一种石油钻机刹车片装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及石油钻机刹车装置技术领域，尤其涉及一种石油钻机刹车片装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前油田钻机、修井机等大型钻杆类工程设备的刹车片通常是由一个金属材质的背板和粘合固定在背板上的摩擦片构成，石油钻机等设备在进行刹车操作时，摩擦片由于摩擦产生大量的热，温度过高容易导致摩擦片烧坏，影响摩擦片性能和使用寿命，温度的升高还会严重影响刹车片的摩擦系数，导致出现刹车失灵等生产事故，此外，当摩擦片的厚度减小到一定程度后，容易破碎脱落，同时刹车片和刹车盘之间的间隙增加，执行刹车任务的行程加大，刹车灵敏度和刹车的制动力降低，因此需要在刹车片上配备报警装置，对摩擦片的磨损程度进行监测，当摩擦片磨损到一定程度后报警装置发出警报，提醒工作人员及时对摩擦片进行更换，保证刹车安全。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题至少之一，本发明提供一种石油钻机刹车片装置，包括贴合粘接的摩擦片和背板，所述背板内部设有依次连通的第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道的入口端连通进水口，所述第三流道的出口端连通出水口，所述第一流道和第三流道互相平行且内部分别可旋转设有螺旋纽带。
4.优选的，所述螺旋纽带包括纽带本体，所述纽带本体的两端通过连接杆固定连接旋转环，所述第一流道和第三流道的两端分别设有可旋转固定所述旋转环的安装槽，所述旋转环的外侧壁和下端面均圆周等距设有多个抵接所述安装槽的第一万向珠。
5.优选的，所述第一流道和第三流道均为阻尼式结构，包括交替连接的细径段和粗径段，粗径段直接连通所述第二流道，所述第二流道为特斯拉单向阀式结构，冷却水可从所述第一流道经所述第二流道低阻力流向所述第三流道，所述第二流道在所述背板内平行设有多条，多条所述第二流道的内径沿所述第一流道内冷却水的流动方向递增。
6.优选的，所述背板包括前板和后板，所述前板连接所述摩擦片，所述后板连接刹车驱动机构，所述前板和后板的对接处镜像设有流道槽，当所述前板和后板密封对接固定后，所述流道槽对接形成所述第一流道、第二流道和第三流道。
7.优选的，所述前板面向所述摩擦片的一端固定设有与所述摩擦片的形状相适应的底限位板和两个侧限位板，可拆卸设有与所述摩擦片的形状相适应的顶限位板，所述侧限位板沿其长度方向固定设有插接条，所述摩擦片的侧壁设有与所述插接条相应的插接槽。
8.优选的，所述摩擦片面向所述背板一侧设有盲孔，所述盲孔内固定设有螺母，所述背板的中心处设有第一通孔，报警装置的壳体固定于所述第一通孔中，所述壳体内设有电阻条以及与电源连接的导电块，圆柱形的第一密封滑筒滑动贯穿所述壳体，一端与所述壳体连接固定，另一端与所述螺母螺纹连接，所述第一密封滑筒内设有延伸至所述盲孔内的
活塞杆，所述活塞杆可在压力作用下收缩，带动所述导电块接触并沿所述电阻条长度方向滑动，通过外部控制电路采集所述电阻条的阻值信号来开启不同颜色的警示灯。
9.优选的，所述第一密封滑筒内设有第一活塞，所述第一活塞一端连接滑动穿过所述第一密封滑筒的活塞杆，另一端连接固定在所述第一密封滑筒内的第一弹簧，所述活塞杆的自由端设有第二万向珠，所述第二万向珠抵接所述盲孔的底部。
10.优选的，所述壳体内设有与所述第一密封滑筒垂直的第二密封滑筒，所述第一密封滑筒直径为所述第二密封滑筒直径的两倍以上，所述第二密封滑筒能够将所述第一密封滑筒沿所述摩擦片厚度方向的位移放大并转变为沿所述背板长度方向的位移，当所述活塞杆小幅度移动时，驱动所述第二密封滑筒上的滑块大幅度移动，所述滑块连接固定所述导电块。
