第五章 起升系统工作原理与设备(之二)

天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。 一、天车和游车 天车：是装在井架顶部的定滑轮组。 游车：是作往复运动的动滑轮组。 游系结构：指的是游车轮数×天车轮数。
结构特点：天车、游车都是多个绳轮通过滚动轴
承装在一根心轴上。
二、大钩 有单钩、双钩和三钩。钻机用三钩（主钩＋两吊环钩）。 1. 组成：大钩由钩身、钩杆、钩座、提环、止推轴承和弹簧组成。 2. 要求： ①有足够的强度和工作可靠性； ②钩身能灵活转动，以便上、卸扣； ③大钩弹簧行程有补偿上、卸钻杆时的距离； ④钩口闭锁绝对可靠、闭启方便； ⑤大钩有缓冲减振功能，减小拆卸立根的冲击。
P cos l Fm
（P力对轴1的矩） （F中间连杆对轴1的矩）
t cos R3 Fn
（t 力对轴2的矩）（F对轴2的矩）
增力倍数： i
t l n cos P R3 m cos
双杠杆车机构图
增力倍数：单杠杆 i 48 ；双杠杆 i ≈80。 确保 ＝45～30°时， P =40～25kgf，刹车就 比较省力。 3. 带刹的优点 （1）制动力矩随 增大，能满足重载需要。 （2）双杠杆省力、安全。
4. 单钳制动力矩
M d 2NRe
式中 N —块的正压力，N ； Re —有效摩擦半径， ； m
—摩擦系数。
设 p为单块单位压力， 则单块摩擦力矩:
2 R1 2 M 1 p r drd R2 2

r d
为微弧长；
单钳的制动力矩:
2
r d dr 为微面积。
（3）简单，方便。
4. 带刹缺点 （1）滚筒轴受一弯曲力，值为 T 、 t 的向量 和。 （2）只能单向制动。 （3）活端和死端的刹块磨损不一致。
五、盘式刹车 1985 年 美 国 GH 、 NSCO 、 EMSCO三家公司开始将 盘式刹车用于钻机绞车。 我 国90年 开 始 在 修 井 机 上 改 装 盘 式 刹 车，95年 胜 利 机 械厂 生 产 的钻机 已采用盘式刹车。 1. 结构组成 包括：刹 车 盘 （滚 筒两 侧）、刹 车液缸、刹车 钳 （或 刹车 杠 杆 ）、刹 车块、液控系统等。
三、钢丝绳
结构：选用钢绳（6股19丝）6×（19）纤维绳芯或（6 股19丝）6×（19）＋7×7金属绳芯。
要求：有效绳数最大钻柱重量情况下，安全系数不小
于3；最大绳数和最大钩载情况下，安全系数不小于2。
Π 型井架
2. 前开口井架 又称П形或K形架， 主要特征： （1）地面组装，整体起放 ，分段运输（4～5段）。 （2）前扇敞开、截面为П 形。 （3）结构不封闭，两侧结 构相同。
3．A形井架 主要特征： （1） 两大腿通过天 车台、二层台连成“A” 字形。 在大腿的前方或后 方有撑杆支承，或后方 有人字架支承。 （2） 地面组装，整 体起放，分段运输4～5 段。 （3）整体稳定性不 理想。
2. 刹车钳类型 全套刹车包括：工作钳（ 下钻及钻进用）；应急钳 （安全钳）。
①杠杆钳。液缸在刹车 盘外缘，双活塞反向动作。
②固定钳。两个液缸对 置于刹车盘外侧，活塞直 接对刹块加压。 3.工作方式 常开式：液压加压刹车； 常闭式：用弹簧加压刹车， 用液压松刹。
胜利钻机机械厂生产 的 ZJ 32 SL1 型钻机 上，JC32绞车为盘式 刹车（图6-37）。 该刹车钳属于常闭式 。
3．工作绳拉力 快绳和死绳合力。 近似计算作用力
2(Qmax 10G游 ) Ps 2 P＝ Z
式中 Ps —工作绳拉力，kN； P —游绳拉力，kN； Qmax —最大钩载，kN； G游 —游系质量（包括大钩 、游车、钢绳），kg； Z —有效绳数。
4．风载
风是空气的运动，由动能变为压力能。 风压取决于风速、空气的密度及结构形状、风向和
面积。
风载计算式： P Wf W 式中 PW —风载，N；
f —承风面，即垂直于风向的井架外廓面积， 2 m
W —计算风压，Pa。
W W0 K0 K g K
W W0 K0 K g K
式中 W0 —基本风压，Pa；
K0
Kg
—工作风压系数，一般取0.3～0.4； —风压高度变化系数；
K —风压体型系数（与结构有关）；
2.作用原理 刹车时，操作刹 把4转动传动杠杆3， 通过曲拐拉拽刹带1 活动端抱住刹车鼓。 扭动刹把手柄可 控制司钻阀5启动气
刹车。气刹车起省
力作用。
平衡梁：均衡左、右刹带受力。 当刹块磨损时，用螺钉7调整间隙。
刹带1不工作时，用弹簧拉起；
刹车块则铆在钢带上。 3. 气刹车与防碰天车 气刹车：减轻司钻的负载 （旋转刹把气缸拉刹带活端）。 防碰天车：游车超高使气缸刹车。
三、刹带两端的拉力 刹带包角为 ，摩擦 系数为 ，刹带死端拉 力 T ，活端拉力 t 力按欧拉公式计算:

