Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LVII Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 25 апреля 2016 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение и машиноведение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Ахметов С.М., Мухамбеталина Д.Ж., Курманова Д.Е. [и др.] ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. LVII междунар. науч.-практ. конф. № 4(52). – Новосибирск: СибАК, 2016. – С. 89-112.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ

Ахметов Сайранбек Махсутович

старший преподаватель кафедры «Механика», Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева,

Республика Казахстан, г. Астана

Мухамбеталина Дана Жандулаевна

старший преподаватель кафедры «Механика», Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева,

Республика Казахстан, г. Астана

Курманова Динара Есентаевна

старший преподаватель кафедры «Механика», Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева,

Республика Казахстан, г. Астана

Тукешова Гульзада Амангельдиевна

старший преподаватель кафедры «Механика», Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева,

Республика Казахстан, г. Астана

 

FEATURES OF DYNAMICS OF INTERACTION OF THE TAPE AND KOLODOCHNY WORKING ELEMENTS OF THE BRAKE OF THE BORING WINCH IN THE BRAKING MODE

Sayranbek Akhmetov

doctor of Science, professor of Mekhanika department, Euroasian national university of name L.N. Gumilev,

Kazakhstan, Astana

Dana Mukhambetalina

candidate of Science, associate professor of Mekhanika department, Euroasian national university of name L.N. Gumilev,

Kazakhstan, Astana

Dinara Kurmanova

lecturer of Mekhanika department, Euroasian national university of name

L.N. Gumilev,

Kazakhstan, Astana

Gulzada Tukechova

senior lecturer of Mekhanika department, Euroasian national university of name

L.N. Gumilev,

Kazakhstan, Astana

 

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается динамика контактного взаимодействия колодочной ленты со шкивом тормоза буровой лебедки. Проведено теоретическое исследование, в результате которого были получены аналитические выражения и построены графические зависимости основных параметров этого процесса, которые позволили проанализировать различные случаи конструктивного расположения колодок на ленте тормоза. В результате, были предложены новые технические решения, подтверждающие основные положения теоретических исследований. Сформулированы выводы и предложения.

ABSTRACT

In work dynamics of contact interaction of a kolodochny tape and pulley of a brake of the boring winch is considered. Theoretical research is conducted, analytical expressions are received, graphic dependences of key parameters which have allowed to analyze various options of an arrangement of blocks on a tape are constructed. New inventions which confirm results of theoretical researches have been offered. Conclusions and offers are formulated.

 

Ключевые слова: лента тормоза, колодки, буровая лебедка, контактное взаимодействие, натяжение, нормальное давление, трение, равновесие, равномерное распределение.

Keywords: tape of a brake, block, boring winch, contact interaction, tension, normal pressure, friction, balance, uniform distribution.

 

 В расчетах ленточных тормозов в основном руководствуются известной формулой Эйлера, которая устанавливает соотношение между натяжениями на концах гибкой связи, взаимодействующей с цилиндрической поверхностью [12]:

                                                     (1)

где: Т и t – натяжения на концах нити,  – коэффициент трения, – угол обхвата цилиндрической поверхности нитью.

Такое взаимодействие гибкого элемента (лента, ремень, канат, трос, прядильная нить) с цилиндрической поверхностью имеет широкое распространение в расчетах ременных передач, ленточных транспортеров, веретенных станков и т. д.). Например, в известной работе отмечено, что если натянутое гибкое тело скользит по неподвижной направляющей поверхности, то развивается значительное трение этого тела об эту поверхность, выражающееся в потере гибким телом натяжения [8].

Однако, как показывает практика, эти зависимости не совсем полностью отражают те процессы, которые происходят между трущимися элементами тормоза в режимах разгона, установившемся движений и торможении машинного агрегата. К числу таких машин, где лебедка и ее тормозной механизм являются основными звеньями в системе управления движением можно отнести установку для бурения нефтяных и газовых скважин, где в зависимости от глубины бурения динамический фактор возрастает. При этом, особый интерес представляет режим торможения буровой лебедки (БЛ), где для управления движением применяется ленточно-колодочный тормоз (ЛКТ) [6]. ЛКТ обеспечивает безопасность работы, а также оказывают влияние на производительность процесса бурения. Более того, тяжелые условия работы тормозов БЛ, характеризующиеся динамическими нагрузками, где, значительное количество механической энергии в течение короткого периода времени преобразовывается в тепловую энергию и передается в окружающую среду без снижения работоспособности тормоза и лебедки, делают систему динамичной. В связи с этим, большое внимание уделяется вопросам повышения надежности, обеспечения прочности, долговечности и эффективности использования элементов ЛКТ БЛ.

