Стабілізація навантаженості фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок

Abstract

Робота присвячена підвищенню ефективності роботи фрикційного вузла стрічково-колодкових гальм шляхом стабілізації навантаженості фрикційного вузла на основі моделювання його напружено-деформованого стану та зношування на режимах спуску бурильної колони та буріння й обгрунтування методик розрахунків конструктивних і експлуатаційних параметрів гальма. Створені та досліджені математичні моделі фрикційного вузла - аналітична ділянки гальмівної стрічки, скінчено-елементна фрикційної накладки при її зношуванні та скінчено-елементна фрикційного вузла в розімкненому стані та на початку гальмування - в широкому діапазоні зміни його конструктивних параметрів і навантажень. Дано обгрунтування вдосконалених конструктивних рішень на основі стабілізації навантаженості деталей фрикційного вузла. Наведені результати стендових експериментальних досліджень, виконаних для перевірки адекватності математичних моделей і працездатності дослідної конструкції ділянки фрикційного вузла, а також дана оцінка натурних параметрів фрикційних вузлів гальм із застосуванням методів теорії подібності й аналізу розмірностей. Запропоновані уточнені методики розрахунку основних конструктивних та експлуатаційних параметрів фрикційних вузлів гальма.

Диссертация посвящена повышению эффективности работы фрикционного узла ленточно-колодочных тормозов путем стабилизации нагруженности фрикционного узла на основе моделирования его напряженно-деформируемого состояния (НДС) и изнашивания на режимах спуска бурильной колоны и бурения и обоснования методик расчета конструктивных и эксплуатационных параметров тормоза. Созданы и исследованы математические модели фрикционного узла -аналитическая участка тормозной ленты, конечно-элементные НДС фрикционной накладки при ее изнашивании и деформации фрикционного узла в разомкнутом состоянии и в начале торможения - в широком диапазоне изменения его конструктивных параметров и нагрузок. Дано обоснование усовершенствованных конструктивных решений на основе стабилизации нагруженности деталей фрикционного узла. Приведены результаты стендовых экспериментальных исследований для проверки адекватности математических моделей и работоспособности опытной конструкции участка фрикционного узла, а также оценка натурных параметров фрикционных узлов тормозов с использованием методов теории подобия и анализа размерностей. Предложены уточненные методики расчета основных конструктивных и эксплуатационных параметров тормоза.

The work is devoted to bettering of operating efficiency of the band-shoe brake friction unit through its loading stabilization by simulating its stress deformation state and wearing in conditions of drilling pipe column lowering and well drilling and by refining the techniques for brake design and operating parameter evaluating. The mathematical models have been developed and studied - the analytical one for the brake band part, the finite element ones for the friction shoe while wearing and the friction unit at its open state and brake starting - over wide ranges of the design parameter and loading changes. The friction unit design advancements achieving by load stabilization are born out. The results of experimental testing are shown to illustrate quality of mathematical models and working abilities of the proposed friction unit part design. Drawworks band-shoe performance is estimated by using the modelling experiment data and dimension analysis and similarity theory methods. The refined techniques for estimating main brake design and operating parameters are proposed.