石油設(shè)備與工具方案設(shè)計課程設(shè)計

1、石油設(shè)備與工具方案設(shè)計課程設(shè)計題目名稱： jc70d2鉆井絞車 專業(yè)年級：機(jī)械工程及自動化2009（礦機(jī)）- 19 -1選題目的和意義從國內(nèi)外石油鉆井的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢和研究方向來看，為了適應(yīng)淺海、海灘、沙漠和丘陵等不同地帶油氣藏的勘探和開發(fā)，美國、德國、法國、意大利、加拿大、墨西哥和羅馬尼亞等國先后開發(fā)了各種類型的石油鉆機(jī)。其中美國的鉆機(jī)技術(shù)和銷售業(yè)績在世界上穩(wěn)居首位，所以與國際技術(shù)接軌，實(shí)際上是與以美國為代表的鉆機(jī)技術(shù)及api規(guī)范接軌。就我國目前普遍使用的機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)而言，美國在20世紀(jì)60年代已經(jīng)成熟，到70年代得到迅速發(fā)展。近年來，國外鉆機(jī)在傳動方式和結(jié)構(gòu)形式方面的改進(jìn)發(fā)展很快，交流變頻

2、電驅(qū)動已經(jīng)廣泛使用，以及絞車無級調(diào)速和新型的剎車系統(tǒng)的設(shè)計和改進(jìn)有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國目前的深井是塔里木塔河油田的塔深（井深8408米2006年）其被譽(yù)為亞洲第一深井，而美國早在1974年在世界上最深的地質(zhì)井深12226米。這些驚人的數(shù)字都是離不開鉆機(jī)絞車這一重要設(shè)備的。石油鉆機(jī)在規(guī)模上有兩極發(fā)展的趨勢，即深井鉆機(jī)大型化和輕便鉆機(jī)小型化。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)外鉆機(jī)絞車在傳動方式和結(jié)構(gòu)形式方面的改進(jìn)發(fā)展很快，交流變頻電驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)廣泛使用，以及絞車無級調(diào)速和新型的剎車系統(tǒng)的設(shè)計和改進(jìn)有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展。深井鉆機(jī)趨向大型化，鉆深能力已達(dá)15000m，最大鉤載達(dá)12500 kn。為了提高

3、起升工作效率，絞車功率趨向于提高。一般大型絞車由4臺大扭矩的直流電動機(jī)驅(qū)動，采用強(qiáng)制水冷盤式剎車，起升鋼絲繩直徑50mm。鉆井泵單臺最大功率1618 kw，最高壓力52.7 mpa。原蘇聯(lián)、羅馬尼亞的鉆機(jī)系列中，絞車輸人功率最大1838 kw。通過對絞車的轉(zhuǎn)動原理、電機(jī)的選擇、主滾筒的力性能核算、剎車系統(tǒng)的改進(jìn)使得zj70鉆機(jī)絞車整體得到了良好的改進(jìn)與優(yōu)化3總體設(shè)計方案3.1. jc70d2絞車概述 jc-70d2絞車傳動是zj70d系列鉆機(jī)的傳動系統(tǒng)之一，它不但擔(dān)負(fù)鉆機(jī)起下鉆具和下套管及上卸扣, 還擔(dān)負(fù)著鉆頭鉆進(jìn)過程中控制鉆壓、處理事故，以及提取巖芯筒，試油等作業(yè)。同時還擔(dān)負(fù)著井架及鉆機(jī)前后

4、臺起升和降落任務(wù)。它主要有二大組成部分,動力裝置(包括輸入軸在內(nèi))和絞車主體，絞車傳動動力機(jī)組。jc-70d2絞車具有如下特點(diǎn)：1) 絞車功率大絞車由兩臺yz08(國產(chǎn))電機(jī)作為動力，經(jīng)動力裝置輸入軸并車，額定輸入功率可達(dá)1470kw。 2) 調(diào)速性能好、功率利用高為適應(yīng)起重量變化，節(jié)省起升時間，jc70d2絞車通過輸入軸和傳動軸之間的兩檔鏈條形成兩個檔位，而傳動軸與滾筒軸之間通過高、低速離合器又形成兩個檔位，絞車總檔數(shù)可達(dá)4正4倒，由于采用直流電機(jī)驅(qū)動，絞車可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，大大提高了功率利用率，節(jié)省了起升作業(yè)時間，提高了工作效率。3) 采用液壓盤式剎車，剎車力矩大，安全可靠，能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控