11.优选的，所述壳体包括插接固定的壳本体和盖体，所述壳本体和盖体上分别设有供所述第一密封滑筒滑动穿过的第二通孔和第三通孔，所述盖体上设有固定槽，所述固定槽内固定设有所述电源，所述壳本体内固定设有所述第二密封滑筒，所述盖体上设有第一环状凸缘，所述第一环状凸缘通过螺钉与所述背板连接固定，所述第一密封滑筒远离所述活塞杆的一端设有第二环状凸缘，所述第二环状凸缘通过螺钉与所述盖体连接固定。
12.本发明提供了一种石油钻机刹车片装置的使用方法，包括以下步骤：步骤s100、组装：将摩擦片与背板粘结固定，将背板上的进水口连接进水管，出水口连接出水管，进水管连接水泵；步骤s200、刹车冷却：刹车时，通过水泵将冷却水泵入第一流道内，冷却水经第一流道、第二流道和第三流道流出背板，第一流道和第三流道内的螺旋纽带在冷却水的冲击下旋转，多条平行排列的具有特斯拉单向阀结构的第二流道增加冷却水在背板内的流动面积，低温的背板与高温的摩擦片之间进行高效率的热交换，对摩擦片进行快速的冷却降温；步骤s300、磨损报警：当摩擦片磨损到盲孔的位置后，第一密封滑筒的活塞杆开始在外部压力作用下，向靠近背板的方向移动，第二密封滑筒将活塞杆沿摩擦片厚度方向的位移放大并转变为沿背板长度方向的位移，第二密封滑筒上的滑块随着活塞杆的移动，驱动导电块与电阻条接触并沿其长度方向滑动，通过外部控制电路采集电阻条的阻值信号开启不同颜色的警示灯。
13.与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：1、本发明中的背板内部设有依次连通的第一流道、第二流道和第三流道，第一流道和第三流道内设有螺旋纽带，石油钻机刹车时，通过水泵将冷却水泵入第一流道内，冷却水经第一流道、第二流道和第三流道流出背板，低温的背板与高温的摩擦片进行热交换，实现对摩擦片的冷却降温；冷却水流动时，第一流道和第三流道内的螺旋纽带随水流旋转，一方面能够增加冷却水的流动阻力，提高冷却水在背板内的停留时间，使之充分的进行热交换，另一方面能够使冷却水紧贴第一流道和第三流道的侧壁进行旋转流动，提高冷却效率；2、第一流道和第三流道通过交替连接的细径段和粗径段形成阻尼式结构，第二流道具有多条并且为特斯拉单向阀式结构，冷却水在第一流道和第三流道内流动时，形成脉冲式流动状态，增加了冷却水的停留时间，同时，冷却水在从粗径段向细径段流动时阻力增加，能够促进冷却水向第二流道内流动；特斯拉单向阀结构一方面能够增加冷却水的流动面积，另一方面能够保证冷却水顺畅的进行单向流动，多条第二流道能够均衡整个背板内
冷却水的流动速率，减小各处温差；3、通过前板和后板密封拼接的方式组成背板，一方面便于对螺旋纽带进行拆装和检修，另一方面便于定期对各个流道进行清洁除垢，避免流道阻塞；4、前板上设有与摩擦片插接固定的限位板结构，能够加强摩擦片和前板的连接强度，能够有效防止摩擦片脱落；5、报警装置的第一密封滑筒一方面具有磨损警示功能，提醒工作人及时更换摩擦片，另一方面具有连接固定背板和摩擦片的作用，进一步提高了摩擦片和背板的连接稳定性，报警装置的壳体固定在低温的背板上，能够有效避免摩擦片摩擦产生的热量对电阻条、导电块和电源的影响；6、通过第二密封滑筒将第一密封滑筒沿摩擦片厚度方向的位移放大并转变为沿背板长度方向位移，一方面位移幅度的增大会使热量对电阻条的干扰效果减弱，另一方面，背板的温度要远低于摩擦片的温度，增设第二密封滑筒后，可以将壳体内的电阻条设置在远离摩擦片的位置，进一步降低热量干扰，提高电阻信号采集的精确性；综上所述，本发明提供的石油钻机刹车片装置，通过在背板中注入循环冷却水，能够在刹车过程中及时的对摩擦片进行冷却降温，提高摩擦片的性能和使用寿命，确保有效刹车，保证生产安全，背板和摩擦片中设有报警装置，能够在摩擦片磨损到安全范围以外时及时进行报警，提醒工作人员更换摩擦片，保证正常生产。