CN114132863A - 绞车制动装置、包括该装置的修井机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绞车制动装置，包括液压源、阀组、水冷制动器以及控制器，所述控制器配置为基于绞车卷筒的目标转速向所述阀组输出相应的控制信号；所述阀组设置在所述水冷制动器与液压源之间的液压管路上，并且配置为基于由所述控制器提供的控制信号向所述水冷制动器输送相应的液流；所述水冷制动器配置为基于由所述阀组输送的液流向绞车卷筒提供相应的制动力，以控制绞车卷筒的转速。本发明还公开了一种包括该绞车制动装置的修井机。
Description
技术领域
本发明涉及修井机绞车控制领域，更具体而言，本发明涉及一种绞车制动装置，和包括该绞车制动装置的修井机。
背景技术
在石油开采过程中，修井作业是其中一个重要的环节。绞车是执行修井作业的修井机中的核心部件之一。在修井作业中，主要依靠绞车卷筒的运转来实现吊卡或油管的提升和下放。
绞车卷筒的转速大多采用传统的机械带式刹车来控制，这种带式刹车方式主要通过操作工人在连杆上施加作用力来产生刹车制动力，在重载情况下，耗费人力较大且不安全。此外，刹车带摩擦引起的发热量较大，容易产生烟尘，不仅会损坏设备，而且会对环境造成污染。
目前，盘式刹车装置在修井机领域得以广泛应用。然而，现有的盘式刹车装置大多采用气路与液路相结合的控制方式，控制回路较复杂，刹车平稳性较差。此外，液压系统存在一定的响应延迟，这会影响最终的控制精度，难以确保绞车速度控制的精确性。
发明内容
为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种新型的绞车制动装置。当修井机开始作业时，该绞车制动装置中的PLC控制器根据负载的当前位置或位置变化量自动设定卷筒的目标转速，并且输出相应的控制信号，以利用伺服阀向制动器提供相应的液压，从而控制绞车卷筒按照目标转速旋转。此外，该制动装置可以基于卷筒的实时转速和制动器的实时压力来实施闭环PID控制，以调节连接在控制器与伺服阀之间的比例放大器的输出电流大小，从而改变伺服阀的位移量；取决于位移量的大小，伺服阀可以向制动器提供预定的液压压力，以精准地控制制动器的制动力，从而实现对绞车卷筒转速的精确控制，进而实现对负载的加速、匀速及减速控制。
根据本发明的第一方面，提供了一种绞车制动装置，包括液压源、阀组、制动器以及控制器，其中，
所述控制器配置为基于绞车卷筒的目标转速向所述阀组输出相应的控制信号；
所述阀组设置在所述制动器与液压源之间的液压管路上，并且配置为基于由所述控制器提供的控制信号向所述制动器输送相应的液流；以及
所述制动器配置为基于由所述阀组输送的液流向绞车卷筒提供相应的制动力，以控制绞车卷筒的转速。
根据一可选实施例，所述阀组包括：
伺服阀，所述伺服阀配置为基于由控制器提供的第一控制信号调节输送至所述制动器的液流压力；和
电磁换向阀，所述电磁换向阀配置为基于由控制器提供的第二控制信号断开或接通流向所述制动器的液流。
根据一可选实施例，所述绞车制动装置还包括设置在所述控制器与所述伺服阀之间的比例放大器，所述比例放大器配置为对由所述控制器输出的第一控制信号执行信号调节与功率放大操作。
根据一可选实施例，由所述比例放大器输出的信号为电流信号。
根据一可选实施例，所述伺服阀和所述电磁换向阀的控制端分别连接至所述控制器，所述伺服阀的P口连接至所述液压源，所述伺服阀的A口连接至所述电磁换向阀的P口，所述伺服阀的T口经由回流管路连接至所述液压源，所述电磁换向阀的A口连接至所述制动器，所述电磁换向阀的T口经由回流管路连接至所述液压源。
根据一可选实施例，该装置还包括速度编码器和/或位移传感器，所述速度编码器配置为检测绞车卷筒的转速，所述位移传感器配置为检测绞车卷筒上所承载的吊卡的运动位置，并且所述控制器还配置为基于所检测的绞车卷筒的转速和/或吊卡的运动位置调节其输出信号。
根据一可选实施例，该装置还包括压力传感器，该压力传感器配置为检测所述制动器上的液流的实际压力值，并且所述控制器还配置为基于所检测的液流的实际压力值调节其输出信号。
