CN108502763A - 一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统及其控制方法，该系统采用推盘式刹车系统替代液压盘刹，推盘式刹车系统的常开部分和常闭部分分别实现液压盘刹的工作钳和安全钳的功能，相互配合完成工作制动、驻车制动、紧急制动、防碰制动等液压盘刹的刹车功能，实现交流变频绞车不再配置液压盘式刹车的目标，既减轻了绞车重量，操作简单，使用与维护方便，又降低了生产成本。

Description

一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统及其控制方法

技术领域

本发明属于石油钻采装备技术领域，具体涉及一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统及其控制方法。

背景技术

按照驱动形式进行分类，绞车有机械驱动绞车、电驱动绞车和液压驱动绞车。常规绞车都要配置一套主刹车加一套辅助刹车，即两套刹车的配置。

主刹车指能直接主动的控制和制动绞车的刹车。液压盘式刹车以其制动容量大、可靠性和安全性高、刹车灵敏度高、可遥控、劳动强度低、刹车散热性好和热稳定性好而成为各种钻机的常备主刹车。液压盘刹具备工作制动、紧急制动、驻车制动、防碰制动四种功能。

近年来，国内交流变频钻机发展的很快，具备绞车、转盘无级变速，交流变频系统数字化精确控制，容易实现钻机的自动化、智能化等优点。但是经过研究发现，对于交流变频钻机的全电系统配置来说，绞车配备液压盘式刹车还需增加额外的液压新系统：液压站、液压阀组等，既占用钻台空间，增加重量，又带来额外的成本支出，并且影响交流变频钻机的全电系统方面的整合利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统及其控制方法，从绞车结构、推盘式刹车系统及控制方法等方面综合实现交流变频绞车去除液压盘式刹车的目标。

本发明所采用的技术方案是，一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统，包括绞车结构部分和绞车控制部分，绞车结构部分包括推盘式刹车系统、滚筒轴总成、减速箱、自动送钻装置和交流变频电机；推盘式刹车系统与滚筒轴总成连接，自动送钻装置通过离合器与减速箱连接，减速箱通与滚筒轴总成连接，交流变频电机与减速箱连接；

绞车控制部分包括PLC控制系统、变频器、司钻控制房、滚筒编码器；PLC控制系统通过工业总线分别与变频器、司钻控制房连接；司钻控制房通过工业控制总线与所述推盘式刹车系统连接；变频器通过电缆与所述交流变频电机连接；滚筒编码器通过连接盘与所述滚筒轴总成连接。

