CN115849231A - 一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车及绞车制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车及绞车制动系统，包括传动轴，所述传动轴上包括转子安装轴段和定子安装轴段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。目的在于利用电动执行器来调节转子的位置，以此来调节定子切割磁力线的面积，进而达成调节制动力矩的功能。
Description
技术领域
本发明属于石油设备技术领域，具体涉及一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车及绞车制动系统。
背景技术
在石油钻采过程中，钻井绞车不仅是起升系统设备，是整个钻机的核心部件，也是钻机三大工作机之一。在现场作业过程中，曾不止一次因为刹车不可靠而发生重大溜钻事故，造成设备损失、井下事故，甚至危及工人的人生安全。钻井过程中，司钻总是手不离刹把的。如果刹车机构不灵活、不省力，将大大加重司钻的体力劳动强度，带来操作的不方便。生产实践表明：刹车机构是绞车中的重要部件，石油矿场机械工作者对此切不能等闲视之。
为了解决绞车制动的问题，我国近年来对其做了大量研究，目前，应用最广泛的是电磁涡流刹车，电磁涡流刹车可通过调整励磁电流的大小来改变气隙的磁通密度的幅值，从而对制动力的数值进行调节，但具有制动效率较低、励磁损耗较高、励磁绕组温升较大等缺点。
如果能提供一种制动效率更高的刹车，将具有重要的现实意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车，该刹车通过调节定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积，达到调节制动力矩的功能，在配合常规刹车使用的同时，极大的增加了刹车制动力矩的可调节性。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车，包括传动轴，所述传动轴上包括转子安装轴段和定子安装轴段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。
优选地，所述转子组件包括永磁体保持架和永磁体，所述永磁体设置在永磁体保持架上，所述永磁体采用鼓式结构，所述永磁体由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴的长度方向移动。
优选地，所述定子组件包括紫铜环和定子，所述紫铜环设置在定子上，所述紫铜环与永磁体相对应，所述定子通过定子保持架与传动轴连接。
优选地，所述转子组件设置为两组，两组所述转子组件对称设置在定子组件的两侧，两组所述转子组件可分别朝向靠近/远离定子组件的方向移动。
优选地，所述移动机构包括电动执行器、外滑套和内滑套，所述电动执行器与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器沿传动轴的长度方向移动；所述电动执行器与外滑套连接，所述外滑套与内滑套之间通过中间轴承座连接，所述内滑套套设在传动轴上，所述内滑套与永磁体保持架连接。
优选地，所述杆组包括电动执行器摇臂，所述电动执行器摇臂通过杆端关节轴承与拉杆连接，所述拉杆的另一端与调节手柄连接；所述调节手柄设置在永磁涡流刹车的机座外部。
优选地，所述传动轴上设置有冷却机构，所述冷却机构包括水管，所述水管的进口和出口分别与盛放有冷却液的装置连接。
一种适用于绞车制动系统，包括主刹车和永磁涡流刹车，所述永磁涡流刹车包括传动轴，所述传动轴上包括转子安装轴段、定子安装轴段和绞车连接段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述绞车连接段与绞车主体上的绞车滚筒轴连接，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。
优选地，所述转子组件包括永磁体保持架和永磁体，所述永磁体设置在永磁体保持架上，所述永磁体采用鼓式结构，所述永磁体由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴的长度方向移动；所述定子组件包括紫铜环和定子，所述紫铜环设置在定子上，所述紫铜环与永磁体相对应，所述定子通过定子保持架与传动轴连接。
优选地，所述移动机构包括电动执行器、外滑套和内滑套，所述电动执行器与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器沿传动轴的长度方向移动；所述电动执行器与外滑套连接，所述外滑套与内滑套之间通过中间轴承座连接，所述内滑套套设在传动轴上，所述内滑套与永磁体保持架连接。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车，不同于常用的电磁涡流刹车，将传统的励磁线圈，采用高矫顽力和高磁能积的钕-铁-硼稀土制造的永磁体进行替换，永磁涡流制动由于不需要额外励磁源，因此损耗小，效率较高；本发明将绞车制动常规刹车的外电枢结构改为内电枢结构，霍尔反映位置更加精确；
2、本发明在绞车制动常用的刹车基础上增加了电动执行器，利用电动执行器来调节转子的位置，以此来调节定子切割磁力线的面积，进而达成调节制动力矩的功能；本发明在常规刹车的基础上，增加为两台电动执行器，二者可以是不同步的，这样极大地增加了本刹车制动力矩的可调节性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中永磁体排列的示意图；