根据一可选实施例，该装置还包括触摸屏，该触摸屏用于接收用户输入和/或向用户显示所述绞车制动装置的运行状态。
根据本发明的第二方面，还提供了一种修井机，其中，该修井机包括如上所述的绞车制动装置。
根据本发明的绞车制动装置采用液压水冷式制动器取代传统的带式刹车、盘式刹车等机构，利用PID控制逻辑对绞车系统进行控制，能精准地控制修井机作业中负载的速度和位置，大幅减少了劳动力，同时能提高作业精度和安全性。
附图说明
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。
图1示出了根据本发明一示例性实施例的绞车制动装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明一示例性实施例的绞车制动装置的PID控制原理的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的绞车制动装置及其工作原理。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
图1示出了根据本发明一示例性实施例的绞车制动装置的结构示意图。如图1中所示，该绞车制动装置的核心部件为制动器30，其取代传统的带式刹车、盘式刹车等机构对绞车卷筒进行制动，该制动器30借助液压源10提供制动液压。其中，制动器30例如是水冷制动器。
此外，该绞车制动装置还包括设置在水冷制动器30与液压源10之间的液压管路上的阀组20，用于切断或接通水冷制动器30与液压源10之间的液流通路。该阀组20的动作受控制器40控制，该控制器例如为PLC控制器(“可编程逻辑控制器”)。
即，取决于控制器40的控制信号，阀组20向水冷制动器30输送预定压力的液流。进而，取决于从阀组20输送的液流，水冷制动器30向绞车卷筒提供相应的制动力，以控制绞车卷筒的转速。
该阀组20由伺服阀201和电磁换向阀202组合而成，该伺服阀201和电磁换向阀202分别受控制器40控制，其中，伺服阀201配置为基于由控制器40提供的第一控制信号调节输送至水冷制动器30的液流压力，电磁换向阀202配置为基于由控制器40提供的第二控制信号断开或接通流向所述水冷制动器30的液流。
其中，在控制器40与伺服阀201之间设置有比例放大器(图中未示出)，该比例放大器配置为对由控制器40所输出的第一控制信号执行信号调节与放大操作，以使该第一控制信号与伺服阀201的可接收信号相匹配。由比例放大器输出至伺服阀201的信号可选为电流信号。
参见图1，伺服阀201和电磁换向阀202的控制端分别连接至控制器40，伺服阀201的进口(也称为“P口”)经由供流管路连接至液压源10，伺服阀201的工作口(也称为“A口”或“B口”)连接至电磁换向阀202的P口，伺服阀201的回流口(也称为“T口”)经由回流管路连接至液压源10。电磁换向阀202的A口连接至水冷制动器30，电磁换向阀202的T口经由回流管路连接至液压源10。
在连接至液压源10的供流管路上，可设置有安全阀50，以防止供流管路上的液流压力过大。
根据本实施例的绞车制动装置还可包括触摸屏，用于接收用户输入(例如，绞车卷筒的目标转速)和/或向用户显示所述绞车制动装置的运行状态(例如，绞车卷筒的实时转速、吊卡的运动位置、水冷制动器的液压压力等)。
在绞车的运行过程中，携带有负载的吊卡在绞车卷筒的带动下做上升或下降运动。该绞车制动装置中的PLC控制器根据负载的当前位置或位置变化量自动设定卷筒的目标转速，并且输出控制绞车卷筒正反转的控制信号，以利用伺服阀向水冷制动器提供相应的液压，从而控制绞车卷筒按照目标转速旋转。
根据一优选实施例，控制器可采用闭环控制方式来实施绞车卷筒的速度控制。下面参照图2来详细描述绞车制动装置的PID控制原理。
例如，该绞车制动装置可包括用于检测绞车卷筒的实时转速的速度编码器，用于检测携带有负载的吊卡的运动位置的位移传感器，和/或用于检测水冷制动器上的实际液流压力值的压力传感器。
