Реферат: Ленточный тормоз. Ленточные тормоза


Ленточные тормоза — контрольная работа

Тормоз  ленточный 

Тормоза применяют  для поглощения инерции при остановке  механизма, для постепенного снижения скорости движения перед остановкой и удержания остановленного механизма  в неподвижном состоянии.                                                                                                                                                   В грузоподъемных машинах тормоза  используют также для удержания  поднятого груза на весу и постепенного замедления скорости при его опускании.  Принцип работы тормоза основан  на использовании силы трения, возникающей  от воздействия тормозного усилия между  поверхностями двух деталей, одна из которых жестко связана с затормаживаемым  валом (тормозной шкив, диск), а вторая соединена с корпусом машины (колодка, диск, лента). Сила трения зависит от величины тормозного усилия, нормального  к поверхности трения, и фрикционных  свойств контактных поверхностей.  По  направлению тормозного усилия  относительно оси затормаживаемого вала тормоза разделяют на радиальные (ленточные и колодочные), у которых тормозное усилие направлено по радиусу тормозного шкива, и осевые (дисковые и конусные), у которых тормозное усилие направлено вдоль оси затормаживаемого вала.                                                                                 

 По способу  действия различают нормально-замкнутые  (закрытые) и нормально-открытые  тормоза. Нормально-замкнутые тормоза  постоянно затянуты усилием, действующим  на систему рычагов груза или  пружины, и растормаживаются (при  включении двигателя) при помощи  вспомогательных устройств электромагнитом,  гидротолкателем и др.                                         Нормально-открытые тормоза замыкаются после отключения двигателя машинистом при помощи промежуточных устройств (рычажных, пневматических и гидравлических).                                                                   По способу управления тормоза разделяют на автоматически действующие и управляемые. К автоматически действующим относятся тормоза : центробежные, винтовые грузоопорные, а также с некоторым допущением все нормально-замкнутые тормоза, растормаживание которых осуществляется электромагнитами и гидротолкателями.                                                                                  К управляемым тормозам относятся нормально-открытые тормоза, замыкание которых осуществляется машинистом. Положительным качеством управляемых тормозов является то, что создаваемый ими тормозной момент и время торможения можно регулировать и, следовательно, обеспечивать плавное (постепенное) замедление скорости. Однако своевременность затормаживания находится в полной зависимости от внимания машиниста.

 Механизмы подъема  груза и изменения вылета крюка  грузоподъемных машин с машинным  приводом должны быть снабжены  тормозами нормально-замкнутого  типа, размыкающимися при выключении  привода. 

  Рис. 39. Ленточные тормоза. а — простого действия; б — дифференциальный; в — суммирующий.

 Ленточные тормоза  разделяют на простые, дифференциальные и суммирующие. Простой ленточный тормоз (рис. 39, о) состоит из стальной ленты 2, охватывающей тормозной шкив 3 и прикрепленной одним (набегающим) концом к проушине корпуса машины пальцем 1, а вторым сбегающим концом — к рычагу 8 пальцем 10. К ленте с внутренней стороны прикреплена фрикционная обкладка 4. При нажиме на педаль 7 тормозная лента натягивается и плотно обжимает тормозной шкив. При снятии усилия с педали рычаг приподнимается пружиной 9 и между тормозной лентой и шкивом образуется зазор 1 — 1,5 мм. Правильное положение ленты относительно шкива обеспечивается кожухом 6 и скобами 5. При необходимости уменьшения усилия на педали тормозного рычага применяют дифференциальный ленточный тормоз (рис. 39,6), отличающийся от простого ленточного тормоза тем, что оба конца его тормозной ленты прикрепляются к рычагу с двух сторон относительно оси качания. Натяжение набегающего конца ленты SHa6 создает дополнительный момент на рычаге, совпадающий по направлению с моментом, создаваемым усилием натяжения ленты 5Сб. При неправильном соотношении плеч рычага (рис. 39, а, в) тормоз самозатягивается без приложения дополнительной внешней силы. Так как SНаб=Sсб, то для предотвращения самозатягивания необходимо, чтобы

 

 где е — основание натуральных логарифмов; μ — коэффициент трения между поверхностями; а — угол обхвата тормозного шкива лентой, рад. Обычно принимают а =(2,5÷3) b.                             Простой и дифференциальный ленточные тормоза являются тормозами одностороннего действия и пригодны для механизмов, у которых тормозной момент всегда направлен в одну сторону, например для механизма подъема груза. Для торможения механизмов с тормозным моментом, меняющим направления (механизм поворота, механизм передвижения), применяется суммирующий ленточный тормоз двустороннего действия. У суммирующего тормоза (рис. 39, в) лента двумя концами прикреплена к рычагу по одну сторону оси качания на равном расстоянии (b=а), поэтому тормозной момент натяжения ленты будет одинаковым независимо от направления вращения тормозного шкива. Усилие, прикладываемое к педали суммирующего тормоза, требуется большее, чем при применении тормоза простого действия (при одинаковых условиях). Тормозной момент, развиваемый тормозом, всегда должен быть больше фактического момента на валу тормозного шкива, с учетом коэффициента запаса к. По нормам Госгортехнадзора, для грузоподъёмных машин при легком режиме работы Л = 1,5; среднем — 1,75; тяжелом — 2 и весьма тяжелом — 2,5. При известном тормозном моменте Мторм и диаметре тормозного шкива Dт натяжение набегающего конца ленты