5、制鉆壓，達(dá)到均勻送鉆，在下鉆過程中能控制下放速度。同時配備有風(fēng)冷式電磁渦流剎車作為輔助剎車，使絞車工作的可靠性進(jìn)一步提高。 4) 絞車具有操作省力，控制先進(jìn)的特點(diǎn)該絞車采用機(jī)電液的控制系統(tǒng)，控制簡單可靠，控制手柄、剎車、鉆井參數(shù)儀表等均集中在司鉆控制房內(nèi)，便于操作。該絞車具有傳動簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)速范圍大，效率高,壽命長，工作安全可靠，外形美觀等特點(diǎn)。 3.2盤剎絞車結(jié)構(gòu)組成mcc系統(tǒng)：600v/400v(3相) 230（單相）50hz。數(shù)量：1臺 、型號:jc70d2。特征：由scr控制交流電機(jī)提供動力，配絞車插件，安裝在重型拖撬裝置上（帶輔助設(shè)備），適用于在使用4-1/2”鉆桿條件下700

6、0米油氣井的鉆探。撈砂滾筒、中間軸、輸入軸、潤滑系統(tǒng)等。滾筒本體開槽，以使大繩有序排列：帶有過卷防碰保護(hù)裝置，司鉆操控臺安裝在司鉆控制房內(nèi)以操控絞車、方鉆桿旋轉(zhuǎn)器、主剎車、液壓貓頭、天車防碰裝置。司鉆控制臺同樣配置空氣報警器及氣壓表、潤滑、和液壓等顯示儀表，鉆井儀表操控臺也集成在司鉆控制房內(nèi)。規(guī)格：額定功率1491kw(2000hp)電機(jī)兩臺直流電機(jī)，800kw(1073hp)滾筒數(shù)量雙滾筒主滾筒尺寸7701310mm(30.351.6)開槽lebus開槽，適用于1-1/2鉆井大繩提升速度四檔，無級變速傳動鏈條驅(qū)動剎車水冷式液壓盤剎撈砂滾筒尺寸2201068mm(8.6642.1)剎車帶剎防碰

7、防墜落系統(tǒng)機(jī)械/電子系統(tǒng)拖撬裝置重型油田用拖撬裝置3.3直流電機(jī)本鉆機(jī)配備9套yz08/yz08a 直流電動機(jī)： 1) 電機(jī)制造符合ieee 標(biāo)準(zhǔn)。適應(yīng)環(huán)境條件：溫度：-40-55 濕度：+20時相對濕度90% 沙漠、風(fēng)沙等惡劣工況。2) 技術(shù)參數(shù)：電機(jī)型號額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速yz08、yz08a800kw750v1150a970r/min額定效率最大電流最大轉(zhuǎn)速激磁方式電機(jī)質(zhì)量92.7%1400a1500r/min串勵絕緣等級3200kg電機(jī)(定/轉(zhuǎn))h/h 通風(fēng)方式為強(qiáng)迫通風(fēng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針(從傳動端視)：。3) 各部溫升限值、電機(jī)部件、電樞繞組、主極繞組、附極繞組、換向

8、器軸承測量方法電阻法、電阻法、電阻法、溫度計法、允許溫升(k)160、180、1205。4) 電刷：尺寸：19.157.270(mm)電刷磨耗到限長度:39.5(mm)牌號：ge-t900 電刷壓力：404n 。5) 結(jié)構(gòu)參數(shù)：換向器片數(shù)184片換向器外徑422mm換向器長185mm電樞鐵心槽數(shù)46槽電樞繞組形式單迭繞組58。 伺服電機(jī)控制簡圖滾筒軸由兩臺yz08 電機(jī)經(jīng)動力裝置輸入軸并車，功率合流后通過輸入軸與傳動軸之間的兩掛鏈條形成兩個檔位，傳動軸與滾筒軸之間的兩掛鏈條又形成兩個檔位，絞車總共產(chǎn)生22 檔，此外，傳動軸經(jīng)與撈砂滾筒軸的一掛鏈條,使撈砂滾筒軸形成兩檔。動力輸入軸與傳動軸之間的