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图；图2为图1的爆炸视图；图3为图1的右视图；图4为图3的a-a剖面图；图5为螺旋纽带的俯视图；图6为图5的b-b剖面图；图7为前板、后板和摩擦片的结构示意图；图8为本发明的主视图；图9为图8的c-c剖面图；图10为报警装置的主视图；图11为图10的d-d剖面图；图12为报警装置的爆炸视图；图13为第一密封滑筒的爆炸视图；图14为第二密封滑筒的爆炸视图；图15为报警装置壳体的爆炸视图。
15.附图标记说明：1、摩擦片，11、插接槽，12、盲孔，13、螺母，2、背板，21、第一流道，22、第二流道，23、第三流道，24、进水口，25、出水口，26、前板，261、底限位板，262、侧限位板，2621、插接条，263、顶限位板，27、后板，28、第一通孔，3、螺旋纽带，31、纽带本体，32、旋转环，321、第一万向珠，33、连接杆，4、报警装置，41、壳体，411、壳本体，4111、第二通孔，412、盖体，4121、第三
通孔，4122、固定槽，4123、第一环状凸缘，42、第一密封滑筒，421、第一活塞，422、第一储液腔，423、第一滑动腔，424、第一弹簧，425、活塞杆，426、第二万向珠，427、密封盖，4271、第二环状凸缘，428、进油嘴，43、电阻条，431、支撑架，44、第二密封滑筒，441、第二活塞，442、第二储液腔，443、第二滑动腔，444、第二弹簧，445、滑块，446、导流环，447、环形槽，45、导电块，46、电源。
具体实施方式
16.下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
17.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
18.实施例1结合附图1至6，本实施例提供了一种石油钻机刹车片装置，包括贴合粘接的摩擦片1和背板2，所述背板2内部设有依次连通的第一流道21、第二流道22和第三流道23，所述第一流道21的入口端连通进水口24，所述第三流道23的出口端连通出水口25，所述第一流道21和第三流道23互相平行且内部分别可旋转设有螺旋纽带3。本实施例中摩擦片1和背板2的主体形状不限，可以根据刹车方式的不同（如盘刹和鼓刹），选用合适的形状，为了便于阐述，本发明的附图中摩擦片1和背板2的形状呈现为矩形。如图2和图4所示，螺旋纽带3是指带状的长条经过扭曲，形成螺旋状结构，该结构可以在水流的冲击作用下发生自动旋转。现有技术中，螺旋纽带技术常用于管道除垢，但是本发明中，螺旋纽带3的主要作用为提高冷却效率。
19.在一个具体实施方式中，如图5和图6所示，所述螺旋纽带3包括纽带本体31，所述纽带本体31的两端通过连接杆33固定连接旋转环32，所述第一流道21和第三流道23的两端分别设有可旋转固定所述旋转环32的安装槽，所述旋转环32的外侧壁和下端面均圆周等距设有多个抵接所述安装槽的第一万向珠321。螺旋纽带3沿第一流道21和第三流道23的长度方向设置，通过旋转环32固定在安装槽内，第一万向珠321可以降低旋转环32的旋转阻力，提高螺旋纽带3随冷却水的旋转速率。纽带本体31、旋转环32和连接杆33优选采用导热金属材质。