 

и натяжение сбегающего конца ленты 

 

Коэффициент трения асбестовой тормозной ленты по чугуну и стали и = 0,35 — 0,37.                           Усилие G, которое необходимо приложить к педали рычага простого ленточного тормоза:

 

где Qp — масса рычага; 1 — расстояние от оси вращения рычага до центра его тяжести; 1 — расстояние от оси вращения рычага до центра педали. Усилие торможения на педали суммирующего тормоза с равными плечами (а = b):

 

а у дифференциального  тормоза 

Если ленточный  тормоз затормаживается грузом, закрепляемым на конце рычага, а растормаживается — электромагнитом, при определении  силы тяжести груза необходимо учитывать  и силу тяжести якоря.                                                                                                                        Недостатком ленточных тормозов с одной лентой является значительное радиальное усилие, изгибающее вал. Для устранения этого недостатка устраивают ленточные тормоза с двумя лентами, усилия, натяжения которых направлены навстречу друг другу и, следовательно, уравновешиваются.

freepapers.ru

Реферат - Ленточный тормоз - Производство

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

1.3 Элементы ленточного тормоза

2. Патентное исследование

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

3.6 Расчет тормозного момента ленточного тормоза с применением ЭВМ

Общие выводы

Библиографический список

Введение

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

При спуске бурильной колонны развивается большая мощность, и поглощение ее механическими тормозами ограничивается предельно допустимыми температурами, возникающими на поверхностях трения, и возможностью отвода выделяемой теплоты этими тормозами. Предельная температура поверхностей трения обычно ограничивается 500 С. При более высоких температурах резко ухудшаются фрикционные качества тормозных колодок и прочность поверхности шкива. Спуск тяжелых колонн с большой скоростью и резким торможением приводит к тому, что местная температура на поверхностях трения достигает 1000 С и более.

Для выполнения всех требуемых операций в буровых лебедках необходимо предусматривать два вида тормозов: главный тормоз (останова), вспомогательный тормоз, регулирующий скорость спуска и поглощающий часть выделяющейся при этом энергии, и специальный механизм для регулирования скорости подачи долота при бурении. [1]

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

Тормозные шкивы монтируют непосредственно на барабане лебедки, что диктуется требованиями техники безопасности работ при бурении, кроме того, это уменьшает вращающиеся массы промежуточных элементов, что делается с целью улучшения динамических качеств лебедки. В буровых лебедках можно использовать как гидравлические, так и электродинамические вспомогательные тормоза, регулирующие скорость спуска.

Как указывалось выше, главные тормоза в ряде случаев выполняют функции устройства для подачи долота. Эти устройства могут иметь разнообразные конструкции, как воздействующие на основную тормозную систему, так и представляющие собой отдельные механизмы. Следует, однако, учитывать, что главные тормоза рассчитывают на торможение крюка, движущегося со скоростью 1 – 3 м/с и поглощающего при спуске мощность до 10000 кВт, в то время как при подаче бурильной колонны скорости спуска ничтожны (до 0,03 м/с), а мощность соответственно 5 – 30 кВт. Естественно, что один и тот же механизм тормоза не может полностью удовлетворить всем требованиям в столь широком диапазоне мощностей, так как коэффициенты трения при низких скоростях нестабильны; поэтому для бурения в тяжелых условиях целесообразно проектировать лебедки с устройствами, способными осуществлять тонкое регулирование скорости спуска и подачи при проходке.

В качестве главных тормозов буровых лебедок рекомендуют использовать простые ленточные или ленточно-колодочные тормоза. Колодочные тормоза в буровых лебедках не используют из – за громоздкости. Ленточные тормоза дифференциальные и суммарные также не применяют, первые из – за резкого торможения и малого пути растормаживания, вторые из – за того, что они предназначены обычно для двустороннего торможения и не обладают способностью прогрессивного увеличения силы торможения. Требование двустороннего торможения барабана к лебедкам не предъявляют (хотя барабаны вращаются в обе стороны, но натяжение каната всегда имеет одно направление).

Тормоза буровых лебедок поглощают большую мощность, в результате чего выделяется количество теплоты, которое мгновенно нагревает поверхность трения. В связи с этим хороший отвод выделяющейся теплоты при торможении является одним из важнейших качеств тормоза лебедки.