 Уравнение Эйлера (1) выведено в предположении, что: лента тормоза является однородным и абсолютно гибким телом; тормозной шкив – абсолютно жесткое тело; на всем протяжении прилегания ленты обеспечивается полный и плотный контакт ленты со шкивом; при этом пренебрегаем массой ленты и смещением силы трения относительно линии приложения сил натяжения ленты ввиду относительно малой ее толщины. При таких допущениях уравнение Эйлера, конечно, будет справедливым.

Однако, на самом же деле, как утверждают авторы работ [1; 11] стальная лента с укрепленным на ней фрикционным материалом, как и всякое реальное тело, оказывает сопротивление изгибу и это влияет на действительный характер соотношения между натяжениями на концах ленты. Поэтому учитывая влияние жесткости ленты, выражение для тормозного момента можно записать:

,                                (2)

где: – средний радиальный установочный зазор между лентой и шкивом при разомкнутом тормозе; Е – модуль упругости материала ленты; t – натяжение на сбегающем конце ленты; D – диаметр тормозного шкива;  – основание натуральных логарифмов;  - коэффициент трения между шкивом и тормозной колодкой; α – угол обхвата тормозного шкива лентой; J – момент инерции поперечного сечения ленты.

Уравнение (2) показывает, что с увеличением жесткости ленты тормозной момент уменьшается. Фактическое максимальное давление между лентой и шкивом в этом случае будет равным

,                                               (3)

Анализируя формулу (3) можно утверждать, что износ фрикционного материала как функция величины  будет неравномерным по дуге обхвата. Все это приводит к тому, что при почти полностью изношенном материале на набегающем конце ленты материал на сбегающем конце может служить еще долгое время. В связи с этим исследователями были предложены некоторые технические решения, где, в целях полного использования фрикционного материала (колодки) предусмотрена возможность перестановки ленты, при которой, набегающий конец становится на место сбегающего и наоборот [11]. Однако, практика эксплуатации ленточных тормозов, показывает, что реальный максимальный износ тормозных колодок имеет место не на конце ленты с максимальным натяжением, а ближе к середине угла обхвата. Это обстоятельство связано с тем, что лента в ряде случаев обладает существенной жесткостью. Чем выше жесткость тормозной ленты, тем ближе к середине угла обхвата располагается точка максимального износа тормозной колодки.

Использование в место сплошной фрикционной ленты колодок одинакового размера, закрепленных на рабочей поверхности ленты, требует некоторых изменений в расчетных зависимостях. В.Г. Костициным была получена формула для натяжения набегающей ветви ленты с n колодками [1]:

.                                          (4)

С другой стороны, в практике доказано, что по мере увеличения числа колодок результаты подсчета по этой формуле все более совпадают с результатами, полученными при использовании зависимости Эйлера (1). Например, при =25, что имеет место в тормозной системе действующих буровых лебедок, практического различия в результатах подсчета по формулам Эйлера и Костицина нет. Но вместе с тем, исследования, проведенные Б.А. Злобиным применительно к колодочно-ленточным тормозам буровых лебедок, показали, что для случая жесткого крепления колодок при равномерном их расположении на ленте, подсчеты, проводимые по зависимости Эйлера, дают более приближающийся к действительности результат, чем подсчет по формуле В.Г. Костицина [7]. Таким образом, в работе [1] рекомендуется вести расчеты колодочно-ленточных тормозов при расположении колодок на ленте с постоянным шагом с шарнирным креплением колодок по уравнению В.Г. Костицина (4), а с жестким креплением – по уравнению Эйлера (1).