图3为本发明电动执行器组件局部剖视图；
图4为本发明的传动轴示意图；
图5为电动执行器组件结构示意图；
图6为绞车安装示意图。
其中：1-水管，2-下呼吸器，3-电动执行器，4-外滑套，5-外轴承座，6-上呼吸器，7-永磁体，8-永磁体保持架，9-紧箍，10-永磁体固定法兰，11-定子，12-轮板，13-中间轴承座，14-双列角接触球轴承，15-内滑套，16-圆锥滚子轴承，17-传动轴，18-端盖，19-机座，20-紫铜环，21-传动销钉；22-圆螺母，23-圆螺母用止动垫圈，24-定子保持架，25-电动执行器摇臂，26-杆端关节轴承，27-拉杆，28-调节手柄，29-主刹车，30-绞车主体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-6所示，一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车，包括传动轴17，所述传动轴17上包括转子安装轴段和定子安装轴段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子安装段与转子组件采用键连接的形式连接，所述定子安装段与定子组件采用轴承连接；所述转子组件可相对于定子组件转动，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节，调节面积，可以实现调节制动力矩的功能，从而根据绞车的需求进行制动力调节，极大的增加了刹车制动力矩的可调节性。
所述转子组件由永磁体7，永磁体保持架8，紧箍9，永磁体固定法兰10，传动销钉21和轮板12七部分共同组成，所述永磁体7设置在永磁体保持架8上，所述永磁体7采用鼓式结构，所述永磁体7由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架8与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴17的长度方向移动。所述轮板12与永磁体保持架8通过传动销钉21连接；所述永磁体7向嵌在永磁体保持架8上，外部由紧箍9固定，侧面由永磁体固定法兰10固定，永磁体固定法兰10用螺钉固定在保持架上，这几部分共同保持永磁体7在工作过程中的平稳性；永磁体7采用鼓式结构，本发明中，永磁体7由32块永磁铁块构成，S极和N极呈环状交叉布置排列组成。
所述定子组件包括紫铜环20和定子11，所述紫铜环20设置在定子11上，镶嵌于定子11的内部，所述紫铜环20与永磁体7相对应，所述定子11通过定子保持架24与传动轴17连接。
转子组件可以设置为一组，本发明中转子组件设置为两组，两组所述转子组件对称设置在定子组件的两侧，两组所述转子组件可分别朝向靠近/远离定子组件的方向移动，也即两组转子组件可以分别调节，从而调节定子组件与转子组件之间相对的面积，达到调节制动力的目的。
所述移动机构包括电动执行器3、外滑套4和内滑套15，所述电动执行器3与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器3沿传动轴17的长度方向移动；所述电动执行器3与外滑套4连接，所述外滑套4与内滑套15之间通过中间轴承座13连接，内滑套15与中间轴承座13之间设置双列角接触球轴承14，所述内滑套15套设在传动轴17上，所述内滑套15与永磁体保持架8连接。所述永磁体保持架8与内滑套15用螺钉进行固定连接；所述外滑套4与中间轴承座13用螺钉进行固定连接，采用固定连接可以保证电动执行器3可以调节此刹车制动力。电动执行器组件通过在传动轴17转子安装轴段上左右滑动来带动转子组件在传动销钉21上左右滑动。
所述永磁涡流刹车，采用高矫顽力和高磁能积的钕-铁-硼稀土制造的永磁体7，永磁涡流制动由于不需要额外励磁源，采用鼓式结构，鼓式刹车的制动力度非常大，在短时间内就能到达到最佳制动状态。
所述杆组包括电动执行器摇臂25，所述电动执行器摇臂25通过杆端关节轴承26与拉杆27连接，所述拉杆27的另一端与调节手柄28连接；所述调节手柄28设置在永磁涡流刹车的机座19外部，通过调节手柄28，可以带动电动执行器3左右移动，从而调节永磁体7上切割磁力线的面积，形成阻碍转动的阻力。
所述传动轴17上设置有冷却机构，所述冷却机构包括水管1，所述水管1的进口和出口分别与盛放有冷却液的装置连接。
如图1所示，本发明中的上呼吸器6和下呼吸器2，用于保持刹车内腔与外界干燥气流畅通，排除冷凝水以防止内腔积聚湿气。
本发明还提供了一种适用于绞车制动系统，包括主刹车29和永磁涡流刹车，所述永磁涡流刹车包括传动轴17，所述传动轴17上包括转子安装轴段、定子安装轴段和绞车连接段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述绞车连接段与绞车主体30上的绞车滚筒轴连接，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。
所述转子组件包括永磁体保持架8和永磁体7，所述永磁体7设置在永磁体保持架8上，所述永磁体7采用鼓式结构，所述永磁体7由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架8与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴17的长度方向移动；所述定子组件包括紫铜环20和定子11，所述紫铜环20设置在定子11上，所述紫铜环20与永磁体7相对应，所述定子11通过定子保持架24与传动轴17连接。