进一步的，所述减速箱为两档减速箱。

进一步的，所述交流变频电机包括两个，均与所述减速箱连接。

本发明的另一个技术方案是，采用上述去除液压盘刹的交流变频绞车系统的控制方法，进行绞车提升或下放动作时，包括以下步骤：

①对推盘式刹车系统常闭部分施加足够气压，逐渐克服弹簧制动力，直到打开常闭部分；

②逐渐降低常开部分活塞腔的气压值，慢慢的减小制动力，直到负载开始上升或下降，进入上提或下放动作；

③在正常的上提或下放过程中，控制常开部分活塞腔气压值的大小，以调节推盘式刹车的制动扭矩，控制负载的上提或下放速度；

进行工作制动时：控制常开部分活塞腔的气压值的大小，使推盘式刹车系统的制动扭矩大于负载力矩，使负载的上提或下放速度为零，实现主刹车的工作制动功能；

进行驻车制动时：直接完全释放推盘式刹车系统的常闭部分的气缸内的气压，则弹簧制动力动作，使常闭部分进入制动状态，实现主刹车的驻车制动功能；

进行紧急制动时：常开部分的活塞腔加压到最大值，常闭部分的气缸断气，弹簧制动，则完成常闭部分与常开部分的共同制动，提供最大制动力矩，实现液压盘刹的紧急制动功能；

进行防碰制动时：绞车过圈防碰系统与推盘式刹车系统联动，实现绞车上提时的防碰制动。

本发明的原理是，要想实现工作制动、紧急制动、驻车制动、防碰制动等功能，最重要的是能直接主动的控制和制动绞车。本发明用推盘式刹车替代液压盘式刹车，则推盘式刹车必须具备主刹车所要求的刹车功能。因此本发明的交流变频电机驱动两档减速箱，以推盘式刹车系统为主刹车，交流变频电机能耗制动为辅刹，相互配合完成绞车的起升与下放，去除液压盘刹配置。推盘式刹车系统与交流变频电机能耗制动共同作用实现绞车工况；刹车力矩控制模式为PLC程序控制，通过实时监测滚筒编码器的参数，由控制系统根据动力模型进行起升或下放，实现交流变频绞车在起下钻过程中的全程闭环控制。本发明控制系统采用推盘式刹车系统为主刹车，交流变频电机能耗制动为辅刹的刹车方式。新型复合自动送钻及司钻控制系统技术(ADS)：采用推盘式刹车与绞车主电机能耗制动有机结合，集PLC智能控制、钻井参数监控与显示为一体，以复合方式实现自动送钻功能。

本发明的有益效果是：

1)采用替代液压盘式刹车作为主刹车，剔除了液压系统对交流变频系统的影响，简化了绞车冗余结构，进一步提高了绞车的工作效率。

2)去除了液压盘式刹车装置所包含的液压站、刹车钳、刹车盘、控制阀等机构，既减轻了绞车重量，又降低了生产成本。

3)推盘式刹车系统与液压盘式刹车相比，具有允许动态摩擦，持续打滑，可在任意扭矩下实现最大扭矩，控制灵活的优点。

4)推盘式刹车系统采用气控方式，操作简单，使用与维护方便，气源成本低。

5)推盘式刹车系统既可以通过联轴器与滚筒轴总成连接，也可以之间安装在滚筒轴总成上，安装方式灵活多样，适用范围广，可用于所有种类的交流变频绞车。

附图说明

图1是本发明的工作原理图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的控制流程图；

图4是本发明应用的推盘式刹车结构示意图。

图中，1.交流变频电机，2.两档减速箱，3.推盘式刹车系统，4.滚筒轴总成，5.滚筒编码器，6.推盘离合器，7.自动送钻装置，8.变频器，9.PLC控制系统，10.司钻控制房，11.常开部分，12.常闭部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

参照图1、图2、图3，本发明交流变频绞车系统的结构是，包括绞车结构部分和绞车控制部分，绞车结构部分包括推盘式刹车系统3、滚筒轴总成4、两档减速箱2、自动送钻装置7等；推盘式刹车系统3通过联轴器与滚筒轴总成4连接；自动送钻装置7通过推盘离合器6与两当减速箱2连接，两档减速箱2通过联轴器与滚筒轴总成4连接；交流变频电机1通过联轴器与两档减速箱2连接，交流变频电机有两个。

绞车控制部分包括PLC控制系统9、变频器8、司钻控制房10、滚筒编码器5等。PLC控制系统9通过工业总线分别与变频器8、司钻控制房10连接；司钻控制房10通过工业控制总线与推盘式刹车系统3连接；变频器8通过电缆与交流变频电机1连接；滚筒编码器5通过连接盘与滚筒轴总成4连接。

推盘式刹车系统3为盘式结构，如图4所示，由常开和常闭两部分组成：(1)常开部分11为活塞腔加压实施制动，泄压弹簧复位松开的结构，与液压盘刹工作钳工作方式相同；(2)常闭部分12为弹簧制动，气缸加压松开的结构，与液压盘刹的安全钳工作方式相同。

综上所述，推盘式刹车系统3的常开部分和常闭部分可分别实现液压盘刹的工作钳和安全钳的功能，相互配合可最终完成工作制动、驻车制动、紧急制动、防碰制动等液压盘刹的刹车功能，因此，可以应用推盘式刹车系统3来替代液压盘刹，完成绞车主刹车的所有功能，从而实现交流变频绞车不再配置液压盘式刹车的目标。

