油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统的制作方法

本发明涉及油田钻井机或修井机设备领域，尤其涉及一种油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统。

背景技术：

油田钻机、修井机是复杂的机械装置，主要包括载车系统、动力系统、传动系统、游动系统等。作为石油修井机的核心部件，绞车将发动机输出的旋转力转变为提升力，是传动系统和游动系统的结合点。刹车系统是绞车的重要部件，它担负着控制大钩载荷的起升、下放、停止及控制大钩载荷下放速度的重任。刹车系统性能的好坏直接决定着石油修井机的安全性能，如刹车系统出现故障，轻者会引起停钻，造成经济损失，重者会造成顿钻、溜钻，甚至造成重大设备事故和人身安全事故。因此，研究总结刹车系统的结构形式和工作原理，在制造、装配、现场使用过程中，通过快速精准的调节方法，使刹车系统始终处于安全、可靠、省力、高效的工作状态，是保证石油修井机能够正常、安全工作的重要基础。

现有的钻机、修井机绞车带式刹车系统主要由刹车执行机构、拐臂、连杆和刹把组成，当司钻人员搬动刹把进行刹车操作时，刹把带动连杆、拐臂一起动作，使刹车执行机构紧紧抱住刹车毂，从而实现钻机、修井机绞车的刹车动作。但是由于刹把、连杆、拐臂、执行机构组成的传动链都是硬性连接，当进行刹车操作时，执行机构抱紧刹车毂的过程中会产生很大的摩擦力，从而对整个传动链造成很大的冲击和抖动，这种冲击和抖动通过传动链传递到司钻人员控制的刹把上。紧急刹车时，司钻人员需要两只手紧紧的握住刹把来缓冲这种冲击和抖动，不仅劳动强度大，更会给司钻人员带来非常明显的不适感，给现场作业造成安全隐患。况且这种刹车装置结构复杂、操作难度大，占用空间大、重量大，更关键的是制动带抱紧力不均匀，散热性极差，使用寿命短，只要承载局部摩损达到报废标准，就要整体更换总成，损耗大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统，克服现有技术的不足，采用增压缸做为盘式刹车装置的动力源，既满足压力要求，又简化结构，节省了设备空间，降低制造成本和操作难度，该增压缸不仅局限于油田钻机、修井机使用，作为独立的驱动器，其他只需要少量液压油驱动的场合都可以适用，可实现自动补偿油路中的液压油，工作安全稳定。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统，其特征在于，包括刹车盘、盘架、工作钳和安全钳，所述工作钳和安全钳对称设置于盘架两侧的刹车盘外缘，其中工作钳由滑靴和工作缸组成，安全钳由滑靴和安全缸组成，所述工作缸为常开式逻辑器件，安全缸为常闭式逻辑器件，所述工作缸和安全缸的进油口分别与增压缸相连接，所述工作钳和安全钳通过气液转换控制系统实现盘刹系统的开闭控制。

进一步的，所述滑靴包括铰接座、销轴、摆臂一和摆臂二，所述摆臂一和摆臂二的中段分别通过销轴与铰接座铰接，摆臂一和摆臂二的一端分别连接摩擦片，两块摩擦片分置于刹车盘的两侧，所述摆臂一和摆臂二的另一端分别与设于工作缸或安全缸两端的安装柄相连接。

进一步的，所述工作缸中包括缸体、缸套、活塞、压缩弹簧和端盖，缸体内侧设有缸套，缸套与端盖相连接，活塞设于缸套的内部，缸体和活塞上各设有一个安装柄，所述活塞与缸套之间设有压缩弹簧，活塞上设有中空通孔，中空通孔的一端开口于端盖外侧，另一端开口于缸套底；所述压缩弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧。

