一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统技术方案

一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，与其他机、电控制设备一起完成了模拟钻机的起钻、下钻和钻进等驱动与制动全过程，同时初步实现了刹车实验台的手动、自动运行及数据采集。该控制系统不仅实现了手动操作，而且对主要参数实现了数据采集和计算机闭环自动控制，为刹车实验台的整体试验研究提供了保证。

【技术实现步骤摘要】
一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统
本专利技术涉及一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
钻机是石油、天然气或地质钻井过程中必须使用的机械设备，钻井过程主要包括起升钻具、下放钻具和钻进3项作业，在这3项作业中，钻机绞车刹车装置起着举足轻重的作用。为了验证及试验不同主副刹车组合的刹车特性，克服现场试验的风险性和不经济性等因素，开展室内钻机绞车新型刹车系统工作理论研究工作，笔者设计并研制了钻机绞车刹车系统实验台装置。
技术实现思路
本专利技术提出了一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，与其他机、电控制设备一起完成了模拟钻机的起钻、下钻和钻进等驱动与制动全过程，同时初步实现了刹车实验台的手动、自动运行及数据采集。本专利技术所采用的技术方案是：所述控制系统主要由主泵电机、液压泵站、液压马达、计算机控制系统(PC机和PLC)及电液伺服控制系统等组成。所述液压控制系统是钻机绞车刹车实验台的核心部分，其中液压泵站动力系统不仅要为负载模拟装置提供动力，而且液压盘式刹车所需的恒定液压源也由泵站提供，另外液压控制系统还应该具有自动循环清洗以及压力、流量数据采集和安全报警等功能。所述控制系统的液压马达选用能提供低速大转矩的径向柱塞式定量马达，由电液伺服阀及伺服放大器根据负载检测情况控制其输出转矩和转速、转向。所述实验台气动控制系统的调试首先是利用手动调压阀分别实现伊顿刹车和气控带刹车的刹车和松刹等功能，系统运行正常后采用电气比例阀实现计算机自动控制，提高刹车实验台的自动化水平。本专利技术的有益效果是：该控制系统不仅实现了手动操作，而且对主要参数实现了数据采集和计算机闭环自动控制，为刹车实验台的整体试验研究提供了保证。附图说明图1是本专利技术的实验台液压控制系统示意图。图2是本专利技术的阀控马达负载模拟系统液压控制图。图中：1.油箱；2.液位计；3.吸油过滤器；4.喉管；5.碟阀；6.主泵电机；7.联轴器；8.柱塞泵；9、12.单向阀；10.溢流阀；11.电磁换向阀；13.辅泵电机；14.齿轮泵；15.粗过滤器；16.球阀；17.空滤器；18.精过滤器；19.电液伺服阀；20.节流平衡阀；21.液压马达；22.扭矩传感器；23.绞车及刹车装置。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，液压控制系统是钻机绞车刹车实验台的核心部分，其中液压泵站动力系统不仅要为负载模拟装置提供动力，而且液压盘式刹车所需的恒定液压源也由泵站提供，另外液压控制系统还应该具有自动循环清洗以及压力、流量数据采集和安全报警等功能。液压泵站的设计及选型主要是根据负载模拟系统及刹车制动液压源的大小来决定的，按照实验要求，液压泵站主泵选用最高压力为31.5MPa、标称排量为25mL/r的柱塞泵。如图2，钻机绞车刹车系统试验台的负载模拟系统是实验台设计首先需要确定的参数，考虑到实验室的空间及运行安全等因素，在比较垂直负载、液压缸负载及液压马达负载的优缺点之后决定选用液压马达作为绞车刹车试验台的负载发生装置。钻机负载模拟系统主要由主泵电机、液压泵站、液压马达、计算机控制系统(PC机和PLC)及电液伺服控制系统等组成。用PC机采集模拟钻井过程中悬重大小(实际悬重等比例缩小值)信号作为负载的输入信号，经D/A转换器将数字信号转换为模拟的电压信号输入伺服控制放大器，伺服放大器将电压信号转换成电流信号来控制电液伺服阀阀心的动作，调节电液伺服阀的流量，从而控制工作液压马达输出转矩的大小，带动滚筒模拟负载来牵引绞车，以此实现实验室内钻机的起、下钻及钻进等工作过程。