9、換檔采用機(jī)械換檔，傳動軸與滾筒之間的換檔采用氣胎離合器換檔。3.4液壓盤剎車特征：包括6個工作卡鉗和2個應(yīng)急卡鉗，工作卡鉗在通常情況下是常開的，用于控制剎車扭距和調(diào)節(jié)送速度、鉆壓等，備用卡鉗在通常情況下應(yīng)是閉合的用于緊急剎車。工作卡鉗技術(shù)參數(shù)單位最大正壓力75kn(16861lbs)鉗口有效工作面積12271.8mm2(19.02in2)工作鉗油缸尺寸（直徑長度）165320mm（6.512.6in）重量208kg（459lbs）單位最大正壓力75kn(16861lbs)剎車片最大工作間隙1mm（0.0394in）鉗口有效工作面積17671.5mm2（27.4in2）應(yīng)急鉗缸尺寸（直徑長度）2

10、10368mm（8.314.5in）重量224kg（494lbs）輔助剎車電磁渦流剎車3.5 主滾筒總成jz702型絞車的主滾筒總成主要由滾筒軸、滾筒體、剎車轂、連接盤、軸向推盤離合器、輸入輸出鏈輪等組成。滾筒軸采用優(yōu)質(zhì)合金鋼整體鍛造而成，兩邊由調(diào)心軸承支撐，剎車轂為合金鋼整體鑄壓而成。剎車轂的冷卻采用循環(huán)水冷卻方式，其剎車轂上帶有水套和水循環(huán)管線，通過滾筒軸兩端的導(dǎo)水龍頭實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)，防止剎車轂溫度過高產(chǎn)生轂外表面龜裂或與剎車帶產(chǎn)生膠合。其循環(huán)水與輔助剎車循環(huán)水共用一個水箱，但水道不同。（1）剎車系統(tǒng)剎車系統(tǒng)是用來制動滾筒的。它主要由鋼帶、剎車塊、平衡梁、曲柄軸、限位全、調(diào)節(jié)絲杠、拉把和

11、剎把等組成。（2）輔助剎車wcb324輔助剎車直接安裝在絞車軸上，是一種通過壓縮空氣和復(fù)位彈簧的作用來驅(qū)動摩擦片與淬銅合金板的離合，從而改變制動能力的裝置。其剎車時產(chǎn)生的熱量可通過留過合金板內(nèi)水道尋壞水迅速帶走。它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在： 由于剎車能力只與氣囊內(nèi)地壓縮空氣的壓力成正比，而與鉤載的大小無關(guān)； 既能做為輔助剎車，又可用做完全剎車； 循環(huán)水冷卻剎車盤，減少廢液的排放；（3）水循環(huán)冷卻系統(tǒng)絞車的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)是由兩套獨(dú)立的水循環(huán)裝置組成，共用一個大水箱，它分別由電機(jī)、水泵、管線及水罐組成。水源采用水罐和鉆井偏房水罐中的水。一路為滾筒剎車裝置散熱，一路為輔助剎車散熱。3.6 天車防碰與緊急剎車

12、裝置天車防碰裝置主要由防碰肘閥、繼氣器、梭閥、防碰控制閥組成。當(dāng)游車大鉤上升到一定高度時，繩筒上快繩排繩到位，防碰肘閥閥桿被碰斜，使該常閉閥打開，主氣通過防碰肘閥進(jìn)入常閉繼氣器，是氣包內(nèi)主氣分別進(jìn)入氣動輔助活塞缸及剎車氣缸，氣動輔助活塞缸及剎車氣缸同時起作用，進(jìn)剎死滾筒。同時另一路控制常開繼氣器，切斷進(jìn)入司鉆閥的進(jìn)氣，從而使?jié)L筒的離合器放氣，絞車停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到天車放碰的目的。緊急剎車裝置是利用氣動輔助剎車的制動機(jī)構(gòu)及主剎車氣缸同時作用，由司鉆認(rèn)為控制絞車剎車。司鉆臺上有緊急剎車控制閥，無論何時，只要司鉆認(rèn)為有必要緊急制動，只要按下此閥，主滾筒便可在最短時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到緊急剎車的目的。另

