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

Враховуючи те, що механічне гальмо при великих глибинах свердловин працює разом з гідродинамічним гальмом, отримано залежності для визначення гальмівного моменту з урахуванням дії гідрогальма для лінійного, косинусоїдального та параболічного режимів, відповідно:

 ; (9)

 ; (10)

 . (11)

де MG – момент на валу лебідки від ваги колони бурильних труб; IВ – зведений момент інерції мас шківів і ротора гідродинамічного гальма та сил інерції колони бурильних труб, зведених до піднімального вала лебідки.

Питомі навантаження, які виникають в парах тертя стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками, необхідно розглядати у взаємозв'язку з розтягом набігаючої та збігаючої гілок гальмівної стрічки. Величина розтягу останньої в нетрадиційному гальмі суттєво впливає на тривалість початкової та кінцевої стадій гальмування. Так, при невеликих за величиною розтягах стрічки, тобто при плавному прикладанні бурильником зусилля до важеля гальма, працюють зовнішні фрикційні вузли. Це відбувається під час пригальмовувань (в процесі посадки колони бурильних труб на стіл ротора). При різкому збільшенні розтягу гальмівної стрічки тривалість першої стадії гальмування, тобто робота зовнішніх фрикційних вузлів, є незначною. В такому режимі основну роботу тертя виконують внутрішні фрикційні вузли гальма.

На рис. 4 наведено закономірності зміни питомих навантажень в парах тертя, які отримано для нетрадиційного гальма бурової лебідки установки БУ 2500 ЕП, при прийнятій лінійній формі тахограми. Проведено аналіз графічних залежностей розподілу питомих навантажень та гальмівних моментів на кожній накладці гальма. З цих графічних залежностей видно, що питомі навантаження на зовнішній робочій поверхні

накладки збільшуються з віддаленням її від збігаючої гілки гальмівної стрічки. При коефіцієнті тертя   =0, 25 і   співвідношення питомих навантажень на 20-ій і 1-ій накладках досягає майже 20-ти кратної величини. Що стосується зміни питомих навантажень на внутрішніх поверхнях накладок, то вони на 15-20% є більшими, ніж на їхніх зовнішніх поверхнях, внаслідок з'єднання між собою накладок пружними елементами. При цьому питомі навантаження мало залежать від коефіцієнта тертя на 1-ій накладці, тоді як на 20-ій при зміні   з 0, 25 до 0, 35 вони збільшуються приблизно в 1, 5 рази.

Згідно з рис. 4 в, г гальмівний момент, який розвивають зовнішні фрикційні вузли, є більшим за гальмівний момент, створюваний внутрішніми фрикційними вузлами. Пояснюється це тим, що існує різниця сил тертя на зовнішніх та внутрішніх поверхнях фрикційних накладок. Ця обставина зумовлює нерухомість фрикційних накладок по відношенню до гальмівної стрічки.

Керування динамічною навантаженістю нетрадиційного стрічково-колодкового гальма реалізовано шляхом автоматичного регулювання кутом охоплення шківа гальмівною стрічкою за допомогою механічного та електромагнітного її приводу. Інтенсивне примусове охолодження фрикційних вузлів нетрадиційного стрічково-колодкового гальма є одним з шляхів керування його тепловою навантаженістю. В конструкції гальма реалізовано ефекти теплової труби і термоелектричного охолодження. При використанні термоелектричного охолодження зовнішні і внутрішні фрикційні вузли можуть виконувати роль термоелектрогенераторів і термоелектрохолодильників, здійснюючи при цьому теплове розвантаження гальма.

Запропонована методика розрахунку експлуатаційних параметрів стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками бурової лебідки передбачає: визначення найбільшого гальмівного моменту з умови забезпечення необхідної ефективності гальма; визначення основних геометричних параметрів гальмівного шківа (радіуса і ширини), фрикційної накладки (ширини), гальмівної стрічки (товщини і ширини) ; перевірку на міцність гальмівної стрічки; визначення питомих навантажень, які здатні витримати внутрішні і зовнішні фрикційні вузли; визначення потужності, яка поглинається поверхнями тертя фрикційних вузлів з умови попередження їхнього перегрівання та інтенсивного спрацювання.

 

 

В результаті виконаних теоретичних та експериментальних досліджень нового стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками бурової лебідки розроблено методику динамічного розрахунку та високоефективні конструкції пристроїв систем охолодження його пар тертя.

1. Теоретичні дослідження особливостей роботи і динамічних процесів в парах тертя стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками дозволили встановити, що повний цикл гальмування відбувається протягом трьох стадій: початкової, перехідної та кінцевої. При цьому на досліджуване гальмо накладено такі обмеження: різниця між питомими навантаженнями, які виникають у внутрішніх і зовнішніх фрикційних вузлах, повинна бути не меншою 0, 1 МПа, різниця між коефіцієнтами тертя зовнішніх і внутрішніх фрикційних вузлів повинна дотримуватися не меншою 0, 05. У випадку, коли перша різниця буде меншою за 0, 1 МПа, в процесі гальмування буде відсутня перша стадія. Якщо друга різниця стає величиною, меншою за 0, 05, буде відсутня третя стадія гальмування.

2. Математичний опис динамічних процесів нетрадиційного гальма дозволив отримати залежності для визначення:

- зусиль натягу збігаючої та набігаючої гілок гальмівної стрічки при сталому і змінному коефіцієнті тертя у зовнішніх фрикційних вузлах з урахуванням товщини та кількості накладок, охоплюваних гальмівною стрічкою в початковій стадії гальмування;

- гальмівного моменту, котрий реалізується зовнішніми та внутрішніми фрикційними вузлами в залежності від радіуса робочої поверхні гальмівного шківа, натягу збігаючої гілки стрічки та кількості охоплюваних нею накладок в початковій та кінцевій стадіях гальмування, а також з урахуванням жорсткості гальмівної стрічки;

- сили розтягу пружних елементів, що з'єднують систему фрикційних накладок в кільце, забезпечуючи натяг між внутрішніми парами тертя, в початковій та кінцевій стадіях гальмування;

- основних геометричних параметрів гальмівної стрічки, гвинтової та прорізної пружин з умови міцності.

3. В результаті