在绞车的运行过程中，控制器40获取速度编码器、位移传感器和/或压力传感器的采集结果，并基于这些结果中的一者或多者执行PID控制。特别是，基于这些结果，控制器可调节连接在控制器与伺服阀之间的比例放大器的输出电流大小，从而改变伺服阀201的位移量；取决于位移量的大小，伺服阀可以向水冷制动器30提供预定的液压压力，以精准地控制水冷制动器的制动力。通过使水冷制动器30的实际压力值无限趋近于目标压力值，可实现绞车卷筒的精确速度控制，进而实现对负载的加速、匀速及减速控制。
根据本发明的绞车制动装置采用液压水冷式制动器取代传统的带式刹车、盘式刹车等机构，利用PID控制逻辑对绞车系统进行控制，能精准地控制修井机作业中负载的速度和位置，大幅减少了劳动力，同时能提高作业精度和安全性。
本领域技术人员可以理解的是，在本发明中，术语“连接”既包含了电气元件之间的“电连接”关系，也包含了各气控或液控部件之间的“流体连通”关系。此外，诸如“第一”、“第二”等之类的用语并不表示元器件或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各元器件或数值之用；诸如“包含”、“包括”等用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元的情形。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种绞车制动装置，包括液压源(10)、阀组(20)、制动器(30)以及控制器(40)，其中，
所述控制器(40)配置为基于绞车卷筒的目标转速向所述阀组(20)输出相应的控制信号；
所述阀组(20)设置在所述制动器(30)与液压源(10)之间的液压管路上，并且配置为基于由所述控制器(40)提供的控制信号向所述制动器(30)输送相应的液流；以及
所述制动器(30)配置为基于由所述阀组(20)输送的液流向绞车卷筒提供相应的制动力，以控制绞车卷筒的转速。
2.根据权利要求1所述的绞车制动装置，其中，所述阀组包括：
伺服阀(201)，所述伺服阀(201)配置为基于由控制器(40)提供的第一控制信号调节输送至所述制动器(30)的液流压力；和
电磁换向阀(202)，所述电磁换向阀(202)配置为基于由控制器(40)提供的第二控制信号断开或接通流向所述制动器(30)的液流。
3.根据权利要求2所述的绞车制动装置，其中，
所述绞车制动装置还包括设置在所述控制器与所述伺服阀之间的比例放大器，所述比例放大器配置为对由所述控制器输出的第一控制信号执行信号调节与功率放大操作。
4.根据权利要求3所述的绞车制动装置，其中，由所述比例放大器输出的信号为电流信号。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的绞车制动装置，其中，所述伺服阀(201)和所述电磁换向阀(202)的控制端分别连接至所述控制器(40)，所述伺服阀的P口连接至所述液压源(10)，所述伺服阀的A口连接至所述电磁换向阀的P口，所述伺服阀的T口经由回流管路连接至所述液压源(10)，所述电磁换向阀的A口连接至所述制动器(30)，所述电磁换向阀的T口经由回流管路连接至所述液压源(10)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的绞车制动装置，其中，该装置还包括速度编码器和/或位移传感器，所述速度编码器配置为检测绞车卷筒的转速，所述位移传感器配置为检测绞车卷筒上所承载的吊卡的运动位置，并且所述控制器还配置为基于所检测的绞车卷筒的转速和/或吊卡的运动位置调节其输出信号。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的绞车制动装置，其中，该装置还包括压力传感器，该压力传感器配置为检测所述制动器上的液流的实际压力值，并且所述控制器还配置为基于所检测的液流的实际压力值调节其输出信号。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的绞车制动装置，其中，该装置还包括触摸屏，该触摸屏用于接收用户输入和/或向用户显示所述绞车制动装置的运行状态。
9.一种修井机，其中，该修井机包括根据权利要求1至8中任一项所述的绞车制动装置。
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