13、外，在主滾筒導(dǎo)氣龍頭一端安裝高度指示儀的傳感器，當(dāng)游車大鉤超過設(shè)定高度，則自動報警。3.7 絞車結(jié)構(gòu)jc-70d2絞車為內(nèi)變速，墻板式，全密閉四軸絞車，其中內(nèi)變速可以使絞車獲得四個檔，轉(zhuǎn)盤二個檔，換檔有機(jī)械換檔和氣zj70/4500d 鉆機(jī)。1）圖 2-2 絞車傳動流程圖該絞車為四軸式絞車結(jié)構(gòu)，即由輸入軸，傳動軸，撈砂滾筒軸，滾筒軸胎離合器換檔兩種方式，機(jī)械換 檔需停車換檔。絞車的傳動鏈條采用強(qiáng)制潤滑，設(shè)有剎車盤循環(huán)水冷卻及風(fēng)冷式電磁渦流剎車。從功能看，jc-70d2絞車傳動主要由以下幾個部分組成： 傳動部分：引入并分配和傳遞動力。主要包括輸入軸，傳動軸，撈砂滾筒軸，滾筒軸等總成及傳動鏈條等組

14、成。 （圖2-2） 1撈砂滾筒總成： 2傳動軸總成：3換擋機(jī)構(gòu)：4絞車架: 5sdf70電磁渦流剎車盤式剎車：7滾筒軸總成：8撈砂滾筒剎車2） 提升部分：擔(dān)負(fù)著起放井架、鉆臺，起下鉆具，下套管子及起吊重物，上卸扣等，主要包括滾筒軸總成，撈砂滾筒軸總成，絞車主要是通過動力的傳動來完成游動系統(tǒng)的起升作業(yè)和撈砂滾筒的輔助作業(yè)。動力機(jī)組輸出的功率經(jīng)過并車箱和角傳動箱，到達(dá)鏈條傳到撈砂滾筒軸，再通過鏈條將功率傳遞給主滾筒。同時，在主滾筒的另一側(cè)，直接安裝wcb324輔助剎車，這樣就實(shí)現(xiàn)了功率的逐步傳遞。整個絞車系統(tǒng)設(shè)置有多種安全保護(hù)及輔助操作裝置，保證了作業(yè)的安全可靠。 絞車技術(shù)參數(shù)直流電動機(jī)臺數(shù)功率9

15、800kw額定轉(zhuǎn)速970r/min電壓750 dc電流1150a起升大繩12繩鉆井大繩38 mm井架高度&形式“k”型，45.5m(149.3)快繩最大拉力21t滾筒直徑長度5801080剎車轂直徑寬度1170310mm主滾筒離合器型號atd330h主滾筒輸入鏈條28s-3112輔助剎車wcb 324電傳系統(tǒng)可控制硅單元，一對二控制，5套拒輸入電壓600v ac輸出電壓0-750vdc可調(diào)輸出電流1800a dc(長期)最大鉤載4500 kn絞車最大輸出功率1491 kw（2,000ph）絞車擋數(shù)四檔無級變速底座形式旋升式4絞車機(jī)組主要部件的計算和分析4.1主滾筒參數(shù)確定起升滾筒是絞車中最重的

16、部件，在起升系統(tǒng)中，滾筒的起升慣性矩占全部慣性矩的50%60%。所以，滾筒設(shè)計計算的任務(wù)是：選擇滾筒的結(jié)構(gòu)形式、核算滾筒的強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上盡量減輕滾筒的重量，以節(jié)約材料，便于運(yùn)輸。同時使絞車起動動載小，加速操作和延長離合器壽命。 外滾筒剖面圖4.1.1滾筒的結(jié)構(gòu)類型選擇 典型的滾筒結(jié)構(gòu)包括滾筒體、兩套輪轂和剎車鼓，輪轂外側(cè)有鋼絲繩固定裝置，并在其對側(cè)有靜平衡補(bǔ)償塊。剎車鼓是易損件，用螺釘聯(lián)結(jié)在輪轂上，可迅速更換。輪轂與滾筒軸的的聯(lián)結(jié)采用鍵裝靜配合，滾筒體和輪轂的材料為35號鋼或5號鋼板，而剎車鼓則采用特種耐熱鋼鑄成。滾筒的結(jié)構(gòu)類型主要有兩種：1）鑄造組裝滾筒 由于滾筒整體鑄造時結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，易