Система водяного охлаждения с камерами, расположенными под тормозными шкивами, имеет ряд недостатков: не устраняется большая разность температур на поверхностях торможения и внутренней поверхности шкива; необходим подвод воды к вращающемуся валу лебедки и отепление системы водоподвода во избежание замерзания зимой. Поэтому системы охлаждения следует проектировать в зависимости от нагруженности тормозов с охлаждением водой или воздухом. [1]

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

По конструктивному выполнению и кинематическим схемам управления ленточные тормоза буровых лебедок выполняются довольно разнообразно, хотя принципиальное устройство тормозов разных конструкций мало отличается друг от друга.

На рисунке 1 приведены различные схемы управления тормозами. Тормоз лебедки, который изображен на рисунке 1а, состоит из двух шкивов, смонтированных на барабане, которые охватываются лентами с колодками. Тормозные ленты соединены одним концом с балансиром, который служит для равномерного распределения тормозного усилия между обеими лентами; другим – коленчатым валом. На коленчатом валу с одной стороны находится тормозной рычаг управления, а одно из его колен соединено с пневматическим цилиндром, увеличивающим тормозное усилие.

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир

Рисунок 1а – Тормоз лебедки, тормозной рычаг которого смонтирован на коленчатом валу

1 – тормозной рычаг; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 тяга

Рисунок 1б – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

/>

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1в – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

/>

1 – тормозной рычаг; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1г – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

Неподвижные концы лент закреплены на балансире, а подвижные, прикрепленные к шейкам коленчатого вала, при повороте его перемещаются, охватывают шкивы и прижимают к ним ленту с колодками, осуществляя тем самым торможение. Управление тормозом производят тормозными рычагами, связанными с подвижными концами лент системой рычагов и коленчатым валом. Этот вал проворачивают либо рычагом, либо поршнем пневматического цилиндра. Управление пневматическим торможением осуществляется рукояткой, находящейся на тормозном рычаге или пульте бурильщика.

Тормозной рычаг должен иметь угол поворота не более 90˚, так как при длине рычага один, два – один, шесть метров рабочий не может перемещать его на больший угол.

На рисунке 1б показана схема тормоза с дистанционным расположением тормозного рычага непосредственным соединением концов ленты к балансиру и коленчатому валу.

Согласно требованиям техники безопасности [2], независимо от расстояния, на котором находится лебедка от поста бурильщика, управление ленточным тормозом должно осуществляться механической системой; другие устройства (пневматические, электрические и т.д.) могут быть только вспомогательными.

На рисунке 1в показаны схемы тормозов также с дистанционным расположением тормозного рычага и креплением концов лент к коленчатому валу и балансиру через башмаки, которые служат для увеличения угла охвата шкивов лентами.

Тормозные системы снабжены дополнительным (аварийным) пневматическим цилиндром, связанным коленчатым валом с серьгой. Этот цилиндр может дополнительно питаться сжатым воздухом из баллона через обратный клапан и действует в случае падения давления сжатого воздуха в сети.

На рисунке 1г приведена схема тормозов с пневматической фиксацией положения тормозного рычага. Фиксация осуществляется поворотом рукоятки тормозного рычага, управляющей клапаном.

На рисунке 2 показан общий вид ленточно – колодочного тормоза с креплением концов лент через башмак и с тормозным рычагом, укрепленным на коленчатом валу. Эти валы выполняются кривошипными или эксцентриковыми. Выбор того или иного типа зависит от мощности тормоза и выбранных соотношений длины рычагов тормозной системы. Различные конструкторы эту задачу решают по-разному.

/>

1 – рукоятка тормозного рычага; 2 – тормозной рычаг; 3 – колодка; 4 – фиксатор рычага; 5 – опора коленчатого вала; 6 – рычаги; 7 – вал коленчатый; 8 пневмоцилиндр; 9 – пружина крепления ленты; 10 – опора балансира; 11 – балансир; 12 – контргайка; 13 – тяга; 14 – крепление ленты; 15 – лента тормозная; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 2 – Общий вид ленточно-колодочного тормоз

Конструкция ленточно-колодочного тормоза показана на рисунке 3.

Преимущество ленточных тормозов – простота их конструкции и прогрессивное увеличение тормозного момента по мере поворота рычага. Что характеризируется зависимостью мощности торможения и перемещения подвижных концов ленты от угла поворота рычага. Конец тормозного рычага согласно правилам Госгортехнадзора [2] при полном торможении должен находиться на расстоянии не менее 0,8 – 0,9 м от пола буровой. Уменьшение хода рычага достигается регулировкой зазора между тормозными колодками лент и поверхностью шкивов. Дистанционное управление тормозов также активно используется. [1]

1.3 Элементы ленточного тормоза

Тормозные рычаги необходимо снабжать запирающимися устройствами, позволяющими бурильщику оставлять тормоз надежно заторможенным, исключающим проскальзывание барабана и самопроизвольное опускание бурильной колонны. Эти устройства выполняют как механическими, так и пневматическими.

--PAGE_BREAK--

Рукоятка управления ленточным тормозом установлена на консоли вала на напряженной посадке. Опорами вала служат два роликоподшипника, закрепленные в корпусах. Корпуса подшипников болтами крепятся к бонкам, которые привариваются к полу буровой.

В средней части вала на шпонке сидит рычаг для подсоединения тяги.