采用该交流变频绞车系统控制绞车提升或下放动作的方法为：

1)准备动作

通过司钻控制房10启动钻机，判断PLC控制系统9、推盘式刹车系统3等初始状态是否正常：推盘式刹车系统3的常开部分活塞腔气压为最大值，属于最大制动状态；常闭部分没有通气，属于弹簧制动状态。检查正常即可进行绞车提升或下放动作。

2)绞车提升或下放动作：

①对推盘式刹车系统3常闭部分施加足够气压，克服弹簧制动力，打开常闭部分，则常闭部分制动力解除；

②逐渐降低常开部分活塞腔的气压值，可慢慢的减小制动力，直到负载力大于制动力，则负载开始上升或下降，进入上提或下放动作；

③在正常的上提或下放过程中，控制常开部分活塞腔气压值的大小，可调节推盘式刹车的制动扭矩，从而可控制负载的上提或下放速度。其中，制动扭矩的数值随活塞腔气压值的变化而变化。

采用该交流变频绞车系统控制绞车刹车的方法为：

①工作制动：控制常开部分活塞腔的气压值的大小，使推盘式刹车系统3的制动扭矩大于负载力矩，可使负载的上提或下放速度为零，即可实现主刹车的工作制动功能。

②驻车制动：直接完全释放推盘式刹车系统3的常闭部分的气缸内的气压，则制动弹簧工作，使常闭部分进入制动状态，即可实现主刹车的驻车制动功能。

③紧急制动：常开部分的活塞腔加压到最大值，常闭部分的气缸断气进入弹簧制动状态，可完成常闭部分与常开部分的共同制动，提供最大制动力矩，即可实现液压盘刹的紧急制动功能。

④防碰制动：绞车过圈防碰系统与推盘式刹车系统3联动，即可实现绞车上提时的防碰制动。

Claims (4)

1.一种去除液压盘刹的交流变频绞车系统，其特征在于，包括绞车结构部分和绞车控制部分，所述绞车结构部分包括推盘式刹车系统、滚筒轴总成、减速箱、自动送钻装置和交流变频电机；推盘式刹车系统与滚筒轴总成连接，自动送钻装置通过离合器与减速箱连接，减速箱通与滚筒轴总成连接，交流变频电机与减速箱连接；

所述绞车控制部分包括PLC控制系统、变频器、司钻控制房、滚筒编码器；PLC控制系统通过工业总线分别与变频器、司钻控制房连接；司钻控制房通过工业控制总线与所述推盘式刹车系统连接；变频器通过电缆与所述交流变频电机连接；滚筒编码器通过连接盘与所述滚筒轴总成连接。

2.根据权利要求1所述的去除液压盘刹的交流变频绞车系统，其特征在于，所述减速箱为两档减速箱。

3.根据权利要求1所述的去除液压盘刹的交流变频绞车系统，其特征在于，所述交流变频电机包括两个，均与所述减速箱连接。

4.一种采用如权利要求1所述的去除液压盘刹的交流变频绞车系统的控制方法，其特征在于，进行绞车提升或下放动作时，包括以下步骤：

①对推盘式刹车系统常闭部分施加足够气压，克服弹簧制动力，打开常闭部分；

②逐渐降低常开部分活塞腔的气压值，慢慢的减小制动力，直到负载开始上升或下降，进入上提或下放动作；

③在正常的上提或下放过程中，控制常开部分活塞腔气压值的大小，以调节推盘式刹车的制动扭矩，控制负载的上提或下放速度；

进行工作制动时：控制常开部分活塞腔的气压值的大小，使推盘式刹车系统的制动扭矩大于负载力矩，使负载的上提或下放速度为零，实现主刹车的工作制动功能；

进行驻车制动时：直接完全释放推盘式刹车系统的常闭部分的气缸内的气压，使常闭部分进入制动状态，实现主刹车的驻车制动功能；

进行紧急制动时：常开部分的活塞腔加压，常闭部分的气缸断气，完成常闭部分与常开部分的共同制动，提供最大制动力矩，实现液压盘刹的紧急制动功能；

进行防碰制动时：绞车过圈防碰系统与推盘式刹车系统联动，实现绞车上提时的防碰制动。