17、出廢品。所以分開3件鑄造，加工好后在組裝在一起。顯然，由于制造工藝的限制，各處斷面只能鑄得相當(dāng)厚，既加大了重量又費(fèi)加工量，所以不如焊接滾筒輕。鑄造滾筒實(shí)體剖視圖（cad圖） 2） 焊接滾筒 滾筒的滾筒體和輪輻用鋼板焊成一體，殺車鼓可局部采用鑄或鍛件，筒的內(nèi)部了加焊加強(qiáng)筋環(huán)。這樣滾筒既輕，又不容易出廢品，而且在近代焊接工藝的條件下，焊接較厚的鋼板已經(jīng)完全可以保證質(zhì)量。這種滾筒以前只在單件的中型鉆機(jī)的滾筒生產(chǎn)上采用，現(xiàn)在也推廣到了重型鉆機(jī)上。所以，本次設(shè)計滾筒結(jié)構(gòu)類型選用焊接滾筒。4.1.2 滾筒直徑d1與滾筒長度l的計算 d1主要是根據(jù)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和直徑的大小來決定，總的原則是在不使鋼絲繩過分彎

18、曲的前提下，將d1設(shè)計的偏小一點(diǎn)。這對減輕絞車的重量，減小絞車的啟動載荷都有好處。最于輕型、中型鉆機(jī)，當(dāng)鋼絲繩的安全系數(shù)較大時，允許選用d1=（17 23）d ,其中d為鉆井鋼絲繩的直徑，d=32 mm。所以：d1=（1723）d = 544736 （mm）按照上述原則，取 d1= 580 mm對于絞車長度的設(shè)計，一般滿足api 要求纏繩不超過4層的前提下，越小越好。根據(jù)美國絞車設(shè)計經(jīng)驗(yàn) ： l =（1.26 2.57 ）d1 =730 1490 （mm） 通過對比分析， l 取 1080 mm 。確定l后，再計算快繩的傾斜角，驗(yàn)算l設(shè)計的合理性。l =2tg其中：滾筒到天車間的距離?？炖K的傾

19、斜角，1.15 1.30，通過計算，快繩的傾斜角小于1.15。所以，滾筒長度符合設(shè)計要求：剎車鼓直徑d2：根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)d2 =（1.82.3）d1 10441344 （mm），通過綜合分析：d2 可取1170 mm 。4.1.3 滾筒上的容繩量 m游動系統(tǒng)為56 ，最大繩數(shù)為10繩，其完成立根行程為 l=28m，滾筒上留有纏繩10圈。則：m= 28 m10+ （d1 + d）10 = 300 m纏繩層數(shù)e 的計算，由于 m =d3 *n *e ，而d3 = d0 +（e-+1）d d3-滾筒平均工作直徑，d0-滾筒工作直徑，580mm 。d- 鋼絲繩直徑 32mm ，-取 0.9n- 每層排數(shù)

20、，根據(jù)滾筒的設(shè)計長度和繩槽的要求，n取35 。所以有：m =d3*n*e = 300：則3.140.58 +（e*0.9 - 0.9+1）0.02935 * e =300。e = 4（e取整數(shù)，化整時0.2則進(jìn)位）。4.2 滾筒體的強(qiáng)度核算4.2.1 最大應(yīng)力 滾筒體是一個鑄鋼的或板焊的厚壁筒。在起下鉆的過程中，由快繩拉力p對滾筒壁造成的載荷有彎矩m彎、扭矩m扭以及纏緊的鋼絲繩對筒壁的外力p1。而實(shí)際證明，由于前兩種載荷所引起的應(yīng)力都較第三個要小得多，所以在計算時可以忽略不計。而外壓力p1在筒壁中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力卻很大，成為強(qiáng)度校核的側(cè)重點(diǎn)。由于輪輻兩邊加強(qiáng)的作用，所以壓縮應(yīng)力最大點(diǎn)發(fā)展在滾筒長

21、度中段。而此應(yīng)力又以內(nèi)壁表面的切向應(yīng)力max為最大。 根據(jù)材料力學(xué)厚壁筒的一般公式，當(dāng)只有外壓力pl時，d筒，d內(nèi)分別為滾筒體的外徑和內(nèi)徑。設(shè)筒體壁厚為，以 d內(nèi)=d筒-2 代入上式，然后忽略4 小值不計，則可得近似值。則對于次此設(shè)計中的絞車滾筒體而言，其材料用35號鑄鋼，其壁厚為52.5mm：所以有纏繩螺距s = 32 + 2=34 mm = 22352 kg/cm而35號鑄鋼的 為28000kg/ cm，n =1雖然此時的n不是絕對可靠的安全系數(shù)，但是在滾筒體內(nèi)設(shè)有加強(qiáng)筋環(huán)，能夠起很大的提高強(qiáng)度的作用，故這里可以認(rèn)為滾筒體是安全的。這樣一來，對于一定結(jié)構(gòu)尺寸的滾筒，其最大壓應(yīng)力取決于滾筒的