进一步的，所述安全缸中包括缸体、缸套、活塞、压缩弹簧和端盖，缸体内侧设有缸套，缸套与端盖相连接，活塞设于缸套的内部，缸体和活塞上各设有一个安装柄，所述活塞与缸套之间设有压缩弹簧，活塞上设有中空通孔，中空通孔的一端开口于端盖外侧，另一端开口于端盖里侧，所述压缩弹簧为碟形弹簧。

进一步的，所述工作钳的数量为两个，绕刹车盘圆周并排设置。

进一步的，所述增压缸结构包括连接座、气缸套、油缸套、气缸活塞、油缸活塞、储油壶、活塞杆和复位弹簧，连接座的轴线一侧与气缸套相连接，连接座的轴线另一侧与油缸套相连接，气缸套内设有气缸活塞，气缸活塞与连接座之间设有锥形的复位弹簧，油缸套内设有油缸活塞，气缸活塞和油缸活塞之间通过活塞杆相连接，所述连接座与活塞杆之间设有复合密封圈；连接座的轴线垂直方向上连接有储油壶，连接座上设有补油孔一，油缸活塞上设有补油孔二，储油壶通过补油孔一、补油孔二与油缸套内相连通；所述活塞杆与油缸活塞之间设有止回阀，止回阀位于补油孔一和补油孔二之间的通道上，止回阀相对活塞杆端部有2~3mm的移动空间；所述气缸套上设有进气孔，油缸套上设有出油孔，所述气缸活塞和油缸活塞的直径比为3.0~3.5:1。

进一步的，所述复合密封圈包括矩形密封圈、骨架油封、o型圈、油缸和汽缸用u型、v型、y型油封、格莱圈、斯特封中的任两种或三种组合，其中任两个单向开口密封圈的开口方向为背靠背设置。

进一步的，所述止回阀包括阀体、端面密封圈和u形卡件，阀体的端部密封处设有端面密封圈，阀体的尾部设有u形卡件与活塞杆端部卡槽匹配连接。

进一步的，所述工作钳和安全钳的气液转换控制系统中，气源共用钻井机或修井机底盘气源，气源经单向阀与储气筒相连接，储气筒的出口分别与电磁阀一、工作钳手控阀、差动式继动阀、电磁阀二、安全钳手控阀的进气口通过管路相连通，电磁阀一的出气口与差动式继动阀的控制口相连接，工作钳手控阀的出气口与差动式继动阀的制动口相连接，电磁阀二和安全钳手控阀的出气口分别连接安全钳增压缸的进气孔，差动式继动阀的出气口与工作钳增压缸的进气孔相连接；工作钳增压缸的出油孔与工作钳的进油口通过油管相连接，安全钳增压缸的出油孔与安全钳的进油口通过油管相连接。

进一步的，所述电磁阀一的控制端与设于安全钳油路上的压力继电器电连接；所述电磁阀二的控制端与紧急制动按钮电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：1）将油缸与气缸采用一体式结合，使用压缩气体作为动力源，利用增压缸气缸活塞和液压缸活塞截面积之比及帕斯卡能量守衡原理，将低压的气压提高几倍甚至几十倍油压，达到增压驱动的目的。2）采用增压缸做为盘式刹车装置的动力源，既满足压力要求，又简化结构，节省了设备空间，降低制造成本和操作难度，该增压缸不仅局限于油田钻机、修井机使用，作为独立的驱动器，其他只需要少量液压油驱动的场合都可以适用，可实现自动补偿油路中的液压油，工作安全稳定。3）增压缸结构中锥形复位压缩弹簧，可以起到缓冲的作用，避免产生冲击，三层复合密封圈实现气、液的可靠隔离，实现自动补偿油路中的液压油，结构简单可降低加工难度，节约成本。