Крышки подшипников имеют лабиринтные уплотнения. Смазка подшипников осуществляется через масленки. [2]

Тормозной шкив, который изображен на рисунке 4, представляет собой стальной литой цилиндрический обод шириной 0,15 – 0,3 м и диаметром до 1,6 м с одной или двумя ребордами, при помощи которых он крепиться к диску барабана лебедки. Реборды служат для увеличения жесткости шкива. Сам шкив изнашивается быстрее, чем барабан, и должен быть сменным.

/>

3 – колодка; 14 – крепление ленты; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 3 – Конструкция ленточно – колодочного тормоза

/>

а – с ребрами жесткости, увеличивающими поверхность теплоотдачи; б – с запрессованным алюминиевым ребристым барабаном; в, г – с камерой для водяного охлаждения; д, е – без устройства для отвода теплоты; 1 – шкив; 2 – реборда барабана лебедки; 3 – охладитель кольцевой; 4 – кожух камеры кольцевого охлаждения; DТ – диаметр шкива тормоза

Рисунок 4 – Конструкции шкивов тормозов

По конструктивному оформлению шкивы тормозов выполняются весьма разнообразно. В большинстве случаях их лучше проектировать литыми. Конструкции с ребрами для воздушного охлаждения, отлитыми за одно целое со шкивом, которые изображены на рисунке 4а, можно проектировать для условий эксплуатации на Севере. Шкивы с вставным литым алюминиевым ребристым барабаном для охлаждения, которые изображены на рисунке 4б, широкого распространения не получили из-за сложности изготовления. Конструкции с камерами охлаждения, изображенными на рисунках 4в, г, можно успешно использовать в лебедках, применяемых в районах с умеренным и жарким климатом при бурении с небольшим числом СПО.

Шкивы менее удачных конструкций без охлаждающих устройств показаны на рисунках 4д, е.

Толщину шкива рассчитывают с учетом его износа, допускаемого 0,4 – 0,5 его толщины. Ширина должна быть на 5 – 10 мм больше ширины тормозных колодок.

Пневмоцилиндр поршневой одностороннего действия включается с подачи воздуха через отверстие в крышке. Под давлением воздуха поршень вместе с направляющим штоком перемещается в гильзе. В направляющем штоке установлен резиновый буфер со сферическим углублением пол головку штока. При включении пневмоцилиндра поршень через резиновый буфер выдвигает шток, который через рычаг поворачивает коленвал на затормаживание. Шток не связан с поршнем, поэтому при отключенном пневмоцилиндре пружина удерживает поршень в исходном положении. Уплотнением поршня служит резиновая манжета, зажатая между поршнем и диском направляющего штока. Войлочные кольца поршня пропитаны маслом и служат для смазывания поверхности трения гильзы.

Направляющей для трубы штока является втулка, установленная в стакане. Смазка поверхности трения втулки производится через масленку.

Шесть шпилек стягивают стакан с крышкой и одновременно крепят цилиндр к сварной стойке, которая на бонках устанавливается на площадке рамы.

Для исключения попадания грязи и воды между штоком и направляющей втулкой пневмоцилиндр закрыт кожухом.

Ленту тормоза выполняют из стальной полосы шириной, равной ширине колодок, толщиной 3 – 4 мм, облицованной с внутренней части тормозными колодками из фрикционного материала, колодки крепят к ленте болтами с потайными головками или стальными лепестками арматуры колодки. К обоим концам полосы приклепывают проушины для осей, соединяющих ленту с балансиром и коленчатым валом.

Для обеспечения одновременной работы обеих лент необходимо отрегулировать их натяжение следующим образом:

пружины оттяжек и роликовые опоры отрегулировать так, чтобы в отторможенном положении колодки не задевали тормозные шкивы;

вывернуть оба болта до соприкосновения колодок с балансиром, выдержав при этом горизонтальное положение балансира;

отсоединить левую ленту, вывернув болт с ушком, затормозить барабан подачей воздуха краном машиниста в пневмоцилиндр давлением 5 – 6,5 кг/см2;

подсоединить левую ленту, отсоединить правую и аналогично обеспечить размер;

после регулировки болты завернуть до упора, подсоединить обе ленты.

Тормозные колодки рекомендуют применять стандартных размеров из различных фрикционных материалов: тканевые, из прессованного асбестового волокна с металлической сеткой или специальных пластмасс и других фрикционных материалов. Материал для изготовления тормозных колодок должен обладать высоким коэффициентом трения (0,4 – 0,5), большой прочностью, теплостойкостью, обеспечивать небольшой износ колодок и тормозного шкива и хороший отвод тепла. [2]

Тормозные колодки могут быть различных типов: твердые прессованные и мягкие тканевые. Имеется также много различных промежуточных типов прессовано-тканевых колодок. Чем больше твердость колодок, тем меньше их износ, но тем быстрее изнашиваются тормозные шайбы. Мягкие тканевые колодки сами изнашиваются быстрее, но при этом износ тормозных шкивов меньше. Коэффициент мягких колодок обычно выше, чем твердых. Для лебедок глубокого бурения наилучшими являются прессованные колодки средней твердости. [2]

Для колодок применяют асбестокаучуковые материалы 6КХ – 1 и ретинакс ФК – 24А, в которой связкой служат фенолформальдегидные смолы. Колодки из ретинакса можно применять при удельной нагрузке 5 – 6 МПа и скорости торможения 50 – 60 м/с. Теплостойкость поверхности этого материала до 1000 ˚С. Твердость ретинакса НВ 33, плотность 2 · 103 кг/м3.