Между тем, равномерное расположение колодок по дуге обхвата при неравномерном распределении усилия натяжения ленты, а следовательно, и неравномерном распределении нормальной нагрузки на колодки приводит как уже отмечалось выше, к неравномерному их изнашиванию. Для достижения одинакового износа всех колодок тормоза Б.А. Злобиным предложено устанавливать на ленте колодки одинакового размера с неравномерным их распределением по дуге обхвата, увеличивая шаг установки колодок по направлению от набегающего конца ленты к сбегающему (рис. 1). Им утверждается, что в этом случае давление будет распределяться между колодками равномерно, следовательно, фрикционный материал будет использоваться более рационально и меньше расходоваться [7].

 

Рисунок 1. Схема расстановки колодок на рабочей поверхности ленты ленточно-колодочного тормоза: а) лента, с равномерным расположением колодок на поверхности ленты (обычная лента); б) лента, с неравномерным расположением колодок на поверхности ленты, предложенная Б.А. Злобиным

 

Однако теоретическое положение данного технического решения научно не обосновано, и оно было рекомендовано лишь как инженерное предположение, основанное на интуиции автора. Более того, в случае с буровой лебедкой, где, в качестве рабочего органа используется стальная лента толщиной 6–10 мм, имеющая некоторую ширину и закрепленные к ее рабочей поверхности колодки, требует соответствующих изменений и уточнений в их расчетах [5].

В существующей литературе некоторые из рассмотренных вопросов, в том числе, учитывающие износостойкость фрикционных элементов частично изучены, но в недостаточной степени.

В связи с вышеизложенным, вопросы, связанные с исследованием динамики ленточного тормоза буровой лебедки, и на этой основе, разработка новых подходов в расчетах и предложение научно обоснованных новых технических решений в конструктивных элементах тормозной системы буровой лебедки являются актуальными.

В настоящей работе нами решается задача динамики контактного взаимодействия колодочной ленты со шкивом путем нахождения рекуррентных соотношений, которые позволяют подобрать центральные углы между колодками таким образом, чтобы давления при этом распределялась по дуге обхвата равномерно.

1.  Определение нормального контактного усилия на поверхности шкива при равномерном расположении колодок на ленте.

Сначала рассмотрим контактную задачу взаимодействия со шкивом системы колодок, шарнирно соединенных со стальной лентой при действии на концах ленты статических сил  и . Следуя работам [1; 7], колодки заменим точками, а центральный углы возьмем переменными (рис. 2). Учет переменности угла необходим, т.к. равномерное расположение колодок приводит по дуге обхвата к неравномерному распределению нормальной нагрузки на колодок, что может являться причиной их неравномерного изнашивания.

Составим уравнение равновесия ой колодки. Обозначим через  и  силу трения и нормальное давление точки контакта на ленту, через ,  и  силы натяжения ленты, действующие на трех выбранных колодках вдоль хорд. Проецируя эти силы вдоль касательной и нормали получим:

,

 =+.                                        (5)

При наличии скольжения в точке контакта выполняется условие трения Кулона (fкоэффициент трения):

.                                                               (6)

Пользуясь условием (6), получим:

=.                                         (7)

 

Рисунок 2. Расчетная схема для определения натяжения и нормального контактного усилия на поверхности шкива

 

В формуле (7) ,  и  считаются заданными величинами. В частности, если предположить …=, то из этого соотношения (после исключения  (), мы получаем такую же формулу, приведенной в работе [11]:

.

При выводе соотношения (7) было принято, что во всех контактных точках колодок со шкивом имеет место скольжение, т.е. выполняется условие (6).

С помощью зависимостей (5) – (7) можно найти величины натяжения и нормального давления на шкив и выбрать углы  таким образом, чтобы давление по точкам контакта колодок со шкивом было распределено равномерно. В этом случае фрикционный материал будет использовано более рационально.

Пусть в зоне скольжения находятся в предельном состоянии равновесия  количество колодок, тогда в – ой колодке возникает натяжение:

, ( ).                   (8)

В уравнении (8) предполагается, что величины ,  известные и требуется выполнение следующих равенств:

, , , .                  (9)

Пользуясь условиями (9) можно получить систему уравнений для определения значений углов , , , . В общем случае эта система имеет сложный вид и для нахождения этих неизвестных требовалось бы использование численных методов. Но для нахождения этих неизвестных мы ограничимся рассмотрением некоторых частных случаев для получения рекуррентных соотношений. С этой целью полагаем, что  и, из условия (9) с учетом (8) получаем:

+ = +.       