所述移动机构包括电动执行器3、外滑套4和内滑套15，所述电动执行器3与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器3沿传动轴17的长度方向移动；所述电动执行器3与外滑套4连接，所述外滑套4与内滑套15之间通过中间轴承座13连接，所述内滑套15套设在传动轴17上，所述内滑套15与永磁体保持架8连接。电动执行器3设置在中间轴承座13与外轴承座5上，并相对于外轴承座5可滑动，外轴承座5与传动轴17之间设置圆锥滚子轴承16。
具体工作方式：在钻机现场作业时，下钻时需要较大的刹车力。由于本刹车的传动轴17与绞车滚筒轴采用的是齿式离合器相连，并且二者同速旋转。在工作过程中，根据下钻深度提前调节电动执行器3，使此刹车所产生的制动力矩可以达到要求。
永磁涡流刹车是基于电磁场原理，即转动的转子组件带动其上安装的永磁体7高速旋转，使得镶嵌在定子组件上的紫铜环20在永磁体7生成的磁场中切割磁力线，从而让生成大量的涡电流，产生涡流场，反作用于主磁场，形成阻碍其持续转动的阻力。
在永磁涡流刹车工作过程中，水管1内的水需要持续流动，以达到散热的目的。本发明不同于常用的电磁涡流刹车，将传统的励磁线圈，采用高矫顽力和高磁能积的钕-铁-硼稀土制造的永磁体进行替换，永磁涡流制动由于不需要额外励磁源，因此损耗小，效率较高。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于绞车制动的永磁涡流刹车，包括传动轴(17)，其特征在于：所述传动轴(17)上包括转子安装轴段和定子安装轴段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。
2.根据权利要求1所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述转子组件包括永磁体保持架(8)和永磁体(7)，所述永磁体(7)设置在永磁体保持架(8)上，所述永磁体(7)采用鼓式结构，所述永磁体(7)由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架(8)与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴(17)的长度方向移动。
3.根据权利要求2所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述定子组件包括紫铜环(20)和定子(11)，所述紫铜环(20)设置在定子(11)上，所述紫铜环(20)与永磁体(7)相对应，所述定子(11)通过定子保持架(24)与传动轴(17)连接。
4.根据权利要求3所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述转子组件设置为两组，两组所述转子组件对称设置在定子组件的两侧，两组所述转子组件可分别朝向靠近/远离定子组件的方向移动。
5.根据权利要求4所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述移动机构包括电动执行器(3)、外滑套(4)和内滑套(15)，所述电动执行器(3)与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器(3)沿传动轴(17)的长度方向移动；所述电动执行器(3)与外滑套(4)连接，所述外滑套(4)与内滑套(15)之间通过中间轴承座(13)连接，所述内滑套(15)套设在传动轴(17)上，所述内滑套(15)与永磁体保持架(8)连接。
6.根据权利要求5所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述杆组包括电动执行器摇臂(25)，所述电动执行器摇臂(25)通过杆端关节轴承(26)与拉杆(27)连接，所述拉杆(27)的另一端与调节手柄(28)连接；所述调节手柄(28)设置在永磁涡流刹车的机座(19)外部。
7.根据权利要求1所述的适用于绞车制动的永磁涡流刹车，其特征在于：所述传动轴(17)上设置有冷却机构，所述冷却机构包括水管(1)，所述水管(1)的进口和出口分别与盛放有冷却液的装置连接。
8.一种适用于绞车制动系统，其特征在于：包括主刹车(29)和永磁涡流刹车，所述永磁涡流刹车包括传动轴(17)，所述传动轴(17)上包括转子安装轴段、定子安装轴段和绞车连接段，所述转子安装轴段与转子组件连接，所述定子安装轴段与定子组件连接，所述转子组件可相对于定子组件转动，所述绞车连接段与绞车主体(30)上的绞车滚筒轴连接，所述转子组件转动后通过产生涡流场为转动提供阻力；所述定子组件相对于转子组件切割磁力线的面积可调节。
9.根据权利要求8所述的适用于绞车制动系统，其特征在于：所述转子组件包括永磁体保持架(8)和永磁体(7)，所述永磁体(7)设置在永磁体保持架(8)上，所述永磁体(7)采用鼓式结构，所述永磁体(7)由数块N极和数块S极永磁铁块交叉构成环形；所述永磁体保持架(8)与移动机构连接，所述移动机构带动转子组件沿传动轴(17)的长度方向移动；所述定子组件包括紫铜环(20)和定子(11)，所述紫铜环(20)设置在定子(11)上，所述紫铜环(20)与永磁体(7)相对应，所述定子(11)通过定子保持架(24)与传动轴(17)连接。
10.根据权利要求9所述的适用于绞车制动系统，其特征在于：所述移动机构包括电动执行器(3)、外滑套(4)和内滑套(15)，所述电动执行器(3)与杆组连接，移动所述杆组可带动电动执行器(3)沿传动轴(17)的长度方向移动；所述电动执行器(3)与外滑套(4)连接，所述外滑套(4)与内滑套(15)之间通过中间轴承座(13)连接，所述内滑套(15)套设在传动轴(17)上，所述内滑套(15)与永磁体保持架(8)连接。
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