Балансиры служат для равномерного распределения тормозного усилия между двумя лентами и обеспечения равномерности их работы. Без балансирующих устройств тормоза приходилось ба часто регулировать зазор между тормозными колодками и барабаном, однако и это не обеспечивало бы их равномерную нагрузку и происходил бы повышенный износ тормозных колодок шкивов. В буровых лебедках балансиры обязательны.

Балансир представляет собой простую конструкцию в виде стальной литой или сварной балки, прикрепленной в середине осью к раме, на концах балансира смонтированы регулировочные болты, к которым крепятся тормозные ленты. Литые балансиры следует изготовлять из углеродистой стали, сварные из проката.

Механизмы управления тормозами проектируют различных конструкций: с непосредственным или дистанционным управлением, с жесткими механическим связями. Наиболее просты и надежны рычажные механизмы: с рычагом, воздействующим непосредственно на коленчатый вал, с которым соединены тормозные ленты; с рычагом, воздействующим на систему промежуточных рычагов; с рычагом, воздействующим на систему с зубчатыми секторами с переменным передаточным отношением; с рычагом, воздействующим на эксцентрик, который приводит в движение систему рычагов, связанных с тормозными лентами и др.

Во всех этих системах следует стремиться различными конструктивными средствами создать устройство, которое обеспечивало бы в начале торможения при небольшом повороте тормозного рычага большее перемещение тормозных лент и меньший выигрыш в силе. В конце торможения при меньшем перемещении лент больший выигрыш в силе. [1]

2. Патентное исследование

Технический уровень и тенденции развития оборудования для очистки бурового раствора приведены в таблице 1.

Конструкция оборудования рассмотренного в таблице 1, изображена на рисунках 5,6 и 7.

Таблица 1 – Технический уровень и тенденции развития ленточного тормоза

Основные тенденции развития данного вида техники и направление поиска ведущих организаций (фирм)

Источники информации, подтверждающие тенденции и направление развития

Средства реализации тенденции

В объектах ведущих организаций

В объектах разработки

1

2

3

4

Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

/>/>Ленточный тормоз

СССР

Скворцов Д.С., Уманчик Н.П.

а.с. 1087651

22.06.1981

23.04.1984 [4]

СССР

Сурков В.Т.

Харив И.Ю.

а.с. 981572

08.07.1980

15.12.1982 [5]

/>

Известен ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма, содержащий жестко установленный на валу последнего тормозной барабан, охватывающую его гибкую ленту, ветви которой связаны с натяжным устройством, имеющим одну неподвижную опору, расположенную между ветвями.

Однако в этом тормозе ввиду того, что барабан жестко устанавливается на валу испытываемого механизма, необходимо последний устанавливать в пространстве.

Известен ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй соединен с приводным механизмом, затягивающим ленту и удерживающим барабан в неподвижном состоянии.

    продолжение --PAGE_BREAK--

Недостатком данного тормоза является возможность его пробуксовки, что снижает надежность. Однако известный ленточный тормоз кроме низкой надежности из – за пробуксовки имеет еще малую долговечность: происходит быстрый износ рабочего участка ленты.

Известен ленточный тормоз, который, с целью автоматического регулирования тормозного момента в процессе работы снабжен следящим приводом.

Натяжение сбегающего конца ленты и тормозной момент барабана пропорциональны степени сжатия пружины, изменяемой автоматически в зависимости от заданного профиля копиров.

Недостаток указанного ленточного тормоза является нестабильность тормозного момента из – за изменения коэффициента трения между лентой и барабаном и неравномерного износа ленты. Сложное конструктивное исполнение и сложность настройки и регулировки ограничили их широкое применение.

Целью изобретения является обеспечение компенсации погрешностей при установке испытываемого механизма на стенде.

Цель достигается тем, что ленточный тормоз снабжен рамой с двумя опорами качения, установленными с ее внутренней стороны и взаимодействующими с ободом барабана, причем опора натяжного устройства установлена на раме с ее внешней стороны. Кроме того, тормоз для его лучшего охлаждения может быть снабжен закрепленной на раме ванной с охлаждающей жидкостью, в которую погружена часть барабана с лентой.

Благодаря тому, что рама устройства находится в подвешенном состоянии относительно нагружаемого механизма и барабана, обеспечивается компенсация погрешностей установки, возможность получения стабильных нагрузок в длительном режиме и легкость регулировки величины нагрузки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных тормозных устройствах.