附图说明

图1是本发明油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统实施例结构示意图；

图2是本发明实施例中工作钳结构示意图；

图3是本发明实施例中安全钳结构示意图；

图4是本发明实施例中安全钳结构示意图；

图5是本发明实施例中安全钳结构示意图；

图6是本发明实施例中增压缸结构示意图；

图7是图6中a处局部放大图；

图8是本发明实施例气液转换控制系统原理图。

图中：1-刹车盘、2-盘架、3-工作钳、4-安全钳、5-滑靴、6-工作缸、7-安全缸；8-增压缸；9-安装柄；11-连接座、12-气缸套、13-油缸套、14-气缸活塞、15-油缸活塞、16-储油壶、17-活塞杆；18-复位弹簧；19-复合密封圈；20-补油孔一；21-补油孔二；22-止回阀；23-进气孔；24-出油孔；25-放气阀；26-矩形密封圈；27-y型油封；31-底盘气源；32-单向阀；33-储气筒；34-两位三通电磁阀一；35-工作钳手控阀；36-差动式继动阀，37-工作钳增压缸；38-工作钳；39-安全钳手控阀；40-紧急制动按钮；41-两位三通电磁阀二；42安全钳增压缸；43-压力继电器；44-安全钳；221-阀体；222-端面密封圈；223-u形卡件；224-孔用卡簧；601-缸体；602-缸套；603-活塞；604-压缩弹簧；605-端盖；606-中空通孔；607-螺母套；701-缸体；702-缸套；703-活塞；704-压缩弹簧；705-端盖；706-中空通孔；707-螺母套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

见图1－3，是本发明油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统实施例结构示意图，包括刹车盘1、盘架2、工作钳3和安全钳4，工作钳3和安全钳4对称设置于盘架2两侧的刹车盘1外缘，其中工作钳3由滑靴5和工作缸6组成，安全钳4由滑靴5和安全缸7组成，工作缸6为常开式逻辑器件，安全缸7为常闭式逻辑器件，工作缸6和安全缸7的进油口分别与增压缸8相连接，工作钳和安全钳通过气液转换控制系统实现盘刹系统的开闭控制。

滑靴5包括铰接座501、销轴502、摆臂一503和摆臂二504，摆臂一503和摆臂二504的中段分别通过销轴502与铰接座501铰接，摆臂一503和摆臂二504的一端分别连接摩擦片505，两块摩擦片505分置于刹车盘1的两侧，摆臂一503和摆臂二504的另一端分别与设于工作缸6或安全缸7两端的安装柄9相连接。工作钳3的数量为两个，绕刹车盘1圆周并排设置。

见图4，工作缸6中包括缸体601、缸套602、活塞603、压缩弹簧604和端盖605，缸体601内侧设有缸套602并通过螺母套607锁紧，缸套602与端盖605相连接，活塞603设于缸套602的内部，缸体601和活塞603上各设有一个安装柄9，活塞603与缸套602之间设有压缩弹簧604，活塞603上设有中空通孔606，中空通孔606的一端开口于端盖605外侧，另一端开口于缸套602底；压缩弹簧604为圆柱螺旋压缩弹簧604。

两个常开式工作缸在圆柱螺旋压缩弹簧的作用下，摩擦片始终处于自由状态，当压力油进入缸套602后，推动活塞603压缩压缩弹簧604，当压力达到一定值时，摩擦片与刹车盘之间接触并产生压紧力，与刹车盘连接的绞盘在安全钳和工作钳的共同作用下进入停车或驻车状态。摩擦片与刹车盘之间的间隙保持在1.5毫米以下，油缸的行程最大是3mm,需要增压缸供给的压力油量很少，甚至不到“一汤匙”。

见图5，安全缸7中包括缸体701、缸套702、活塞703、压缩弹簧704和端盖705，缸体701内侧设有缸套702并通过螺母套707锁紧，缸套702与端盖705相连接，活塞703设于缸套702的内部，缸体701和活塞703上各设有一个安装柄9，活塞703与缸套702之间设有压缩弹簧704，活塞703上设有中空通孔706，中空通孔706的一端开口于端盖705外侧，另一端开口于端盖705里侧，压缩弹簧704为碟形弹簧。

