基于自动换挡调压原理的钻机液压盘刹控制技术

• 作 者: 王中金
• 机 构: 中国石油大学(北京)
• 出 处: 中国石油大学(北京)
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 自动换挡调压技术 工作原理 液压盘式刹车阀 虚拟仪器 石油钻机

液压盘式刹车具有刹车力矩大、制动可靠、操控性能好等优点,已成为当前石油钻机的刹车首选,但目前国内外在盘刹控制方面还普遍存在以下三个问题:　　
1、盘刹设计的安全冗余度较大,正常工作油压上限仅为最大设计油压的40%以下。刹车钳缸长期工作在低效率状态,刹车块与钳缸存在较大无谓损耗;　　
2、现有刹车阀存在固有起始调节盲区,盘刹低载阶段的制动特性很差。较低的油压调节灵敏度使得浅井阶段的作业性能受到很大影响;　　
3、现有刹车阀只有单一线性调压特性,油压调节变化率始终固定不变,无法满足不同钻井作业工况的特殊要求。如精细微调特性,适中工作特性和快速响应特性等。　　
基于上述分析,本文进行了盘刹控制技术改进研究,主要思路为:　　
1、将刹车钳缸分组,根据制动力矩需要对其进行动态切换,暂时屏蔽多余钳缸,使在用钳缸保持在合理的数量上;　　
2、通过微机油压补偿算法,调整电液比例阀的输出油压,消除刹车阀的起始调节盲区;　　
3、通过微机线性校正算法,对刹把的线性输出特性进行变换,借助电液比例阀实现分段线性的刹把工作特性。　　
本文的具体研究内容包括:　　
1、采用AMESim软件进行液压换挡系统建模,Simulink软件进行控制策略建模,再由软件联合仿真检验自动换挡调压方案的理论可行性。　　
2、设计专用换挡调压油路模块,利用虚拟仪器语言设计测试程序,通过物理模拟盘刹试验考查仿真结果的正确性。　　
3、采用基于嵌入式微机原理技术方案,研制自动换挡调压电控模块,实现刹把与钳缸的一体化测控功能;4、针对钻机盘刹实物系统进行综合测试,检验上述油路模块和电控模块的综合控制效果。　　
本文研究结果表明:针对自动换挡调压进行的液控系统建模与数字仿真较好地模拟了自动换挡调压的虚拟过程,从理论上肯定了方案的可行性;基于专用换挡调压液控模块的盘刹物理模拟实验,实现了制动力矩连续变化前提下的自动换挡功能;采用嵌入式系统原理研制的换挡调压电控模块,完成了软、硬件系统的开发工作,形成了独立知识产权的样机技术;盘刹实物系统综合测试效果良好,实现了普通刹把的分段线性化和钳缸自动换挡调压功能。研究表明,自动换挡调压技术可以较好地解决目前国内外钻机盘刹控制存在的三个缺点,是一项具有自主创新意义的盘刹液控新技术。