專利名稱：游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鉆機、修井機或其它提升設(shè)備的游車防碰、 防砸自動減速剎車控制裝置，屬油田鉆釆設(shè)備的附件裝置領(lǐng)域。
技術(shù)背景
在鉆井、修井作業(yè)中，不論白天黑夜，天氣好壞都不能間斷作 業(yè)，由于司鉆操作疲勞和環(huán)境因素，很容易發(fā)生游車碰天車和砸鉆 臺的事件。嚴(yán)重時因防碰失靈可導(dǎo)致井架變形、倒塌，因防砸失靈 導(dǎo)致鉆具斷裂和由下砸產(chǎn)生的火花引起井場火災(zāi)等重大惡性事故。 為了保障鉆井、修井作業(yè)的安全，在鉆機、修井機上一般都裝有三 套防上碰(又稱天車防碰——游車上提時與天車相撞)裝置，即重 錘式、過倦閥式和電子式防上碰裝置。前兩種屬機械限位式防碰， 后一種是通過檢測絞車滾筒的轉(zhuǎn)動計算高度后，在設(shè)定的高度進行 剎車。這三種剎車裝置都有一個共同特點，就是當(dāng)達到固定高度后， 才開始通過換向閥打開剎車液、氣路，通過剎車液、氣缸驅(qū)動剎車 塊或剎帶來剎車?，F(xiàn)有的電子式防碰剎車系統(tǒng)雖然一般都帶有游車 高度指示、固定高度報警功能，但也不能適用于所有工況。
上述的三套防上碰裝置都存在如下的不足之處。 一、上述三套裝置控制的液氣壓閥件都為換向閥，只能實現(xiàn)簡 單的緊急剎車，這種剎車方式存在二大缺陷第一、由于過于簡單
地剎車過程使剎車過急，游車上沖后的勢能轉(zhuǎn)換成下沖的動能，使 之發(fā)生跳繩、嵌繩、瞬時過載、井架劇烈晃動等，影響生產(chǎn)安全和 生產(chǎn)效率，而且大繩易被損壞。由于井架劇烈晃動，往往造成司鉆 和其它作業(yè)人員的極度恐慌。第二、由于剎車起點固定，因剎車執(zhí) 行機構(gòu)的間隙變化，會使剎死點高度變化，當(dāng)剎塊或剎帶間隙偏大， 而提升速度又快時，往往仍然會發(fā)生撞天車事故。
二、 現(xiàn)有的電子式防碰剎車系統(tǒng)，其報警高度(包括上、下報 警)也是固定的，這種報警方式往往有時干擾司鉆正常操作，而且 當(dāng)游車速度很快時，即使報警，司鉆也來不及反應(yīng)和處理。
三、 因為防下砸要求極高的剎車定位精度，上述三套裝置都不 具備防下砸功能和防下砸的硬件條件?，F(xiàn)有電子式防碰剎車系統(tǒng)無 論從控制原理還是實際應(yīng)用，也只能做到防下砸報警。而下砸有可 能造成鉆具斷裂，甚至可能因為下砸時產(chǎn)生的火花造成井場火災(zāi)。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述防上碰裝置存在的不足，提 供一種通過采集安裝在絞車滾筒軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動信號和采 集載荷傳感器檢測的游車死繩拉力載荷，并依據(jù)所用剎車執(zhí)行機構(gòu) 的制動力矩曲線，通過控制裝置主機綜合分析計算后輸出模擬量， 控制電控比例減壓閥或伺服閥實現(xiàn)對剎車力的控制，達到按系統(tǒng)要 求逐步控制游車速度，并最終實現(xiàn)平穩(wěn)剎車和定位剎車的游車防碰、 防砸自動減速剎車控制裝置。通過對游車運行速度和高度的計算， 參考電控比例減壓閥或伺服閥和剎車執(zhí)行機構(gòu)的時間特性，以及考
慮司鉆作出反應(yīng)和操作的必要時間，進行智能報警。
本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的 該游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置包括電源適配器、旋
轉(zhuǎn)編碼器、載荷傳感器、控制裝置主機、報警裝置、電控比例減壓
閥或伺服閥和剎車執(zhí)行機構(gòu)，電源適配器與控制裝置主機的電源接
口連接，電控比例減壓閥或伺服閥通過液路管件連接裝在絞車上的
剎車執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于-
所述的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在絞車滾筒軸上，其輸出端通過電纜與
控制裝置主機連接，將絞車滾筒軸的轉(zhuǎn)動信息以脈沖信號方式傳送
給控制裝置主機；
所述的載荷傳感器安裝在游車的死繩固定器上，輸出端通過電
纜與控制裝置主機連接，將載荷變化以4一20mA的模擬量傳輸給控
制裝置主機；
所述的控制裝置主機用于完成載荷傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器傳輸?shù)?數(shù)據(jù)處理與計算，并通過剎車控制輸出電路將根據(jù)游車高度、速度、 載荷、剎車機構(gòu)特性作出的剎車控制量以模擬控制信號通過電纜傳