安全缸是常闭式油缸，即在碟形弹簧的作用下，摩擦片始终处于夹紧状态，当压力油进入缸套702后，推动活塞703抵消蝶形弹簧的压紧力，当压力达到一定值时，摩擦片与刹车盘之间压力消失直至产生间隙，与刹车盘连接的绞盘可以自由旋转进入工作状态。摩擦片与刹车盘之间的间隙保持在0.5mm，油缸的行程仅仅是1mm，增压缸供给的压力油量很少，甚至不到“一汤匙”。

见图6－7，是本发明实施例中增压缸结构示意图，增压缸8结构包括包括连接座11、气缸套12、油缸套13、气缸活塞14、油缸活塞15、储油壶16、活塞杆17和复位弹簧18，连接座11的轴线一侧与气缸套12相连接，连接座11的轴线另一侧与油缸套13相连接，气缸套12内设有气缸活塞14，气缸活塞14与连接座11之间设有锥形的复位弹簧18，油缸套13内设有油缸活塞15，气缸活塞14和油缸活塞15之间通过活塞杆17相连接，连接座11与活塞杆17之间设有复合密封圈19；连接座11的轴线垂直方向上连接有储油壶16，连接座11上设有补油孔一20，油缸活塞15上设有补油孔二21，储油壶16通过补油孔一20、补油孔二21与油缸套13内相连通；活塞杆17与油缸活塞15之间设有止回阀22，止回阀22位于补油孔一20和补油孔二21之间的通道上；气缸套12上设有进气孔23，油缸套13上设有出油孔24和放气阀25。为了实现更好的增压作用，气缸活塞14和油缸活塞15的直径比为3.0~3.5:1，优选3.2：1，该比值下增压比例不小于10，装置体积小，适用范围广。

实施例中，复合密封圈19为一个矩形密封圈和两个y型油封的组合，其中两个y型油封的开口方向为背靠背设置，可以保证良好的密封性，使气腔和油腔分离，避免液压油污染压缩空气管路，同时提高增压缸的补油效率。

止回阀22包括阀体221、端面密封圈222和u形卡件223，阀体221的端部密封处设有端面密封圈222，阀体221的尾部设有u形卡件223与活塞杆17端部卡槽匹配连接，并通过孔用卡簧224固定，孔用卡簧224使止回阀22与油缸活塞15连接在一起，但止回阀22相对活塞杆有2~3mm的移动空间，即为一种铰接形式连接。

气缸套12与气缸活塞14之间设有矩形密封圈26。油缸活塞15与油缸套13之间设有y型油封27，保证相应的密封要求。储油壶16中装有hl型、hm型、hr型、hg型液压油中的任一种均可。

见图8，工作钳和安全钳的气液转换控制系统中，气源共用钻井机或修井机底盘气源31，气源经单向阀32与储气筒33相连接，储气筒33的出口分别与两位三通电磁阀一34、工作钳手控阀35、差动式继动阀36、两位三通电磁阀二41、安全钳手控阀39的进气口通过管路相连通，两位三通电磁阀一34的出气口与差动式继动阀的控制口相连接，工作钳手控阀35的出气口与差动式继动阀的制动口相连接，两位三通电磁阀二41和安全钳手控阀39的出气口分别连接安全钳增压缸42的进气孔，差动式继动阀36的出气口与工作钳增压缸37的进气孔相连接；工作钳增压缸37的出油孔与工作钳38的进油口通过油管相连接，安全钳增压缸42的出油孔与安全钳44的进油口通过油管相连接。

增压缸的开启和关闭依靠压缩空气的控制来实现，工作缸和安全缸都有一个m14*1.5的进油口，一个增压缸的出油口通过高压油管与两个工作缸的进油口相连接，另一个增压缸的出油口通过高压油管与安全缸的进油接口相连。通过控制压缩空气的接通和截止，可以实现对油缸的伸缩控制，实现对油田修井机绞盘旋转和停止的控制。