22、外壓力pl。4.2.2 鋼絲繩纏繞的滾筒的強(qiáng)度核算 （1） 當(dāng)滾筒上只有一層鋼絲繩纏繞時，在滾筒體上分離出一條寬為s毫米的半圓環(huán)，s=d繩+2，在這個分離半圓環(huán)上的力相互平衡。兩端鋼繩拉力與環(huán)對鋼繩的反力pl的垂直分力相平衡。2p = 2 d繩 + 2，這一公式對于剎帶、單向離合器均適用。 （2） 實(shí)際的滾筒上鋼繩作多層纏繞時，max不是按比例增加的（由應(yīng)力實(shí)際測定證明）。 首先，滾筒和鋼絲繩兩者都是彈性體，當(dāng)纏完第一層鋼絲繩時滾筒體向內(nèi)收縮，暫時穩(wěn)定為一定的彈性狀態(tài)，再纏繞第二層時，在新增加的外壓力p1的作用下滾筒體進(jìn)一步進(jìn)行收縮，這就使本已經(jīng)纏好的第一層鋼絲繩的拉力松弛下來，而小于原來的壓

23、力p，減小的程度與滾筒的彈性和鋼繩的相對剛度有關(guān)，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計算：多層纏繞時的最大應(yīng)力 max=akg/cm 。式中為多層纏繞經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可參考下列數(shù)據(jù)：纏繞層數(shù)12345系數(shù)a1.01.41.822.15滾筒體壁強(qiáng)度條件，其安全系數(shù)n = 1.5，式中為滾筒體材料的屈服極限，kg/cm2考慮到滾筒內(nèi)即使產(chǎn)生局部塑性變形時，滾筒的正常工作仍不受影響，從盡量減輕滾筒重量方面著眼，特殊情況下n = 1。4.3 剎車機(jī)構(gòu)的分析及計算剎車機(jī)構(gòu)的任務(wù)是剎慢或剎住被下鉆載荷所帶動的滾筒，達(dá)到調(diào)節(jié)鉆壓、送進(jìn)鉆具、控制下鉆速度以及剎住懸持鉆具的目的。因此要求剎車機(jī)構(gòu)靈活、可靠。剎車機(jī)構(gòu)是絞車上最重要的部件

24、，但同時也是最薄弱的部件。4.3.1 剎車機(jī)構(gòu)的組成和作用dsf風(fēng)冷型電磁渦流剎車主體外形及安裝圖 剎車機(jī)構(gòu)的組成和作用如下：剎把可以轉(zhuǎn)動杠桿，通過曲拐拉拽剎帶的活動端，使之圍抱剎車鼓。剎車帶用鉚釘鉚在鋼帶上，塊間有間隙。兩條剎帶的固定端用行程限制螺桿連接在平衡梁上，平衡梁的作用是補(bǔ)償和調(diào)整兩副剎車帶的作用不均性。由于剎車帶的可能不等長，剎帶與剎車間的距離不一樣，以及杠桿受力變形后的扭轉(zhuǎn)變形等原因，以至兩副剎車帶的拉力不一樣。如果將剎帶緊端栓在平衡梁上，則通過平衡梁將兩帶的作用調(diào)均勻，使它們基本一樣。另外，當(dāng)剎車鼓與剎車塊之間的空隙磨大了，剎把的最后剎住角度越來越小，不便于操作時，則將螺桿上的

25、螺母調(diào)緊，使空隙變小。在杠桿的尾端裝有氣剎車，通過剎把收兵的扭轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)司鉆閥來以調(diào)定汽缸中的氣壓，既調(diào)節(jié)氣剎車的力的大小。手剎車起主要作用，氣剎車是為了省力。輔助剎車是為了減輕手動剎車的負(fù)擔(dān)。當(dāng)氣剎車和輔助剎車完全發(fā)生鼓掌時，應(yīng)保證只用帶剎車仍能堅(jiān)持下鉆和正常鉆進(jìn)剎帶由50號彈簧鋼板制成，用彈簧螺釘掛在絞車外殼上。剎帶上鉚有剎車塊，它由耐熱、耐磨、具有較大的摩擦系數(shù)的石棉塑膠或石棉繩編織品壓制而成。帶式剎車的優(yōu)點(diǎn)有：（1）包角a可達(dá)到270度甚至330度，其制動力矩可隨包角的增大而加大，以適應(yīng)重型轎車的需要。（2）采用雙杠剎車機(jī)構(gòu)既省力又安全。（3）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于維修。但由于剎帶的作用，也