送給電控比例減壓閥或伺服閥的控制端口和提前通過報警裝置進行 智能報警。
控制裝置主機在控制過程中根據(jù)高度、速度、載荷的具體情況 不斷調(diào)整輸出電流值，通過電控比例減壓閥或伺服閥調(diào)整剎車力， 使游車準(zhǔn)確平穩(wěn)的剎停在要求高度。
控制裝置主機通過對游車運行速度和高度的計算，參考電控比
例減壓閥或伺服閥和剎車執(zhí)行機構(gòu)的時間特性，以及考慮司鉆作出 反應(yīng)和操作的必要時間，通過報警裝置提前進行智能報警。 本實新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
1、 通過對游車運行速度和高度的計算，參考電控比例減壓閥或 伺服閥和剎車執(zhí)行機構(gòu)的時間特性，以及考慮司鉆作出反應(yīng)和操作 的必要時間，進行智能報警。既不過早報警，干擾司鉆正常操作； 也不過遲報警，使司鉆來不及反應(yīng)。
2、 通過采集安裝在絞車滾筒軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動信號來判 斷、計算游車運行的高度與速度，通過檢測死繩拉力的載荷傳感器 檢測游車的載荷，并依據(jù)所用剎車執(zhí)行機構(gòu)的制動力矩曲線，綜合 分析計算后輸出模擬量控制電控比例減壓閥或伺服閥，實現(xiàn)對剎車 力的控制，達到按系統(tǒng)要求逐步控制游車速度，使游車準(zhǔn)確平穩(wěn)的 剎停在要求的高度。
3、 克服了現(xiàn)有剎車控制裝置剎車起點固定，簡單地剎車過程使 剎車過急，易發(fā)生跳繩、嵌繩、瞬時過載、井架劇烈晃動等造成司 鉆和其它作業(yè)人員極度恐慌的缺點。通過減速控制，達到精確定位、 平穩(wěn)剎車，從而實現(xiàn)防碰與防砸，保障鉆井、修井作業(yè)的安全。


圖l為游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為控制裝置主機的剎車控制輸出電路圖。 圖中1、電源適配器，2、旋轉(zhuǎn)編碼器，3、載荷傳感器，4、 控制裝置主機，5、報蒈裝置，6、電控比例減壓閥或伺服閥，7、液壓源或氣壓源，8、剎車執(zhí)行機構(gòu)，9絞車，10、游車，11、天車。
具體實施方式
-
該游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置由電源適配器1、旋轉(zhuǎn) 編碼器2、載荷傳感器3、控制裝置主機4、報警裝置5、電控比例 減壓閥或伺服閥6、液壓源或氣壓源7和剎車執(zhí)行機構(gòu)8構(gòu)成，電源 適配器1與控制裝置主機4的電源接口連接，將外接電源變換為控 制裝置主機所需的DC24V電源。電控比例減壓閥或伺服閥6通過液 路管件連接裝在絞車9上的剎車執(zhí)行機構(gòu)8 (參見附圖1)。旋轉(zhuǎn)編 碼器2安裝在絞車9的滾筒軸上，通過電纜與控制裝置主機4連接， 當(dāng)絞車9轉(zhuǎn)動時，霍爾件在隨滾筒轉(zhuǎn)動的磁鋼的作用下產(chǎn)生脈沖信 號并通過電纜傳給控制裝置主機4。載荷傳感器3安裝在游車10的 死繩固定器上，通過與控制裝置主機4的連接電纜，將載荷變化以 4 20mA的模擬量傳輸給控制裝置主機4。控制裝置主機4由單片 機、數(shù)據(jù)采集電路、剎車控制輸出電路、顯示電路、鍵盤及輸入電 路、報警輸出電路等組成。控制裝置主機4安裝在司鉆控制箱等司 鉆易見易操作的地方，控制裝置主機4實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、 顯示、控制與報警輸出等功能。電控比例減壓閥或伺服閥6通過電 纜與控制裝置主機4連接，在控制裝置主機4輸出的模擬量控制下， 將液壓源或氣壓源7的液、氣體壓力按控制裝置主機4的要求減壓 后，通過液、氣路管線控制剎車執(zhí)行機構(gòu)8 (液壓盤剎工作鉗的液壓 缸或帶剎的剎車氣缸)，從而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膭x車力矩，使絞車9實現(xiàn)減 速。絞車9的滾筒與液壓盤剎或帶剎屬剛性連接，所以隨之減速，
游車也就隨之減速。控制裝置主機4在控制過程中根據(jù)高度與速度 的具體情況不斷調(diào)整輸出電流值，通過電控比例減壓閥或伺服閥6 調(diào)整剎車力，則使游車IO準(zhǔn)確平穩(wěn)的剎停在要求高度。
