Исследование динамики торможения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки

• Автор: Ахметов, Нуркен Махсутович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Атырау
• Количество страниц: 106 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Г лава 1. Обзор научной литературы
§1.1 Классификация и конструкционный анализ
ленточных тормозов буровых лебедок
§1.2 Сведения о теории взаимодействия ленты тормоза
со шкивом барабана
Выводы по главе
Глава 2. Исследование динамики торможения ленточного тормоза
лебедки при действии постоянного и переменного тормозного усилия
§2.1 Режимы торможения лебедки при действии постоянного тормозного
усилия
§2.2 Торможение буровой лебедки при действии переменного тормозного
усилия
§2.3 Влияние деформируемости ленты на режимы торможения лебедки
при действии постоянного тормозного усилия
Глава 3. Статика и динамика взаимодействия колодочно-ленточных
тормозов со шкивом в процессе торможения лебедки
§3.1 Определение нормального контактного усилия на поверхности
шкива при равномерном и неравномерном расположении колодок
§3.2 Динамика торможения при взаимодействии шкива с тормозными
колодками и действии постоянного тормозного усилия
§3.3 Торможение буровой лебедки при неравномерном расположении
колодок вдоль дуги обхвата
Глава 4. Разработка рекомендаций по совершенствованию работы
некоторых эксплуатируемых буровых лебедок
§4.1 Расчет тормозной ленты буровой лебедки на прочность
§4.2 Сведения о технических характеристиках эксплуатируемых буровых
лебедок и изучение их режимов торможения
§4.3 Расчет на прочность ленточно-колодочных тормозных
устройств
Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Как известно, повышение производительности механизма можно осуществлять путем сокращения периода торможения. Однако это допустимо не всегда, так как при интенсивном торможении в элементах привода возникают напряжения, значительно превосходящие допускаемую статическую перегрузку, вследствие чего нарушается прочность соединений, наблюдается повышенный износ колодок, муфт и других звеньев механизма. Более того, тяжелые условия работы тормозов буровых лебедок, характеризующиеся динамическими нагрузками, где, значительное количество механической энергии в течение короткого периода времени должны преобразовываться в тепловую энергию и передаваться 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 тормозных устройств. Решение этих задач в настоящее время осуществляется по следующим основным направлениям: конструктивное усовершенствование механической части и привода существующих тормозов и создание новых конструкций; разработка и использование новых материалов для рабочей поверхности с повышенными фрикционными свойствами.
В настоящее время на буровых установках разведочного и глубокого бурения буровые лебедки снабжены достаточно надежными тормозными устройствами, но как показывает специфика работы и опыт их эксплуатации, имеет место проблема износа фрикционных элементов (тормозных колодок и шкивов). Кроме того, результаты исследований показывают, что одним из существенных недостатков ленточного тормоза является неравномерный износ фрикционных колодок вдоль дуги обхвата, что происходит вследствие неравномерного распределения контактных давлений. В результате этого тормозные колодки нерационально идут в отброс и в целом система теряет надежность и как показывает обзор научной литературы, эта проблема на сегодняшний день остается актуальной.
В настоящей работе проведено подробное исследование динамики ленточного тормоза буровой лебедки и на основании проведенных исследований представлена методика расчета, результаты которых позволяют получить равномерное распределение контактных давлений вдоль дуги обхвата колодками тормозного шкива с сохранением прочностных характеристик материала и, следовательно, добиться равномерного износа колодок.
На основе анализа литературных данных по динамике ленточных и ленточно-колодочных тормозов предлагается новый подход к изучению

различных режимов торможения буровой лебедки при действии постоянных и переменных тормозных усилий.
Целью исследований является:
- изучение различных режимов в зависимости от динамических характеристик системы «лента - упругий элемент - барабан» вида тормозного усилия;
- оценка влияния контактной силы взаимодействия между колодками и поверхностью шкива и жесткости упругого элемента на параметры торможения;
- расчет на прочность ленты, гибких (деформируемых) элементов ленточного тормоза при различных режимах торможения;
- разработка рекомендации по использованию результатов исследований для расчета конкретных буровых лебедок.
Новизна работы. Предложена модель динамического взаимодействия ленточного и ленточно-колодочного тормозного устройства с поверхностью шкива в процессе торможения, на основе которой установлена возможность реализации двух видов режима торможения лебедки: торможение лебедки при наличии зоны жесткого контакта ленты (ленты с колодками) и торможение с образованием на поверхности контакта полного скольжения; теоретически установлена закономерность расположения колодок на поверхности шкива при которой давление между шкивом и колодками вдоль дуги контакта остается постоянным; выявлена связь между нагруженностью тормозного механизма с режимами торможения лебедки; предложен способ проверки прочности материала ленты с учетом нагруженности механизма.
Практическая ценность и реализация результатов. Результаты исследований могут быть использованы для обоснования рационального выбора характеристик тормозного устройства, обеспечивающих сокращение периода торможения и уменьшение износа колодок за счет равномерного распределения давления вдоль дуги контакта колодок с поверхностью барабана.
Предложенная в диссертации методика расчета использовалась для оценки загруженности наиболее распространенных в эксплуатации буровых лебедок У2-5-5, ЛБ-750 и У-300 и разрабатывались рекомендации и предложения для дальнейшего повышения их эксплуатационной надежности. Разработанные рекомендации по повышению срока службы и надежности работы буровых лебедок были внедрены в ТОО «Жигермунайсервис» ОАО «ЭмбаМунайГаз».
Диссертация состоит из четырех глав. Первая глава, состоящая из двух параграфов, начинается с краткого обзора литературы по проблемам статической и динамической нагруженности буровых лебедок, оценки прочностных характеристик тормозных лент и гибких элементов тормоза в процессе торможения, исследования сил взаимодействия тормозных колодок с поверхностью шкива. Отмечается, что в настоящее время еще

действии постоянной силы торможения существенно влияют коэффициент трения и жесткость упругого элемента.
Графики зависимости угловой скорости барабана v= — от г = tau

1-w0=0.5: 2 - w0=0.75; 3-W0-1;

а = 0.02,wO = 0.25,Я = 0.35, в0 = А.Ирад.

^ 0.02,/ = 0.3,Я = 0.35,#0 = АЛХрад.
1-w0 = 1.25; 2-w0=1.5; 3- w0= t.75; 4- w0=2;
Рис .
а = 0.02,/ = 0.3,Я = 0.35, в0 = АЛХрад.
Анализ распределения натяжения вдоль дуги обхвата показывает, что наибольшее его значение достигается вдоль дуги сцепления, т.е. в месте расположения упругого элемента и поэтому были построены кривые зависимости натяжения от времени при в = вх (рис. 11-12).
Как видно, наибольшее значение натяжения достигается в момент остановки лебедки, и ростом коэффициента трения / максимума Т
Т(0,1) = — существенно уменьшаются так например, при / = 0,2 СЯ
величина Т = 13, а при / =0,4 7=4.