液压马达执行元件的参数选择主要是根据液压泵站能够提供的动力以及模拟绞车(卷扬机)的动力参数来决定的，卷扬机的动力大小则是按照与液压马达输出最大转矩等同的原则选取卷扬机额定输出转矩。由于卷扬机钢丝绳运动距离的限制，液压马达选用能提供低速大转矩的径向柱塞式定量马达，由电液伺服阀及伺服放大器根据负载检测情况控制其输出转矩和转速、转向。石油钻机绞车常用的盘式刹车一般作为主刹车装置，不仅负载大，而且制动频繁，发热量大，需要有良好的散热性能，目前钻机绞车盘式刹车均为钳盘式刹车。钳盘式刹车以刹车盘和装有刹车块的刹车钳作为制动偶件。刹车盘安装在绞车滚筒轴上，随着滚筒一起旋转。刹车钳安装在支架上，并由液压缸控制其运动。当液压系统液压缸放油时，刹车钳通过液缸活塞的移动以夹紧或松开刹车盘，从而实现刹车或松刹。液压盘式刹车的主要作用是实现绞车的动态刹停及静态自锁，分别由刹车工作钳和安全钳来实现，其中刹车工作钳为常开状态，接通压力油后可以将运动的绞车装置刹停，同时设计带手感的手动调压阀实现绞车的刹车及松刹。刹车安全钳为常闭状态，即弹簧压紧油压松开形式，接通压力油后可以松开刹车，实现钻机的起、下钻或钻进模拟试验。此外盘式刹车液压控制系统还应模拟钻机绞车现场工作情况，考虑液压元件失灵或其他紧急情况时，液压控制台可设置紧急制动按钮由气控系统辅助实现绞车的紧急刹车及驻车安全。根据液压盘式刹车的功能及作用，液压控制台除了要实现盘式刹车的正常工作，还应显示液压系统主压力、工作钳和安全钳压力，并安装压力传感器将刹车压力信号传递给计算机。钻机绞车刹车实验台在气动控制方面，除了液压盘式刹车共用安全气源外，气控水冷多盘（Eaton）刹车也需要气动控制的刹车装置，Eaton（伊顿）刹车的气缸采用气压刹车、弹簧松开方式，具有操作方便、制动效果好、利于计算机控制等特点，既可以作为主刹车，也可作为辅助刹车使用。此外，以往钻机常用的带刹车利用气动系统施加拉力可以实现计算机控制，提高钻机自动化水平，所以气控带刹车也是实验台气动控制系统设计的一部分，即利用气缸实现带刹车活动端的拉力自由调节，由调压阀或电气比例阀实现拉力自动控制，伊顿刹车和气控带刹车的气缸运动方向均采用电磁换向阀控制。根据钻机绞车刹车实验台的液压气动控制原理及主要元器件的选型结果，设计组装了实验台的液压气动控制系统，分别从手动及自动两方面调试运行实验台的液压气动控制回路。液压泵站及负载模拟系统安装后，首先对刹车实验台的液压负载模拟系统进行了手动操作试验，液压泵站经溢流阀、减压阀后到达液压马达的恒定压力控制为7.0MPa，液压马达正、反转运行正常。但马达模拟负载起钻作业时，由电机拖动马达被动反转产生明显的敲击声，经现场分析，初步判定马达被动反转时进油出现抽空现象，需要在马达反转时回油油路增加平衡阀或节流阀，以此来控制马达进出口的压差，实现液压马达能够在被动反转时输出平稳负载。同时利用转矩传感器实现了对液压马达输出转矩及转速的计算机数据采集功能。绞车及刹车装置安装就位后，分别对液压盘式刹车工作钳、安全钳进行了调试，满足了刹车实验台刹车与驻车制动要求，另外液压控制台连接主气源后实现了紧急制动功能。在计算机自动控制方面，分别实现了盘式刹车工作钳、安全钳的压力自动采集，可以直接绘制盘式刹车的刹车特性曲线。实验台气动控制系统的调试首先是利用手动调压阀分别实现伊顿刹车和气控带刹车的刹车和松刹等功能，系统运行正常后采用电气比例阀实现计算机自动控制，提高刹车实验台的自动化水平。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，其特征是：所述控制系统主要由主泵电机、液压泵站、液压马达、计算机控制系统(PC机和PLC)及电液伺服控制系统等组成。

【技术特征摘要】
1.一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，其特征是：所述控制系统主要由主泵电机、液压泵站、液压马达、计算机控制系统(PC机和PLC)及电液伺服控制系统等组成。2.根据权利要求1所述的一种钻机绞车刹车实验台的液压气动控制系统，其特征是：所述液压控制系统是钻机绞车刹车实验台的核心部分，其中液压泵站动力系统不仅要为负载模拟装置提供动力，而且液压盘式刹车所需的恒定液压源也由泵站提供，另外液压控制系统还应该具有自动循环清洗以及压力、流量数据采集和安全报警等功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲世友，
申请(专利权)人：曲世友，
类型：发明
国别省市：辽宁,21