PSZ65 液压盘式刹车工作钳设计

PSZ65 液压盘式刹车工作钳设计

文 娟 肖苏宸 长江大学机械学院 434023

【文章摘要】

液压盘式刹车装置是一种液压控制的绞车刹车装置。盘式刹车装置与传统带式刹车装置相比，具有刹车力矩容量大、制动效能稳定、刹车力可调性好、刹车控制准确、操作维修方便等特点。整个刹车系统性能稳定， 安全可靠。本文针对盘式刹车工作钳的结构设计，与一般的液压缸设计有不同之处，一般的液压缸设计需要在缸体设计进、出油口，而本设计是在活塞杆内开油孔，方便进、出油，简化了液压缸的结构设计。

【关键词】

盘式刹车；工作钳；液压缸

0 引言

液压盘式刹车技术为现代钻井设备的三大革新之一，在石油钻机上得到了广泛应用。工艺特性是钻机盘式刹车工作性能的核心，其刹车性能对于保证钻井作业安全，满足钻井工艺需要，提高经济效益具有极其重要的作用。盘式刹车由于具有制动力矩可调性好、操作惯性小、动作灵敏、易实现自动控制、使用维护方便等优点，在钻井绞车制动系统中具有广阔的应用前景。盘式刹车主要采用液压系统进行操作和控制，其液压系统性能好坏直接影响到盘式刹车的工作性能。提高盘式刹车工作钳的性能，对盘式刹车的应用有了更安全的保障。PSZ 系列盘式刹车装置是中国石油勘探开发研究院采油采气装备研究所在国内率先研制开发，拥有自主知识产权的高新技术产品，是通过中国石油、中国石化和中国海油专家参加的部级鉴定和国家验收的技术产品。

1 结构设计

刹车钳是盘式刹车系统制动执行机构的核心部件，是整机的关键环节。盘式刹车工作钳设计主要是工作钳由液体压力推动活塞杆运动，通过钳臂传递推力到刹车盘上，产生制动力。当刹车盘松刹时， 由碟簧弹力产生回复力，推动活塞杆回位。而本设计的不同之处是在活塞杆内开油孔，方便进、出油，简化了液压缸的结构设计，使液压缸的结构设计更加灵活。

1.1 杠杆式制动钳

制动块与活塞杆通过杠杆相连接，正压力通过杠杆传递到制动块上实现制动的称为杠杆式制动钳，如上图所示。它主要由制动块2、杠杆4、活塞8、碟形弹簧14 和油缸组成。制动钳通过杠杆中间支点固定于支架上，这时油缸相对支架是浮动的。其工作原理也是进油松刹，排油制动。杠杆式制动钳则具有结构简单，安装精度要求不高，制动同步性好，间隙自动补偿容易的优点。

1.2 液压缸主要零件的设计

1.2.1 缸筒设计

(1) 已知液压缸工作压力P ＝ 6MPa， 最大扭矩T=100 KN·m ；刹车盘片直径=Φ1800mm。

式中F—单个液压缸的正压力；T— 最大扭矩，KN·m ；f—PSZ65 无石棉盘式刹车块的摩擦系数，取0.4 ；η—液压缸的机械效率，取0.9 ；n—液压缸的个数， 取为2 ；D—缸筒内径。

(2) 液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。此处按薄壁圆筒公式计算

D1 ≥ D+2

式中—液压缸壁厚（m）； —实验压力，一般取最大工作压力的（1.25 ～ 1.5） 倍（MPa）；[ ]—缸筒材料的许用应力， 取110MPa ； —缸筒的外径。

(3) 缸筒壁厚验算

缸筒壁厚能够承受的额定压力PN 应低于一定极限值，以保证工作安全。

(MPa)

式中PN—额定压力； —材料的屈服强度，取360MPa。

(4) 缸体的尺寸确定：

式中H—最小导向长度；L—液压缸最大行程，50mm ； —液压缸缸体内部长度； —缸体外形长度；t—端盖厚度； B—活塞的宽度，为(0.6 ～ 1.0)D。

1.2.2 活塞设计

（1）对选定后的液压缸内径D，即为活塞的外径，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积，即。

式中—流量阀的最小稳定流量； —液压缸的最低速度，为1m/min。

（2）活塞的强度校核

图1. 盘式刹车工作钳

1 －刹车盘，2 －刹车块，3 －背板，4 －钳臂，5 －挡圈，6 －六角头螺栓，7 － 销轴，8 －活塞，9 － A 型防尘圈，10 －内六角圆柱头螺钉M10，11 －前端盖，12 － 缸体，13 －限位套，14 －碟簧，15 － O 型密封圈，16 －套筒，17 －内六角圆柱头螺钉M26,18 －弹簧垫圈，19 －后端盖，20 －开口销，21 －钳架