Обгрунтування працездатності стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками бурової лебідки

Abstract

Робота присвячена обгрунтуванню працездатності нового типу стрічково-колодкового гальма бурової лебідки, в якому підпружинені фрикційні накладки обертаються разом із шківом. Виходячи з особливостей роботи гальма, встановлені три стадії гальмування (початкова, перехідна і кінцева) та наведено їхній математичний опис. Запропоновано елементи теорії розрахунку основних конструктивних та експлуатаційних параметрів гальма і пружних деталей фрикційних накладок з умови міцності та забезпечення достатньої ефективності при циклічних режимах навантаження гальма. Проведено стендові експериментальні дослідження модельного нетрадиційного гальма з оцінки його працездатності та ресурсу фрикційних накладок. Розглянуто деякі методи керування динамічною і тепловою навантаженістю стрічково-колодкових гальм бурових лебідок. Запропоновано методику розрахунку конструктивних і експлуатаційних параметрів нетрадиційного стрічково-колодкового гальма.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованных источников и приложений. Первый раздел посвящен анализу условий работы и причин снижения эффективности ленточно-колодочных тормозов различных конструкций. Установлено, что одной из основных причин снижения эффективности является высокий уровень динамической и, как следствие, тепловой нагруженности фрикционных узлов тормоза. При этом для тормозов буровых лебедок она связана: с резким захватом фрикционных накладок поверхностью вращающегося шкива, сопровождающимся толчками и вибрациями; с повышенной жесткостью тормозной ленты, соединенной с накладками; односторонним контактом фрикционных накладок со шкивом в процессе торможения. На основе анализа литературных источников сформулированы задачи исследований. Во втором разделе рассматривается принцип действия ленточно-колодочного тормоза с подвижными накладками. Дано теоретическое обоснование процесса торможения и установлены три стадии торможения (начальная, переходная и конечная), при реализации которых рабочими поочередно становятся внутренняя и внешняя поверхности накладки, что способствует равномерности изнашивания поверхности фрикционных узлов и снижению уровня их тепловой нагруженности. Определены условия при которых возможна реализация рассматриваемых стадий. Получена зависимость для определения необходимого предварительного натяжения пружин, а также определены эксплуатационные параметры во внешних и внутренних фрикционных узлах тормоза с учетом упругого соединения его накладок между собой и жесткости тормозной ленты. Проведен анализ прочности и жесткости упругих элементов, соединяющих между собою фрикционные накладки, с учетом колебаний, вызванных скачкообразным переходом накладок от состояния покоя к движению. Третий раздел посвящен экспериментальным исследованиям нетрадиционного модельного тормоза на специальном стенде, представляющем собою геометрическую модель ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки БУ-2500ЕП, шкив которого оборудован системой фрикционных накладок, соединенных между собою упругими элементами. Приведено описание его конструкции, измерительной аппаратуры и методов экспериментальных исследований, соответствующих поставленным в этом разделе задачам. При исследованиях определялись удельные нагрузки, деформации элементов фрикционных узлов, а также износ поверхностей фрикционных накладок. Произведен сравнительный анализ эксплуатационных параметров серийного и нетрадиционного тормоза. Доказана работоспособность и эффективность нетрадиционного ленточно-колодочного тормоза. В четвертом разделе рассмотрено влияние режимов торможения на эффективность работы нетрадиционного тормоза. Получены зависимости тормозных моментов для разных режимов торможения без и с учетом действия гидродинамического тормоза, а также инерционных сил подвижных частей тормозной системы и колонны бурильных труб. Реализовано управление динамической и тепловой нагруженностью фрикционных узлов нетрадиционного тормоза. Для снижения уровня динамической нагруженности разработана схема ленточно-колодочного тормоза с автоматическим управлением углом обхвата шкива тормозной лентой при использовании механического) или электромагнитного привода замыкания ленты, что позволяет уменьшить усилия на вал шкива и опоры, реализовать плавное изменение учла обхвата, избежать снижения эффективности торможения при изменении направления вращения шкива, выровнять удельные нагрузки по всей поверхности пар трения и, как следствие, обеспечить почти равномерное изнашивание фрикционных накладок. Для управления тепловой нагруженностью разработаны устройства и системы для принудительного охлаждения фрикционных узлов, основанного на использовании термоэлектрического способа и эффекта «тепловой трубы». Предложена методика расчета конструктивных и эксплуатационных параметров ленточно-колодочного тормоза с подвижными фрикционными накладками буровой лебедки., которая может быть использована при проектировании нетрадиционных ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок и совершенствовании серийных тормозных систем.

This work is dedicated to the substantiation of new type band shoe brake of drilling winch in which spring friction plates are rotated together with sheave. Using the work features of the brake it has been established the stages of braking (initial, transient and final) and their mathematical description has been added. It has been proposed the elements of calculation theory of main structural and operational parameters of the brake and elastic parts of friction plates to supply the strength and sufficient efficiency at cyclical modes of the brake loading. The stand experimental researches of untraditional brake have been made to estimate its work capacity and resource of friction plates. Some methods of control for dynamic and thermal loading of band shoe brake of drilling winch has been shown. The methods for calculation of structural and operational parameters for untraditional band-shoe brake been offered.