时，可认为制动力矩是阶跃变化。     

钻机盘式刹车自动送钻中的安全性研究

针对PZS－1型盘式刹车自动送钻系统存在安全性不足的状况，提出在该系统中增加对卡钻、断钻柱和转盘功率超限等常见事故的监控功能，即能预测与识别这些事故。在分析事故监控原理的基础上，设计出用C语言编程的盘式刹车自动送钻系统安全监控的总体软件，主要包括主程序和若干子程序：采样子程序、滤波子程序、卡钻监控子程序、断钻柱监控于程序、转盘功率监控子程序等。计算机仿真实验的结果表明，所提出的方法和软、硬件设计方案合理可行，对现有盘式刹车自动送钻系统的进一步完善具有重要意义。     

石油钻机盘式刹车系统发展概况

对盘式刹车国内外最新发展情况进行了技术统计,分析了盘式刹车的优点与不足,认为应用盘式刹车已成为石油绞车技术发展的重大趋势。鉴于我国近几年盘式刹车的发展状况,对盘式刹车系统提出了几点建议。     

钻机盘式刹车系统优化设计的理论探讨

分析了钻机盘式刹车系统中刹车盘和刹车钳的受力状态,导出了其受力和摩擦面上耗散功率等因素之间的基本关系式。根据能量守恒原理又推导了钻机盘式刹车系统的能量转换表达式。通过进一步分析盘式刹车系统的使用要求和刹车过程中失败的主要形式,提出了刹车盘摩擦表面温度变化的理想曲线和耗散功率变化的理想曲线。建立了钻机盘式刹车系统的优化设计模型,并进行了分析讨论。     

盘式刹车开发与应用探讨

盘式刹车有诸多优点是带刹车无可比拟的,因此深受现场使用者的青睐。但如果仅把盘式刹车作为一种独立的设备来使用,既发挥不了盘式刹车应具有的效能,又增加了投资成本。目前,除结构性能外,未开发出适合国内油田应用的盘式刹车,也是阻碍盘式刹车发展的一个重要因素。     

PST25型液控盘式刹车设计

针对通并机带刹车存在的问题，为ＸＴ１２Ｂ型履带式通井机设计了ＰＳＴ２５型盘式刹车系统。这种盒式刹车主要由制动钳、支架、制动盘、液压控制系统及刹把组件等组成。其中，制动钳有直推式和杠杆式两种形式，两种制动钳均由油缸、活塞、调节螺母、碟形弹簧组和制动块等主要零件组成，其基本工作原理是进油松刹，排油制动，制动力的大小通过刹把调节刹车阀改变油缸压力来实现。试验分析表明，这种盘式刹车设计合理，性能可靠，可方便地改装到ＸＴ１２Ｂ型履带式通井机上。     

盘式刹车制动盘热应力弹性计算及分析

建立了石油钻采设备用盘式刹车制动盘热应力计算数学模型，并应用有限元方法计算了连续下放管柱时制动盘的热应力场。计算与分析表明，制动盘热应力有如下特征：制动盘周向热应力最大，热应力梯度主要在轴向，摩擦表面层1~2mm处是高热应力区；下放一根管柱时制动盘摩擦表面层的等效效应力具有微观脉动性，连续下放管柱对具有宏观波动性；制动盘摩擦表面层热应力值远大于其机械应力值，在某些工况下热应力峰值已超过常用工程材料的屈服极限。