Откуда следует равенство

=.                               (10)

Учитывая, что

=, =

и вводя в формулы новые неизвестные величины

,

уравнение (10) перепишем в виде:

.                                        (11)

По известным величинам  и  из (11) находим :

=,                                                    (12)

где: , .

На основании формулы (12) можно записать следующее рекуррентное соотношение:

=, .                                 (13)

Значения углов , , , ,…  определяем с помощью формул:

, .

Величины натяжения в ленте и давления определены в случае , и для трех значений трения:  

Изменение углов, натяжения и нормального давления от коэффициента трения в случае равномерного распределения колодок вдоль дуги обхвата (======) при одинаковых отношениях представлены в таблицах 1–4 [10].

Сравнивая результаты, представленные в таблицах 1–4, заметим, что, для выбранных значений коэффициента трения  угла  существует отношение , при котором реализуется выбранная схема равновесия. Следуя этому можно расставлять на поверхности шкива колодки, как с одинаковыми центральными углами, так и различным их расположением.

Таблица 1.

Изменение углов контакта колодок со шкивом при значениях f, α и γ

0,1

25,1

23,26

23,13

21,51

21,45

134,5

1,31

0,3

33,2

28,00

27,24

23,33

23,07

154,8

1,82

0,4

80,1

48,30

40,87

28,41

26,92

244,6

7,29

 

 

Таблица 2.

Изменение сил натяжений в ветвях ленты при различных значениях f и N

0,1

1,00

1,04

1,09

1,13

1,18

1,22

1,26

1,31

0,22

0,45

0,3

1,00

1,11

1,22

1,34

1,46

1,58

1,70

1,82

0,32

0,61

0,4

1,00

1,97

2,69

3,62

4,48

5,43

6,33

7,29

1,26

2,36

 

 

Таблица 3.

Изменение сил натяжений в ветвях ленты при различных значениях f, α и β

0,1

1,00

1,04

1,08

1,12

1,17

1,21

1,27

1,31

22,33

134

0,3

1,00

1,07

1,17

1,28

1,40

1,53

1,67

1,82

25,00

150

0,4

1,00

1,25

1,67

2,25

3,01

4,05

5,43

7,29

40,16

241

 

 

Таблица 4.

Изменение нормальной реакции N различных значениях f

0,1

0,20

0,41

0,43

0,44

0,46

0,48

0,50

0,3

0,23

0,49

0,53

0,58

0,63

0,69

0,76

0,4

0,43

1,00

1,34

1,81

2,42

3,25

4,37

 

 

Как показывают расчеты, углы расположения колодок можно выбрать таким, чтобы во всех точках их контакта со шкивом давление было одинаковым. Кроме этого заметно, что значение давления, начиная со второй колодки, практически не зависит от коэффициента трения. При равномерном распределении колодок наибольшее давление возникает в точке контакта последней колонки со шкивом. Причем, с ростом коэффициента трения его значение растет. Расположение колодок с уменьшающим (расчетным) углом может привести к существенному уменьшению величины этого максимального давления. Так, например, при = 0,4 и =7,29 максимальное давление равно 4,37. Если выбрать углы расположения колодок с переменным шагом, то давление будет равно 2,36, т. е. оно уменьшается примерно в 1,85 раза.

Из анализа результатов видно, что для удержания колодок в предельном равновесном состоянии со скольжением по всей дуги обхвата  при  и =0,1 необходимо, чтобы отношение  как минимум было равно к 1,31; при этом угол обхвата будет равен  =134,5. Если полагать=0,4, то в этом случае соответственно имеем =7,29, =244,6. Таким образом, с ростом коэффициента трения длина участка зоны скольжения по дуги обхвата также увеличивается. Начиная с некоторого значения коэффициента трения  при известной величины угла  (в рассматриваемом примере , ) угол  становится больше чем , что указывает на невозможность реализации данной схемы равновесия. В этом случае вдоль дуги обхвата кроме зоны скольжения должна образовываться также зона сцепления [4].

На рисунках 3 и 4 представлены графики зависимости значений углов и  от  при  и различных значениях коэффициента трения , , .

Из графиков видно, что с увеличением угла набегания ремня и значения , углы  также увеличиваются. При этом значительного роста имеют углы  и .