20.本实施例的工作过程如下：将进水口24连接进水管，出水口25连接出水管， 刹车时，通过水泵将冷却水泵入第一流道21内，冷却水经第一流道21、第二流道22和第三流道23流出背板2，低温的背板2与高温的摩擦片1进行热交换，实现对摩擦片1的冷却降温。冷却水流动时，第一流道21和第三流道23内的螺旋纽带3随水流旋转，一方面能够增加冷却水的流动阻力，提高冷却水在背板2内的停留时间，使之充分的进行热交换，另一方面能够使冷却水紧贴第一流道21和第三流道23的侧壁进行旋转流动，提高冷却效率。
21.实施例2
结合附图1至7，本实施例提供了一种石油钻机刹车片装置，在实施例1的基础上，优化了第一流道21、第二流道22和第三流道23的结构和分布方式，进一步提高了背板2对摩擦片1的冷却效果，具体技术方案如下，如图4所示，所述第一流道21和第三流道23均为阻尼式结构，包括交替连接的细径段和粗径段，粗径段直接连通所述第二流道22，冷却水在第一流道21和第三流道23内流动时，受阻尼式结构的影响，形成脉冲式流动状态，增加了冷却水在第一流道21和第三流道23内的停留时间，同时，冷却水在从粗径段向细径段流动时阻力增加，能够促进冷却水向第二流道22内流动；所述第二流道22为特斯拉单向阀式结构，特斯拉单向阀结构一方面能够增加冷却水的流动面积，另一方面能够保证冷却水顺畅的进行单向流动，冷却水可从所述第一流道21经所述第二流道22低阻力流向所述第三流道23，所述第二流道22在所述背板2内平行设有多条，第二流道22的数量可以根据背板2的面积进行合理设置，以便最大程度的覆盖背板2，本实施例中第二流道22设置了四条；多条所述第二流道22的内径沿所述第一流道21内冷却水的流动方向递增，第一流道21内靠近进水口24处的冷却水压力最大，因此该处第二流道22的内径最小，流动阻力最大，第一流道21远离进水口24处的冷却水压力最小，因此该处第二流道22的内径最大，流动阻力最小，通过上述结构来均衡整个背板2内冷却水的流动速率，减小各处温差。
22.在一个具体实施方式中，如图7所示，所述背板2包括前板26和后板27，所述前板26连接所述摩擦片1，所述后板27连接刹车驱动机构，所述前板26和后板27的对接处镜像设有流道槽，当所述前板26和后板27密封对接固定后，所述流道槽对接形成所述第一流道21、第二流道22和第三流道23。通过前板26和后板27密封拼接的方式组成背板2，一方面便于对螺旋纽带3进行拆装和检修，另一方面便于定期对各个流道进行清洁除垢，避免流道阻塞。密封对接时，在靠近各流道处设置密封条（图中未示出），进一步提高密封效果。
23.在一个具体实施方式中，如图7所示，所述前板26面向所述摩擦片1的一端固定设有与所述摩擦片1的形状相适应的底限位板261和两个侧限位板262，可拆卸设有与所述摩擦片1的形状相适应的顶限位板263，所述侧限位板262沿其长度方向固定设有插接条2621，所述摩擦片1的侧壁设有与所述插接条2621相应的插接槽11。摩擦片1和前板26连接时，将前板26上的顶限位板263卸除，在前板26与摩擦片1的对接处上涂覆粘合剂，然后将摩擦片1的插接槽11对准插接条2621，将摩擦片1插入至底限位板261上，待粘合固定后，在摩擦片1与顶限位板263对接处涂覆粘合剂，将顶限位板263安装固定在前板26上，待粘合固定后，完成摩擦片1和前板26的连接固定，上述结构和粘结方式能够加强摩擦片1和前板26的连接强度，能够有效防止摩擦片1脱落。
