基于AMESim液压盘式刹车系统建模和仿真的研究.pdfVIP

石油机械 2008年第36卷第9期 CHINAPETROU￡UMMACHINERY 一31一 ●专题研究◆ 基于AMESim液压盘式刹车系统建模与仿真研究 王瑜林立姜建胜 (中国石油大学(北京)机电工程学院) 摘要液压盘式刹车是当今石油钻机使用最广泛的制动系统．其工艺特性直接影响着钻井作 业的安全性和经济性。为研究和评价液压盘式刹车的工艺特性，在分析液压盘武刹车的组成和工 作原理的基础上，基于AMESim软件建立了液压盘武刹车系统的模型，对影响液压盘式刹车动态 响应特性因素进行了仿真分析，并进行了试验研究。仿真和试验结果表明，基于AMESim建立的 液压盘式刹车的数学模型是正确的，仿真分析直观、可靠，为石油钻机刹车系统的分析、优化以 及刹车相关自动控制技术的开发提供了良好的平台。 关键词液压盘式刹车 工艺特性AMESim数学模型系统仿真 液压盘式刹车技术为现代钻井设备的三大革新 弹簧力加载完成制动动作。 之一…，在石油钻机上得到了广泛应用嵋j。工艺 特性是钻机盘式刹车工作性能的核心’2J，其刹车 性能对于保证钻井作业安全¨o，满足钻井工艺需 要，提高经济效益具有极其重要的作用”。J。国内 已经对液压盘式刹车的工艺特性进行了一些研 究M。7]，并将盘式刹车应用于自动送钻等自动化技 术中哺。“，但盘式刹车在钻压、钻速调节过程中 还存在目标控制波动大、响应滞后、操作手感差等 图1液压盘式刹车原理简图 问题【“，需要对工艺特性做进一步的研究。笔者 l一液压盘式工作刹车；2--液压盘式安全刹车；3-- 在分析盘式刹车工作原理的基础上，建立了液压盘 刹车盘；4一驻车控制阀；5--司钻阀；6一工作钳压 式刹车系统的数学模型，通过试验对所建立的数学 力表；7一气控换向阀；8一油箱；9一紧急制动阀 模型进行了验证，并在AMESim环境下，对液压盘 钻进作业时钻压和钻速的调节，以及起下钻时 式刹车的工艺特性进行仿真研究，为盘式刹车的自 游动系统速度的干预主要依靠开式钳完成；而在驻 动化技术开发提供了理论基础；同时。笔者所用的 刹车、紧急刹车、过卷／防碰保护等状态时则由开 新型建模仿真分析工具为刹车系统的试验研究提供 式钳和闭式钳同时完成制动动作。常规的盘式刹车 了安全、灵活、有效的试验平台。 压力调节阀一般为手动液压阀，由司钻直接控制； 而电控液压盘式刹车则是利用电刹把或电磁阀远程 液压盘式刹车的原理与建模研究 调节制动压力…。 2．液压盘式刹车的数学模型 1．液压盘式刹车原理 盘式刹车具有巨大的制动力矩储备【2’和较高 液压盘式刹车系统工作原理简图见图1，系统 的可靠性；而工艺特性运用的好坏则主要体现在钻 主要包括液压管路、工作刹车(开式钳)和紧急 井作业的经济性上。对液压盘式刹车的建模分析主 刹车3部分。工作钳为开式钳，液压加压，弹簧复 要是对开式钳的工艺特性分析，盘式刹车的工艺特 位；紧急钳为闭式钳，液压松刹，弹簧加压。工作 性包括响应特性和微调特性2个指标。响应特性是 刹车力的大小由压力调节阀调节；而紧急刹车则由 指跟随司钻操作速度的性能，而微调特性是指司钻 气压控制气控换向阀使驻车控制阀泄油，安全钳的 阀控制制动压力产生微小变化的能力口1。 一32一 石油机械 2008年第36卷第9期 建模过程中，忽略管路的