 

Рисунок 3. Зависимость β1 =f7)

 

 

Рисунок 4. Зависимость β2 =f7)

 

На основании полученных результатов были построены эпюры распределения натяжения и нормального усилия вдоль поверхности шкива при различных значениях параметров , f, и  в момент торможения лебедки, одна из которых показана на рис. 5.

 

Рисунок 5. Картина распределения натяжения ленты и нормального давления на поверхности шкива при значениях параметров: k = 10, F = 0,3, β = 1,5, λ = 4,85

 

Из эпюры видно, что наибольшее натяжение независимо от выбора углов расположения колодок возникают в местах нахождения упругого элемента, и в то же время нормальное усилие зависит от значения этих углов.

2.  Исследование торможения лебедки при неравномерном расположении колодок вдоль дуги обхвата ленты.

Как было отмечено выше, процесс взаимодействия колодок с поверхностью шкива зависит от вида распределения колодок на поверхности контакта. При отсутствии движения шкива учет расположения колодок влияет на тормозные силы, возникающие в местах контакта колодок с точками шкива, и как было отмечено, при выборе этих углов по формуле (13), можно получить равномерное давление колодок на шкив.

Изучим динамику торможения в случае, когда углы расположения колодок отличаются друг от друга, т.е. когда они меняются в зависимости от изменения нормального давления на рабочей поверхности шкива. Касательные и нормальные усилия вычисляем по формулам:

, ,        (14)

, ,

, ,

, ;

здесь, – число колодок, которые скользят по поверхности шкива, кроме того, принято предположение о гибкости лент, соединяющих колодки между собой.

Учитывая условие трения  , получаем:

,                               (15)

где:  ; ,

полагая  формулу (15) записываем в виде:

,

,

,

.

Из этих реккурентных соотношений можно установить следующую зависимость между усилиями  и :

.(16)

Полагая  в формуле (16) при известном законе вращения шкива , составим уравнение для определения числа колодок, взаимодействующих с поверхностью шкива. Уравнение движения шкива представим в виде:

.           (17)

Предположим, что до некоторого времени  скольжение колодок по поверхности шкива отсутствует. И тогда угол поворота шкива меняется по формуле .

Скольжения колодок по поверхности начинается с момента времени

.

Решение уравнения (17) при условиях ,  при  имеет вид:

, , .(18)

Из формулы (18) следует, что на величины  и влияют только углы сбегающих  и набегающих частей  колодочной ленты. Если для моментов времени  величина , определяемая из уравнения (16) удовлетворяет неравенству , то процесс торможения завершается в момент времени .

Если же , то при   торможение происходит при полном скольжении ленты по поверхности шкива. Здесь момент времени, при котором уравнение (16) имеет относительно параметра  корень, удовлетворяющая условию . Уравнение движения при полном скольжении и  записывается в виде:

, .

Тогда угол поворота и время торможения будут равны:

,                              (19)

где: , , ,

.                                                    (20)

В выражениях (19) и (20) углы считаются произвольными и удовлетворяющими только условию  - сумма центральных углов занятых дугами стальных лент). Если полагать, что при отсутствии движения углы подобраны из условия равномерного распределения нормальных усилий в местах контакта колодок со шкивом, а также не учитывать влияние инерционных сил (при малых значениях отношения ), то для вычисления углов   можно использовать полученные выше реккурентные формулы, полагая при этом .

Анализ эпюр распределения натяжения и нормального усилия на поверхности шкива показывает (рис. 6), что они при больших коэффициентах трения значительно отличаются от эпюр, построенных при одинаковых углах расположения колодок (рис.с5). Это в свою очередь, дает нам возможность, варьируя теми или иными параметрами контактного взаимодействия колодочной ленты со шкивом определить оптимальные соотношения их конструктивных размеров.

 

Рисунок 6. Картина распределения натяжения ленты и нормального давления на поверхности шкива: k = 10, f = 0,3, β = 1,5, λ = 5,08

 

3.  Новые технические решения, предложенные для снижения износа рабочих элементов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки.