24.实施例3结合附图1-15，本实施例提供了一种石油钻机刹车片装置，在实施例1或实施例2的基础上，增设了报警装置4，报警装置4能够在摩擦片1的厚度减小到一定参数范围内时，根据磨损程度的不同，点亮不同颜色的警示灯，提示工作人员及时更换摩擦片。具体技术方案如下，如图7和图9所示，所述摩擦片1面向所述背板2一侧设有盲孔12，所述盲孔12内固定设有螺母13，所述背板2的中心处设有第一通孔28，报警装置4的壳体41固定于所述第一通孔28中，如图11所示，所述壳体41内设有电阻条43以及与电源46连接的导电块45，圆柱形
的第一密封滑筒42滑动贯穿所述壳体41，一端与所述壳体41连接固定，另一端与所述螺母13螺纹连接，所述第一密封滑筒42内设有延伸至所述盲孔12内的活塞杆425，所述活塞杆425可在压力作用下收缩，带动所述导电块45接触并沿所述电阻条43长度方向滑动，通过外部控制电路采集所述电阻条43的阻值信号来开启不同颜色的警示灯。上述技术方案中，报警装置4的第一密封滑筒42一方面具有磨损警示功能，提醒工作人及时更换摩擦片1，另一方面具有连接固定背板2和摩擦片1的作用，进一步提高了摩擦片1和背板2的连接稳定性，此外，报警装置4的壳体41固定在低温的背板2上，能够有效避免摩擦片1摩擦产生的热量对电阻条43、导电块45和电源46的影响。
25.如图11所示，在一个具体实施方式中，所述第一密封滑筒42内设有第一活塞421，所述第一活塞421一端连接滑动穿过所述第一密封滑筒42的活塞杆425，另一端连接固定在所述第一密封滑筒42内的第一弹簧424，所述活塞杆425的自由端设有第二万向珠426，所述第二万向珠426抵接所述盲孔12的底部。第二万向珠426抵接盲孔12的底部，盲孔12底部的位置即为摩擦片1进入需更换状态的位置，当摩擦片1磨损至打开盲孔12时，第二万向珠426开始承受外界压力，并在压力作用下推动活塞杆425向第一密封滑筒42内收缩，由于第二万向珠426具有自由滚动结构，摩擦阻力极低，因此活塞杆425仅需承受沿厚度方向的推力，增加了其使用稳定性和使用寿命。
26.如图11和图12所示，在一个具体实施方式中，所述壳体41内设有与所述第一密封滑筒42垂直的第二密封滑筒44，所述第一密封滑筒42直径为所述第二密封滑筒44直径的两倍以上，所述第二密封滑筒44能够将所述第一密封滑筒42沿所述摩擦片1厚度方向的位移放大并转变为沿所述背板2长度方向的位移，当所述活塞杆425小幅度移动时，驱动所述第二密封滑筒44上的滑块445大幅度移动，所述滑块445连接固定所述导电块45。上述技术方案中，第一密封滑筒42沿摩擦片1厚度方向的位移幅度是非常小的，在位移幅度非常小的情况下，摩擦片1摩擦所产生的热量对电阻条43的干扰效果增强，影响最终对电阻信号采集的准确性，通过第二密封滑筒44将该位移放大并转变为沿背板2长度方向位移，一方面位移幅度的增大会使热量对电阻条43的干扰效果减弱，另一方面，背板2的温度要远低于摩擦片1的温度，增设第二密封滑筒44后，可以将壳体41内的电阻条43设置在远离摩擦片1的位置，进一步降低热量干扰，提高电阻信号采集的精确性。
27.现有技术中任何具有位移放大效果的结构都适用于本发明，本实施例中优选采用了如下结构，通过液压容积转换实现位移放大。