Цель изобретения – повышение надежности тормоза.

Указанная цель достигается тем, что ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой, связанной с натяжным устройством, снабжен обоймой и дополнительным барабаном с накладками для прижима ленты, при этом дополнительный барабан жестко закреплен в обойме, последняя соединена с натяжным устройством, а лента выполнена замкнутой.

Целью изобретения является создание конструкции тормоза со стабильным тормозным моментом, на работоспособность которого в процессе торможения не оказывало бы влияние изменение величины коэффициента трения.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточном тормозе натяжное устройство выполнено в виде взаимодействующих между собой рычага, один конец которого шарнирно установлен на основании тормоза, а второй прикреплен к концам набегающей и сбегающей ветвей ленты, и подпружиненного ролика, размещенного в выполненном на основании криволинейном пазу. Кроме того, пружина, поджимающая ролик, вторым концом соединена шарнирно с натяжным узлом.

/>

1 – тормозной барабан; 2 – тормозная лента; 3 – рама; 4 – опора качения; 5 – ветви тормозной ленты; 6 – натяжное устройство; 7 – рычаг; 8 – опора; 9 – винт;10 – опорные выступы; 11 – ванна; 12 упор

Рисунок 5 – Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

/>

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3 – натяжное устройство; 4 – дополнительный барабан; 5 – обойма; 6 накладка

Рисунок 6 – Ленточный тормоз

/>

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3,7 – пружина; 4 – рычаг; 5 – ролик; 6 криволинейный паз; 8 – натяжное устройство

Рисунок 7 – Ленточный тормоз

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Исходя из исходной глубины бурения 4000м выбираем базовую модель ленточного тормоза, используемого в буровой лебедке У2 – 5 5 «Уралмашзавода». Все основные параметры ленточного тормоза сведены в таблицу 2.

В скважину спускают колонны разного веса с различными скоростями. Скорости спуска обеспечиваются вспомогательным и главным тормозами. Торможение при остановке осуществляет только главный тормоз, который поглощает в этот период всю энергию движущейся колонны и связанных с ней частей.

Нагрузки на крюке и усилие в ведущей струне каната при остановке зависит от времени и пути торможения, а также возникающих при этом динамических сил. Так как время торможения ничем не ограничивается и зависит только от оператора, во избежание возникновения чрезмерных динамических нагрузок, которые могут привести к обрыву каната, усилия на тормозных шкивах должны всегда создавать натяжение каната меньше его разрывного усилия в целом RД, Н, т. е. должно соблюдаться условие,

RД > kТ · F ∙ DT∙ z / (DE∙ ηЛ) = РВ МАХ, (1)

где kТ – коэффициент запаса торможения;

F – общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне, кН

При проектировочных приближенных расчетах тормоз лебедки может рассматриваться как простой ленточный тормоз, расчетная схема тормоза приведена на рисунке 6а, в котором гибкая лента с фрикционной накладкой нажимает на тормозной шкив. В этом случае общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне определяется по формуле

F = SHSC, (2)

где SH – натяжение набегающего конца ленты, кН;

SC – натяжение сбегающего конца ленты, кН

F = 25 5 = 20 кН

DT – диаметр тормозного шкива, м,

Таблица 2 – Основные параметры ленточного тормоза буровой лебедки У2 – 5 – 5

Наименование

Размерность

Числовое значение величины

1.Ширина тормозной ленты

м

0,26

2.Диаметр тормозного шкива

м

1,18

3.Ширина колодки

м

0,25

4.Ширина тормозной шайбы

м

0,25

5.Скорость на ободе шкива при торможении

м/с

24

6. Диаметр барабана

м

0,56

7.Коэффициент трения тормозных колодок и шкива

0,55

DT = (1,65 – 2,75) DБ, (3)

DБ – диаметр барабана лебедки, м,

DT = 2,1 ∙ 0,56 = 1,18 м,

z – число тормозных лент;

DE – наибольший диаметр навивки, м;

ηЛ – к. п. д. лебедки;

РВ МАХ – расчетное максимальное усилие в ведущей струне каната, Н,

274 кН > 2∙20∙1,18∙2 / (0,53∙0,9) = 197 кН

Увеличение угла охвата шкива лентой позволяет реализовать требуемый тормозной момент при меньших габаритах тормоза, однако увеличение угла охвата связано с усложнением конструкции системы управления. Наиболее простой она получается при угле охвата шкива лентой около 5 рад. В этом случае возможно непосредственное соединение сбегающих концов тормозных лент с коленчатым валом системы управления. При большем угле охвата становиться необходимым применение шатунов между коленчатым валом и сбегающими концами лент и роликовых упоров, обеспечивающих равномерность зазора между накладками лент и шкивами при растормаживании по всей дуге контакта. В связи с этим лишь четверть лебедок зарубежного производства имеет угол охвата 320 330º, и только 10% их составляют лебедки с 345 350º. [1]

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В буровых лебедках применяют ленточно – колодочные тормоза, в которых вследствие деформации ленты при довольно большой толщине колодок происходят их неравномерные прилегания к поверхности шкива. В ленточно – колодочном тормозе лента нажимает на тормозной шкив через систему отдельных колодок из фрикционного материала. Такие тормоза рассчитывают, подобно ленточным, по формулам трения гибких тел. Однако сила трения в колодочно – ленточном тормозе изменяется не непрерывно, а скачкообразно, поэтому расчетные формулы при ограниченном числе колодок отличаются от формулы Эйлера.