Нами предложено устройство для равномерного распределения давления на колодках ленточно-колодочного тормоза лебедки буровой установки (рис. 7, а и б) [3]. Оно состоит из коленчатого вала 1, тормозной рукоятки 2 управления. Мотылевая шейка 3 коленчатого вала связана со штоком 4 цилиндра 5 пневмосистемы. Основные тормозные шкивы 6 установлены на барабане лебедки 7 с двух концов и огибаются лентами 8, имеющими на рабочей поверхности тормозные колодки 9. Сбегающие концы 10 лент шарнирно связаны с шатунными шейками 11 коленчатого вала, а набегающие концы 12 – с балансиром 13, плечи которого удерживаются на опоре при помощи пружин 14 растяжения, связанных с ними шарнирно. Пружины 14 снабжены устройством для регулирования натяжного усилия. Основные шкивы снабжены прикрепленными к ним в торцевой части дополнительными съемными шкивами 15, имеющими относительно меньшую ширину, чем первые.

 

Рисунок 7. Ленточно-колодочный тормоз лебедки буровой установки с возможностью равномерного распределения давления на колодках

 

Шкивы 15 огибают стальные вспомогательные ленты 16, имеющие на рабочих поверхностях тормозные колодки 17 переменной длины, уменьшающихся от набегающего конца ленты к сбегающему. При этом, сбегающие и набегающие концы вспомогательной ленты 16, так же, как и основная лента, шарнирно связаны с шатунными шейками коленчатого вала и балансиром. Дополнительные шкивы, в целях упрощения их изготовления и монтажа выполняются без спиц и втулок, в виде кольцевой цилиндрической поверхности и прикрепляются одной ребордой 18 к торцевой части основных шкивов при помощи резьбового соединения. Другая реборда дополнительного шкива может быть выполнена разъемной, например, в виде кольцевого диска 19, которые прикрепляются к ним также при помощи винтов. Это обеспечивает свободный ход крепежного инструмента при соединении дополнительных шкивов к наружным торцам основных шкивов. Диаметры рабочих поверхностей основного и дополнительного шкивов могут иметь одинаковые размеры или с небольшими отклонениями, что никак не повлияет на принцип управления тормозом от одной рукоятки. Центральные углы, образуемые при креплении к рабочей поверхности вспомогательной ленты 16 колодок 17 переменной длины должны удовлетворять условию

LKφRш,                                                              (21)

где: LK – наименьший размер длины колодки; φ – наименьший центральный угол расстановки колодок; Rш – радиус от центра дополнительного шкива до центральной точки контакта колодки с рабочей поверхностью вспомогательной ленты.

Таким образом, благодаря установки по длине рабочей поверхности вспомогательных лент колодок переменной длины, уменьшающихся от набегающего конца ленты в сбегающему, удельные давления на колодках синхронно работающих с ними основных лент выравниваются.

Нами предложен рабочий орган ленточного тормоза буровой лебедки, где достигаем такому же техническому результату как в предыдущем техническом решении, но другим конструктивным путем. В данном устройстве в место варьируемой длины колодки по длине ленты применяются колодки с переменной толщиной по длине ленты, что позволяет изменить площади их контактов со шкивом по дуге его обхвата лентой [2]. Для этого шкив ленточного тормоза буровой лебедки (рис. 8) выполняется в виде соединенных двух тарельчатых разъемных дисков 1 и 2. Тормозные колодки 4 ленты 3 (лента на схеме не показана) имеют клинчатую профиль и переменную высоту, высота которой увеличивается, начиная от сбегающего конца ленты к ее набегающему концу. Диски 1 и 2 соединенные выпуклой частью при помощи болтового соединения 5 образуют рабочую поверхность в виде канавки 6 с углом φ, соответствующим профилю клинчатой колодки. Такое исполнение колодок позволяет значительно увеличить площади сцепления трущихся поверхностей при неизменной ширине шкива, а также дает возможность варьировать толщину колодок по длине ленты не изменяя радиус дуги его обхвата лентой за счет использования оставшегося свободного зазора 7 треугольной формы между колодкой и шкивом.

 

Рисунок 8. Клинообразная колодка ленточного тормоза буровой лебедки с переменной площадью контакта со шкивом по дуге его обхвата лентой

 

Очевидно, что угол φ не может быть больше 45о, так как его дальнейшее увеличение приведет к увеличению ширины шкива. Использование колодки клинчатой позволит увеличить силу трения по сравнению с обычным случаем, что заметно из известной формулы:

f пр=f /sin φ,                                                                    (22)

где: fпр – приведенный коэффициент трения клинчатого соединения; f – коэффициент трения между трущимися поверхностями; sin φ – угол клина.