本实用新型实施例中的气液转换控制系统操作如下：

1、停机状态：安全钳控制回路上的安全钳手控阀39处于断开状态，常闭式安全钳因自身结构夹紧刹车盘，实现制动。此时，因压力继电器43处于无压状态，不发出电信号，先导控制压缩气体通过常通型二位三通电磁阀一34进入差动式继动阀36，使工作控制压缩气体进入工作钳增压缸37，工作钳增压缸37输出的液压油通过油路进入工作钳38的工作缸，压紧工作钳上的刹车片，实现驻车制动。

2、工作状态：开始工作前，首先打开工作钳控制气路上的手动控制阀35，先导控制压缩气体进入差动式继动阀36处于“待命状态”，接着打开安全钳手控阀39，压缩气体进入安全钳增压缸42建压，当压力达到设定值时，安全钳44打开，同时压力继电器43闭合发出电信号给两位三通电磁阀一34，使两位三通电磁阀一34进入关闭状态，此时处于“待命状态”的手动控制阀35气体发挥作用，工作钳38继续保持压紧状态。推动工作钳回路上的手动控制阀35到关闭位，工作钳松开，开始工作。在工作过程中，可以随时根据工作需要，推、拉手动控制阀35，调整绞盘的旋转速度，实现绞盘运转和停止。

3、停止工作：结束工作后，前推工作钳手控阀35，先导压缩气体进入差动式继动阀36，控制压缩气体进入增压缸37，增压后的液压油使工作钳38夹紧实现刹车。接着推动安全钳44回路上的手动控制阀39，关闭安全钳控制回路上的压缩空气，回路压力消失，安全钳44夹紧。与此同时，压力继电器43停止向二位三通电磁阀一34发出电信号，二位三通电磁阀一34回到接通位，先导控制压缩空气控制差动式继动阀36，使压缩空气进入工作钳增压缸37，液压油通过工作钳油缸关闭工作钳38。此时可以松开工作钳手控阀5。

本发明具有紧急制动功能：两位三通电磁阀二41的控制端与紧急制动按钮40电连接。在工作过程中，设备突然故障或者操纵人员突发意外，按下紧急制动按钮40，二位三通电磁阀二41回路接通，压缩气体进入安全钳增压缸42，关闭安全钳。在安全钳液压回路建压并达到设定压力后，压力继电器43给工作钳回路的二位三通电磁阀一34发出电信号，使工作钳回路接通，工作钳关闭，停止工作状态，处理突发意外事故。

本发明具有互锁功能，两位三通电磁阀一34的控制端与设于安全钳44油路上的压力继电器43电连接。当安全钳44处于夹紧状态时，安全钳控制气路和液压回路均处于断开状态，此时压力继电器43因没有开启压力，处于断路状态，工作钳回路常通型二位三通电磁阀一34保持控制气体进入到差动式继动阀36，控制工作气体进入工作钳增压缸37，压紧工作钳38，此时无论怎么操纵工作回路手控阀35，都无法操控工作钳。

可以看出，本发明油田钻机、修井机用气推液双动力盘刹系统结构简单、投资省，易于操作，安全可靠。以40吨油田修井机盘刹系统为例，由刹车盘和两个工作缸、一个安全缸，每个油缸通过滑靴与一对摩擦片相连接，滑靴结构依据杠杆原理能够起到增加摩擦片与刹车盘正压力的作用。摩擦片与刹车盘的距离在安装时调到很小，单侧一般为0.5~2毫米，油缸上连接增压缸，当摩擦片磨损距离增大时，需要经常检查并进行调整。这样安全缸和工作缸的行程都很小，一般就是1毫米到4毫米。根据油缸的内径尺寸可以算出，每次刹车需要的增加的液压油量不过是“一汤匙”，增压缸完全可以满足使用要求，无需额外配置液压油箱，可简化结构，减少投资。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。