    продолжение --PAGE_BREAK--

При неограниченном возрастании числа колодок выражение для определения силы торможения будет приближаться к уравнению Эйлера.

Расчетная схема ленточно – колодочного тормоза приведена на рисунке 8, удельная нагрузка по длине колодки распределяется неравномерно, как показано на рисунке 9, и тормозной момент, создаваемый отдельной колодкой МН, Н·м

/>, (4)

где RБ – радиус шкива тормоза, м,

RБ = DТ / 2, (5)

RБ = 1,18/2=0,59 м,

φ – угол охвата одной тормозной колодки, рад;

ρ – угол трения, рад;

n – число колодок

/>/>

Полный тормозной момент МТ, Н∙м, создаваемый тормозом на одном шкиве, можно выразить так

/>/>, (6)

/>

а – простой ленточный; б – ленточно – колодчный; 1 – колодка; 2 – шкив; 3 – лента; 4 – рычаг; l – длина рычага; α – угол охвата; r – радиус кривошипа; ψ – угол поворота тормозного рычага; φ – угол охвата одной колодки; βС и βН – угол между сбегающей и набегающей концами ленты и тангенциальной линией; γС и γН – угол приложения тангенциальной силы на сбегающей и набегающей колодках; RБ, RО, RН, RC – радиусы наружных поверхностях барабана, колодок и лент набегающей и сбегающей

Рисунок 8 – Расчетная схема тормоза

/>

а – расчетная схема набегающего конца ленты; б расчетная схема сбегающего конца ленты

Рисунок 9 – Расчетная схема колодки тормоза

/>/>/>

Тангенциальная сила торможения FТ, Н

/>, (7)

/>

В связи с тем, что уточненный расчет ленточно – колодочного тормоза довольно трудоемок, в КБ заводов его рассчитывают на ЭВМ. Для этого исходная информация для расчета заноситься в бланк исходных данных для ЭВМ.

Программа для расчета на машине строиться так, чтобы она выдавала все необходимые величины для сбегающего и набегающего концов ленты. Для анализа действующих нагрузок расчеты ведут для минимальных и максимальных значений коэффициента трения.

При минимальном коэффициенте трения усилия на органах управления тормозом будут максимальные, и они принимаются для расчета элементов на прочность.

Важными параметрами ленточных тормозов являются скорость трения колодки о шкив, удельная нагрузка, от которых зависит ширина тормоза и износ колодок и тормозной поверхности шкива.

Скорость трения на тормозном шкиве UШ, м/

/>, (8)

где uт – кратность полиспаста талевой системы

/>

Наибольшее давление между лентой и тормозным шкивом возникает на поверхности контакта набегающего конца ленты со шкивом, и, постепенно уменьшаясь, оно достигает минимального значения на контакте сбегающего конца ленты со шкивом.

Удельная наибольшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmax, МПа

/>, (9)

где В – ширина ленты тормоза, м,

/>

Удельная наименьшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmin, МПа

/>, (10)

/>

Длина соприкосновения колодок со шкивом L, м

/>, (11)

/>

Площадь поверхности трения ПТР, м2

/>, (13)

/>

Средняя удельная нагрузка ρср, МПа

/>, (14)

/>

Допускаемое максимальное значение ρср зависит от свойства выбранных материалов шкивов и колодок тормозных лент. Для наиболее широко используемых в настоящее время материалов 0,1≤ ρср ≤ 0,7 МПа. Более высокие удельные нагрузки ускоряют износ тормозных колодок и снижают долговечность тормоза.

Мощность торможения NT, кВт

/>, (15)

где µ – коэффициент трения тормозных колодок и шкива;

υш – скорость на ободе шкива при торможении, м/с

/>, (16)

ni – частота вращения барабана лебедки при торможении, об/мин

/>

/>

Секундная удельная мощность трения при торможении NУД, кВт/м2

/>, (17)

/>

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В ленточных тормозах буровых лебедок набегающий корец ленты необходимо прикреплять к балансиру лебедки, а подвижный к коленчатому валу, на который действует только сила натяжения сбегающего конца ленты, создающая на нем момент МТ, кН·м. Этот момент уравновешивается моментом, создаваемый силой, прикладываемой к тормозному рычагу, и моментом, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра, т. е.

/>, (18)

где r – радиус кривошипа от неподвижного шарнира до точки крепления к подвижному концу ленты, м;

ψ – угол поворота коленчатого вала, град.

    продолжение --PAGE_BREAK--

/>

Подвижный конец ленты в момент полного торможения должен быть расположен под углом к оси кривошипа близким к 90º.