該游車防碰、放砸自動減速剎車控制裝置的特征主要是對游車 速度的控制，并由控制裝置主機4來實現(xiàn)?？刂蒲b置主機4的單片 機、數(shù)據(jù)采集電路、報警輸出電路、顯示電路、鍵盤及輸入電路為 通用集成塊或通用電路，主要特點在于剎車控制輸出電路(參見附 圖2)。該剎車控制輸出電路的C8051F040單片機將接收到的旋轉(zhuǎn)編 碼器2的轉(zhuǎn)動信號經(jīng)過判向，計算出游車的高度和運行速度；同時 將載荷傳感器3的4 20mA信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后計算出游車的載荷。 單片機再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和設(shè)置的剎車定位高度值，并依據(jù)所用剎車 執(zhí)行機構(gòu)8 (液壓盤剎或帶剎)的制動力矩曲線，通過綜合分析計算 后由DACO 口輸出0 2V的模擬量，經(jīng)UD1A、 B (LM2904)和 UD3 (ISOUIPZ01)轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的4 20mA控制信號，實現(xiàn)對電控 比例減壓閥或伺服閥6輸出壓力的控制，最終實現(xiàn)控制裝置主機4 對剎車塊或剎帶的剎車力控制，從而達到對游車運行速度按照高度 ——速度要求進行減速剎車控制。系統(tǒng)多種控制參數(shù)根據(jù)需要分別 采用固化于程序內(nèi)和現(xiàn)場利用控制裝置主機4的鍵盤置入兩種方式 寫入的控制程序模塊，以求適用各種硬件(閥和剎車執(zhí)行機構(gòu))，使 之達到最佳控制效果。
權(quán)利要求1. 一種游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置，它包括電源適配器(1)、旋轉(zhuǎn)編碼器(2)、載荷傳感器(3)、控制裝置主機(4)、報警裝置(5)、電控比例減壓閥或伺服閥(6)和剎車執(zhí)行機構(gòu)(8)，電源適配器(1)與控制裝置主機(4)的電源接口連接，電控比例減壓閥或伺服閥(6)通過液路管件連接裝在絞車(9)上的剎車執(zhí)行機構(gòu)(8)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)編碼器(2)安裝在絞車(9)的滾筒軸上，其輸出端通過電纜與控制裝置主機(4)連接，將游車(10)的運行高度和速度信息通過脈沖信號傳送給控制裝置主機(4)；所述的載荷傳感器(3)安裝在游車(10)的死繩固定器上，輸出端通過電纜與控制裝置主機(4)連接，將載荷變化以4-20mA的模擬量傳輸給控制裝置主機(4)；所述的控制裝置主機(4)用于完成載荷傳感器(3)和旋轉(zhuǎn)編碼器(2)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的計算與處理，并通過剎車控制輸出電路將根據(jù)游車高度、速度、載荷、剎車機械特性作出的剎車控制量，以模擬控制信號通過電纜傳送給電控比例減壓閥或伺服閥(6)的控制端口和報警裝置的輸入端口。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的游車防碰、防砸自動減速剎車控 制裝置，其特征在于控制裝置主機(4)在控制過程中根據(jù)高度、 速度、載荷的具體情況不斷調(diào)整輸出電流值，通過電控比例減壓閥 或伺服閥(6)調(diào)整剎車力，使游車(10)準(zhǔn)確平穩(wěn)的剎停在要求高度。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝 置，其特征在于控制裝置主機(4)通過對游車運行速度和高度的 計算，參考電控比例減壓閥或伺服閥(6)和剎車執(zhí)行機構(gòu)(8)的 時間特性，以及考慮司鉆作出反應(yīng)和操作的必要時間，通過報警裝 置(5)提前進行智能報警。
專利摘要本實用新型涉及一種鉆機、修井機的游車防碰、防砸自動減速剎車控制裝置，屬油田鉆采設(shè)備的附件裝置領(lǐng)域。它包括電源適配器、旋轉(zhuǎn)編碼器、載荷傳感器、控制裝置主機、報警裝置、電控比例減壓閥或伺服閥和剎車執(zhí)行機構(gòu)。它是通過采集安裝在絞車滾筒軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動信號和載荷傳感器檢測的游車死繩拉力載荷，通過控制裝置主機綜合分析計算后輸出模擬量，控制電控比例減壓閥或伺服閥實現(xiàn)對剎車力的控制，達到按系統(tǒng)要求逐步控制游車速度，最終實現(xiàn)平穩(wěn)剎車和定位剎車?？朔爽F(xiàn)有剎車控制裝置剎車起點固定，剎車速度過快，易發(fā)生跳繩、嵌繩、瞬時過載、井架劇烈晃動等造成司鉆人員極度恐慌的缺點。適應(yīng)于在各油田的鉆機、修井機上使用。
文檔編號B66C15/00GK201077718SQ200720085740
公開日2008年6月25日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者李家安, 白義才 申請人:荊州市元達軟件開發(fā)有限公司