26、使之存在一些缺點(diǎn)：（1）剎車時滾筒軸受一彎曲力，其值為t、t的向量和。（2）只能用于單向制動，因其反向制動力矩要小的多，所以在鉆機(jī)方案設(shè)計的時候，要注意滾筒的旋轉(zhuǎn)方向。（3）活動端和固定端的剎車塊磨損不一致。4.3.2 剎車塊與摩擦材料 在鉆機(jī)絞車上為了獲得較大的制動力矩，并具有較小的剎車尺寸，采用了特制的剎車塊，它是由石棉纖維，混合塑膠粉和填料在溫度180度左右，壓力250下壓制成瓦塊形。塑膠粉主要成分是樹脂，丁苯膠和少量橡膠粉。填料的主要成分是長石粉，硫酸鋇，還原鐵粉，銅絲和少量石墨片等，加入金屬絲的目的是為了提高剎車塊的傳散熱性能。下鉆制動操作對剎車塊的要求：（1）摩擦系數(shù)要高。（2）耐

27、熱性要好，在高溫下能保持其性能。（3）在允許的比壓，溫度，速度范圍內(nèi)耐磨性要好。（4）容易加工，制造成本低。 現(xiàn)有石棉塑膠壓制剎車塊的重度為2，硬度為hb 28-33，硬度越硬越耐磨，但同時剎車鼓的磨損也將增大。在比壓p=5060公斤/厘米和線速度5060米/秒的條件下剎車塊的允許溫度t允：表皮t允1000度,材料體內(nèi)部t允400600度,允許溫度就是這樣一個臨界溫度超過他剎車塊的摩擦系數(shù)顯著下降，磨損率急劇增加。國產(chǎn)剎車塊的的摩擦系數(shù)=0.450.5。從大量的剎車塊實(shí)驗(yàn)資料來分析，可以認(rèn)為，只要是剎車塊在允許的溫度范圍下使用，其米擦系數(shù)變化不大，可以近似的認(rèn)識是一個常數(shù)。4.3.3 剎車摩擦

28、副的發(fā)熱、磨損計算下鉆過程中。載荷和起升系統(tǒng)的的運(yùn)動自量的動能在剎車時，通過摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使摩擦副發(fā)熱，降低其摩擦系數(shù)，加速其磨損甚至使剎車鼓變形龜裂。剎車機(jī)構(gòu)設(shè)計計算任務(wù)之一就是要計算摩擦副的熱負(fù)荷，一避免可能發(fā)生的制動力矩不足或溜鉆事故，摩擦副的發(fā)熱計算。（1）由于鋼制的剎車鼓是良導(dǎo)體，石棉制的剎車塊是絕熱導(dǎo)體，所以摩擦發(fā)生的大部分熱量主要由剎車鼓吸收和傳導(dǎo)，并主要是有剎車鼓的側(cè)面和背面向外發(fā)散。為了加強(qiáng)散熱效果，鼓的背面應(yīng)該還有散熱片或強(qiáng)制冷卻水套。（2）在高溫滑行（v=30米/秒）的摩擦副表面溫度最高，剎車鼓表面可高過900度，在夜間可以看見表面燒紅和不斷迸出火花。在剎車塊表面溫度可

29、高過1200度。但塊和鼓的高溫都只限于很淺的表層（大概3-4毫米），并且在不剎車時，在3-5秒內(nèi)立即冷卻到200-300度，為此重復(fù)不已，鼓與塊都發(fā)生熱疲勞裂紋。（3）在下鉆550米以后開始掛水剎車，由于散熱充分，剎車鼓的外表面溫度可穩(wěn)定在150-200之間，短暫的剎住過程是摩擦副表面溫度控制在350以內(nèi)，這就減輕了帶剎車的熱負(fù)荷，延長了摩擦副的壽命。對于普通的剎車鼓，當(dāng)平均制動功率為n時的最大穩(wěn)定溫度大于摩擦副的允許溫度時是不允許的，必須降低穩(wěn)定溫度，如設(shè)計大尺寸剎車，采用人工冷卻等，否則要被迫降低平均制動功率（如減少剎車頻率），這是最不合理的。此外摩擦材料不同對穩(wěn)定溫度也有一定影響，如含有