T te
制动力 Fb ： Fb T t t (e 1) 设 Rb为刹车鼓半径， 制动力矩： 根据下钻钩载算出 Fb max ， 和 作为刹车机构 T 的设计依据。
（5）立管平台，水龙带操作台；
（6）工作梯。
3．钻井工艺对井架的
基本要求
（1）足够的承载能力。 （2）足够的工作高度、 空间、钻台面积。 （3）拆装、移运方便。
二、整体结构类型 1. 塔架 塔架是四棱锥，截面为正方形。 分四扇，每扇分若干桁架。 主要特征： （1）封闭结构，整体稳定好， 承载能力大。 （2）单构件连接。 （3）井架内空间大。 （4）单件拆装工作量大，高空 作业，不安全。 国外用四柱腿式塔架。 塔型井架
R1 R2 R1 R2 M d 2 N 1 2 NRe R1 R2 2 2 3 sin 2
5. 优点（盘式刹车与带式刹车相比）
①刹车盘散热性好【有1/10 盘面摩擦发热】； ②刹车块的吃水稳定性好 （由于比压大和离心作用不易存水和油污物）； ③比压分布均匀，摩擦副的寿命较长；
2.原理 定子通直流，产生固 定磁场。 当滚筒带动转子转动 时，转子产生涡电流。 涡流形成旋转磁场， 与固定磁场作用产生制
动力矩。
3．特性 （M-n曲线）
调节线圈的电流可改变
M-n曲线。 当转速低时，仍有较大
制动力矩。
滚筒转速较低时，M随 n增加迅速增大，中、高速 段力矩几乎不变。 图5-25 DS电磁涡流刹车的M-n特性
—风振系数。 上述各系数可查阅有关气象标准（略）。
基本风压 W0 ：即气温15℃时距离地面10m处的静
压力。
W0
3 式中 —15℃时空气的密度， 1.227kg / m ； V —风速，m/s，各风力对应不同的风速。【5 级风速（10.7m/s）】
1 V 2 2
5．立根载荷(I-11) 立根重水平力及立根风载。水平作用到 井架上。 ①立根重水平载荷计算： 10 Pl qnctg （垂直反力为 ） 2 ql —立根线密度，kg/m； q —立根长，m； —立根数； —立根与钻台面的倾角 ，一般 n 。 ②立根风载，按风载法计算。 86 ~ 88 承风面积为： f l n1dl sin —每排立根数； —立根接头外径，m。 n1 6．绷绳载荷：桅架需计入绷绳拉力。 d
第五节
井架
一、功用、组成与
要求
1．功用 （1） 安放天车，悬挂游 车、大钩及工具。 （2） 起下钻、下套管。 （3）存放立根。
2．结构组成 图5-26所示井架组成。 （1）主体为空间桁架； （2）天车台，装天车和天车架； （3）天车架，安装、维修天车之 用； （4）二层台，包括井架工操作的 台和存靠立根的指梁；
5 Nb N n3 (D15 D2 )
n —滚筒转速，r/min；
D1 —水室外径，m；
D2 —水室水环内径，当水室充
满时即水室内径，m。
二、电磁涡流刹车 新型辅助刹车。 利用电磁感应原理 实现制动。 无损制动，性能好 ，广泛应用。 1.结构 主要由左、右定子 和转子组成，定子中固 嵌线圈。
第五章 起升系统工作原理与设备
第三节 刹车机构特性
绞车有主、辅刹车。 一、刹车功用与使用要求
1. 功用
①刹慢或刹住滚筒，控制下放速度，悬持钻具； ②调节钻压，送进钻具。
2. 要求：安全可靠，灵活省力，寿命长。
二、结构与原理 1. 结构 以单杠杆刹车机构为例。 由刹把4；传动杠杆（或称刹车曲轴3）；刹带1；刹鼓2； 平衡梁6和调整螺钉7；气刹车等组成。
4．桅形井架
（ 1）有整体式和伸缩 式两种。桅架是用液缸或 绞车整体起放。 （2）桅架向井口方向 倾斜，靠绷绳稳定。 （3）桅架简单、轻便、 但承载能力小，用于车装 轻便钻机和修井机。
三 、 井 架 基 本 载 荷 (II-10,III10) 1．恒载 井架的恒载：井架自重、设 备、工具重。 2．最大静载 即最大钩载。
3. 作用原理：
下钻时，滚筒带水 刹车转子旋转，运动 中倾斜的叶片，迎面 去切割水涡流，形成 阻力矩。
4． 制动力矩： 5 M b M n2 ( D15 D2 )
2 M b n，当 n 低时 M b 很小。 ① ②水室充满度反映了刹车能力。 5. 制动功率：
式中 M , N —力矩和功率系数；
M b Fb Rb t (e 1)Rb
t
四、刹车杠杆工作分析 1.单杠杆刹车机构 活端拉力t，刹把长 l ,曲拐臂长r， 传动效率 ： 刹把力↓： P cosl t sin( )r
Pt r sin( ) l cos
增力倍数：
i
t l cos P r sin( )
单杠杆刹车机构图
P 或 i 的大小取决于 l 与r的比值。 P 与 i 也随 变化， 和 是定值。
刹把的最佳倾角 ＝45～30°。 单杠杆用于轻、中型钻机上。 双杠杆用于重、超重型钻机上。