Как видно из (22), с уменьшением угла φ, сцепление между колодками ленты и шкивом повышается. Однако уменьшение должно иметь некоторый предел. Известно, что по существующей методике расчета клиновых ременных передач, рекомендуемые для практики трапецеидальные профили клиновых ремней определяются следующими значениями углов клина: узкие профили – φ=(30…35)˚; нормальные профили - φ=(38…42)˚; широкие для вариаторов – φ=(50…60)˚ [9]. Учитывая достаточную жесткость материала колодок в сравнении с ремнем, для данного устройства угол можно принять в пределах φ=(35…45)˚. Причем, клиновые колодки, подобно разновидности ремней клиноременных передач можно сконструировать многоручевым, т. е. так, чтобы по ширине шкива одна и та же колодка имел профиль с вырезанными (2…3) клинами. Или же профиль каждого из клиновидных колодок можно изготовить с двумя зубчатой кромкой, а рабочую поверхность шкива с соответствующими выступами для сцепления с данным профилем, от чего основная суть изобретения не меняется.

Предложенные технические решения являются первоначальным этапом или частью практического внедрения полученных результатов теоретических исследований.

Выводы.

  1. Анализ полученных результатов показывает, что равномерное расположение колодок на поверхности шкива приводит к уменьшению максимальных значений натяжения и нормального усилия (в среднем 1,5–2,0 раза), при этом безразмерное время торможения незначительно отличается друг от друга. Кроме того, установлено, что углы расположения колодок не зависят от параметра и они в основном зависят от коэффициента трения. С уменьшением числа скользящих колодок результаты проведенных по двум способам расположения углов практически совпадают.

2.  Установленные теоретические зависимости позволили описать достаточно точную картину взаимодействия трущихся элементов ЛКТ БЛ при различных конструктивных изменениях расположения колодок на ленте, способствовали разработке ряда новых технических решений, позволяющих значительно снижать износ колодок.

3.  Задачей следующего этапа является разработка научно обоснованной частной методики расчета узлов и рабочих элементов предложенных устройств, в которой, руководствуясь известными методами проектирования подобных механизмов необходимо учитывать особенности их конструктивной новизны.

 

Список литературы:

  1. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. Изд.3-е, доп. и перераб. – М.: Машиностроение, 1976. – 383 с.
  2. Ахметов С.М., Ахметов Н.М., Абугалиев С.К., Канатов А.Е. Рабочий орган ленточного тормоза буровой лебедки // Описание изобретения по Патенту РК № А(КZ) 22843. – Бюл. № 8, 2010. – 7 с.
  3. Ахметов С.М., Ахметов Н.М., Суюнгариев Г.Е., Канатов А.Е. Ленточно-колодочный тормоз лебедки буровой установки // Описание изобретения по Патенту РК № А(КZ) 22844. – Бюл. № 8, 2010. – 8 с.
  4. Ахметов Н.М., Мардонов Б.М., Ахметов С.М. Исследование режимов торможения ленточного тормоза буровой лебедки при действии постоянных и переменных усилий // Нефть и газ, 2002, № 3. – С. 71–78.
  5. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. – Учебник для вузов. – М.: Недра, 1988. – 501 с.
  6. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. – Учебник для техникумов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1985. – 421 с.
  7. Злобин Б.А. К вопросу создания быстросъемного крепления колодок в ленточном тормозе буровой лебедки. Изд. Куйбышевского совнархоза, 1958. – 30 с.
  8. Колчин Н.И. Механика машин. – Т. 2. – изд. 2, перераб. – М.: 1963. – 536 с.
  9. Коновалов А.Б., Гребенникова В.М. Ременные передачи. – Учебное пособие. – СПб: СПбГТУРП, 2011. – 106 с.
  10. Мардонов Б.М., Ахметов С.М., Ахметов Н.М. Динамика торможения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки. – Монография. – Алматы: Галым, 2003. – 120 с.
  11. Тормозные устройства. Справочник / Под. Ред. М.П. Александрова. – М.: – Машиностроение, 1986. – 312 с.
  12. Якубовский Ю.В., Живов В.С., Коротинский Я.И., Мигунов И.И. Основы механики нити. – М.: Легкая индустрия, 1973. – 271 с.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.