28.结合附图11至14，所述第一密封滑筒42内第一活塞421的两侧分别为设有所述第一弹簧424的第一储液腔422和设有所述活塞杆425的第一滑动腔423，所述第一密封滑筒42远离所述活塞杆425的一端螺纹连接密封盖427，如图13所示，密封盖427中心处具有凸起的螺纹部，第一密封滑筒42的内侧壁设有与之相应的螺纹，密封盖427上设有旋拧槽，将旋拧工具（例如螺丝刀等）嵌入旋拧槽中即可方便的将密封盖427与第一密封滑筒42螺纹连接；所述密封盖427上设有连通所述第一储液腔422的单向进油嘴428；所述第二密封滑筒44内设有第二活塞441，所述第二活塞441的两侧分别为第二储液腔442和第二滑动腔443，所述第二滑动腔443内固定设有与所述第二活塞441相连的第二弹簧444，所述第二活塞441内设有永磁体，所述第二密封滑筒44的外侧壁设有滑块445，所述滑块445内设有磁铁，所述滑块445可在磁力作用下随所述第二活塞441滑动，所述滑块445固定连接所述导电块45，所述第
二密封滑筒44的一端设有导流环446，所述第二密封滑筒44和导流环446分别固定于所述壳体41的内壁，所述导流环446密封套设于所述第一密封滑筒42的外侧壁，内侧壁设有连通所述第一储液腔422和第二储液腔442的环形槽447，所述电阻条43通过支架431与所述第二密封滑筒44连接固定。第一储液腔422的侧壁上开设一个连通孔，当第一密封滑筒42安装固定后，所述连通孔密封对接环形槽447，初始状态下，第一储液腔422以及与其连通的导流环446的环形槽447内注满压力油，第二密封滑筒44中的第二弹簧444通过弹性力将第二活塞441固定在靠近导流环446的位置，当活塞杆425受压时，第一活塞421向第一储液腔422方向移动，第一弹簧424被压缩，第一储液腔422的容积减小，压力油通过环形槽447进入第二储液腔442内，第二弹簧444被压缩，第二活塞441以及与第二活塞441磁性连接的滑块445向第二滑动腔443的方向移动，与滑块445相连的导电块45在电阻条43上移动，由于第一储液腔422的直径远大于第二储液腔442的直径，因此导电块45的位移幅度大幅度增大，电阻条43的电阻变化值增大。
29.在一个具体实施方式中，如图15所示，所述壳体41包括插接固定的壳本体411和盖体412，所述壳本体411和盖体412上分别设有供所述第一密封滑筒42滑动穿过的第二通孔4111和第三通孔4121，所述盖体412上设有固定槽4122，所述固定槽4122内固定设有所述电源46，所述壳本体411内固定设有所述第二密封滑筒44，所述盖体412上设有第一环状凸缘4123，所述第一环状凸缘4123通过螺钉与所述背板2连接固定，所述第一密封滑筒42远离所述活塞杆425的一端（即密封盖427上）设有第二环状凸缘4271，所述第二环状凸缘4271通过螺钉与所述盖体412连接固定。
30.实施例4结合附图1至15，本实施例提供了一种石油钻机刹车片装置的使用方法，包括以下步骤：步骤s100、组装：将摩擦片1与背板2粘结固定，将背板2上的进水口24连接进水管，出水口25连接出水管，进水管连接水泵；步骤s200、刹车冷却：刹车时，通过水泵将冷却水泵入第一流道21内，冷却水经第一流道21、第二流道22和第三流道23流出背板2，第一流道21和第三流道23内的螺旋纽带3在冷却水的冲击下旋转，多条平行排列的具有特斯拉单向阀结构的第二流道22增加冷却水在背板2内的流动面积，低温的背板2与高温的摩擦片1之间进行高效率的热交换，对摩擦片1进行快速的冷却降温；步骤s300、磨损报警：当摩擦片1磨损到盲孔12的位置后，第一密封滑筒42的活塞杆425开始在外部压力作用下，向靠近背板2的方向移动，第二密封滑筒44将活塞杆425沿摩擦片1厚度方向的位移放大并转变为沿背板2长度方向的位移，第二密封滑筒44上的滑块445随着活塞杆425的移动，驱动导电块45与电阻条43接触并沿其长度方向滑动，通过外部控制电路采集电阻条43的阻值信号开启不同颜色的警示灯。
31.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。