30、金屬網(wǎng)的剎車塊比沒有的穩(wěn)定溫度要低5-10度，陶瓷剎車塊要比石棉剎車塊低20-30度。目前還沒有開展鉆井剎車副發(fā)熱的實(shí)驗(yàn)研究，所以還缺乏充分的資料，這是要進(jìn)一步的研究任務(wù)。4.4主滾筒軸設(shè)計計算根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鉆機(jī)滾筒軸長度一般在3m左右，直徑一般在200 mm ，而zj30/1700型鉆機(jī)為中深鉆機(jī)，因此粗略估計其軸直徑為200 mm，長度為3 m ，材料選用 40crni 。滾筒軸圖4.4.1 滾筒軸強(qiáng)度校核（一）靜強(qiáng)度校核（1）快繩拉力和和滾筒扭矩：qmax = 1700 kn (最大鉤載)，游動系統(tǒng)游 = 0.81 （api推薦）。所以：p= qmax/ z *游） = 17001.04

31、 /0.81 10 218 knp-快繩最大拉力，作用在滾筒的右端，d3 = d0 +（e- +1）dd3-滾筒平均工作直徑860mm，d0-滾筒直徑580mm，d- 鋼絲繩直徑32mm e-纏繩層數(shù) 4層。-取 0.9, d3 =687.3mm =0.687 m,所以快繩拉力產(chǎn)生的扭矩 mp：mp = p * d3/ 2 =21006873/2 =72.17knm，此扭矩由二輪轂平均傳遞，所以右端-段為全部傳遞mp=72.17knm ，而-段只傳遞一半扭矩，為36.10knm。（2） 鏈條拉力t，鋼絲繩在右端時，軸受力的情況最惡劣，故按此狀況進(jìn)行計算，近似把鋼絲繩看成垂直的。t = p *

32、d3/（d2*筒 ）=21000687.33/（594.8 0.97）=25000 kgfd3 =687.3 mm，筒 =0.97，d2 = 594.8，鏈條緊邊與水平夾角= 29.296ty = tsin= 12235 kgftx = tsin= 21800 kgf（3）固定重量：滾筒重 2620kgf ，平均加在二輪轂中心處，另外還有鏈輪等重180kgf 。 （4）計算彎矩 mw 在垂直面內(nèi) mb = 0ay = 28100 kgfpy = 0by = 420 kgf 在水平面內(nèi) mb = 0ax = 23800 kgf px = 0bx = 2000 kgf 軸在，a，各截面處的彎矩 m

33、w在垂直面內(nèi)：截面： my = -0.525kgf cma 截面： may = 0.99kgfcm截面： my = -3.00kgfcm截面： my =-0.503kgfcm在水平面內(nèi)：a截面：max =3.05 kgfcm:截面：mx = 2.59 kgfcm（二）靜強(qiáng)度計算 截面的彎矩和彎扭聯(lián)合作用最大，所以首選截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，處截面最小，因此承受扭矩最大，a處受力最大扭矩和彎矩聯(lián)合作用，因此也要校核。 （1）截面處，軸徑d= 18.5 cm，鍵槽寬 b= 4.5 cm，深 t=1.5 cm抗彎截面模量：z=0.569,抗扭截面模量：zp = 1.19,合成彎矩：m=3.96kgf m。

34、材料：40 crnis=58kgf/mm，安全系數(shù)ss取1.7 2.0 ，ss = 4.59 ss,故截面ii處安全。（2）截面a處： d = 16 cmz =401.92zp = 803.84ss = 3.2kgf mss = 3.3ss故a截面處安全。（3） i 截面處：此截面只受扭矩，m扭=7.21kgf cm，軸徑d=15.5cm ，b=4cm ，t = 1.1cm 。zp = 701.38ss = 3.26 ss故i截面安全。4.4.2 疲勞強(qiáng)度核算 由于滾筒、鏈輪、離合器作用點(diǎn)有的和p以及ty在同一點(diǎn)上，抵消后可得：p=13569 kgf ，ty=8546 kgf。計算彎矩：（1）垂直平面內(nèi)ay=22554 kgf、by=-3574 kgf（2）水平面內(nèi)：ax = 16965 kgf、bx = 16965-15551 = 1414 kgf（3）計算彎矩垂直平面內(nèi)：i截面 ：my = -0.525、ii截面：my = 0.52