Усилие на тормозной рукоятке РР при отсутствии момента, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра

/>, (19)

где β2 – угол между осью рычага и лентой, град;

η – к. п. д. рычажной системы;

l – длина тормоза рычага, м;

β1 – угол между сбегающим концом ленты и осью кривошипа

/>

Путь торможения на ободе шкива тормоза h0, м

/>, (20)

где hК – путь, проходимый крюком при торможении во время спуска, м,

/>, (21)

υск – скорость спуска в начальный момент торможения, м/с,

/>,

/>

Для приближенных расчетов может быть принят прямолинейный закон изменения скорости при торможении, тогда время торможения tT, с,

/>, (22)

/>

Поскольку момент, развиваемый тормозом, зависит от усилия, приложенного к тормозному рычагу и пневмоусилителю, на которые воздействует оператор, время торможения может изменяться в широких пределах. При резком торможении в подъемной системе могут создаваться большие динамические нагрузки, поэтому в буровых лебедках, рассчитанных на канаты определенного диаметра, нельзя произвольно применять канат меньшего или большего диаметра. В первом случае канат может быть оборван при резком торможении даже при правильном выборе его диаметра по статической нагрузке. Во втором случае увеличиться путь торможения из – за недостаточного тормозного момента, хотя прочность каната будет соответствовать расчетной нагрузке. [1]

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

При спуске бурильной колонны в процессе проводки скважин выделяется значительное количество энергии, которая должна поглощаться тормозной системой буровой лебедки. При торможении эта энергия превращается в теплоту, которая вызывает сильный нагрев тормозных колодок и шкивов и приводит к их быстрому изнашиванию. Одновременно с повышением температуры тормозных шкивов и колодок уменьшается коэффициент трения, что заставляет бурильщика увеличивать усилие на тормозном рычаге и тем самым повышать нагрузку на колодки, что ускоряет их износ.

При эксплуатации буровых лебедок без регулирующего тормоза тормозные колодки иногда срабатывают в течение одного – двух спусков бурильной колонны.

В процессе спуска происходит постоянное чередование периодов торможения и спусков колонны, периодов подъема ненагруженного элеватора и периодов пауз, причем вес спускаемой колонны за каждый цикл увеличивается на вес одной свечи

Главные тормоза рассчитывают на нагрев по количеству выделяемой теплоты при спуске на длину свечи колонны наибольшего веса. Меньший вес бурильной колонны в предыдущий момент спуска в расчете не учитывают.

Количество работы А, кДж, которая должна поглотить тормозная система при спуске колонны на длину одной свечи

/>, (23)

где Рвус – натяжение ведущей струны при спуске, Н;

lс – длина свечи, м

/>

Так как величины коэффициентов теплоотдачи приведены к единице времени 1с, условно можно принимать, что количество выделяемого в тормозе тепла QE, кВт/ч

/>, (24)

где z – число свечей, спускаемых за один час

/>

При установившемся тепловом состоянии вся выделяемая теплота во время торможения отдается в окружающую среду и воде, подаваемой для охлаждения, т.е должно выполняться равенство

/>, (25)

где Qот – теплота, отдаваемая в окружающую среду и воде, кВт/ч

/>, (26)

Q1 – количество излучаемой теплоты, кВт/ч

/>, (27)

с1 – коэффициент излучения от поверхности тормозного шкива

с2 – коэффициент излучения от шероховатых поверхностей;

П1, П2 – площади поверхности шкива, излучающие теплоту, м2;

t1 – температура нагрева шкива, град.;

t2 – температура окружающей среды, град.

/>,

Q2 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающих ся шкивах, кВт/ч

/>, (28)

с3 – коэффициент теплоотдачи от неподвижного шкива воздуху;

П3 – площадь поверхности шкива, отводящей теплоту конвекцией, м2;

t3 – температура отводимой воды, град.;

ПВ – относительная продолжительность включения

/>

Q3 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающихся шкивах

/>, (29)

Σfi – площадь боковых кольцевых поверхностей шкивов, м2;

с4 – коэффициент теплоотдачи кольцевых поверхностей

/>,

Q4 – количество теплоты, отводимой водой охлаждения, кВт/ч

/>, (30)

с5 – коэффициент теплоотдачи от тормозных шкивов к воде;

П4 – площадь поверхности шкива, омываемой водой, м2,

/>,

Q5 – теплота, которая рассеивается на поверхности тормоза кВт/ч

/>, (31)

/>,

/>

993,6 = 993,6

Условие равенства выполняется

    продолжение --PAGE_BREAK--

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Тормозные ленты изготавливают из стали 50.

Напряжение растяжения в сечении ленты σЛ, МПа, определяем по формуле

/>, (32)

гдеS – площадь сечения ленты, м2

/>, (33)

δ – толщина ленты, м;

zo – число отверстий;

do – диаметр отверстия, м

/>

/>/>

При обрыве одной ленты тормозной момент передается на другую ленту, которая должна обеспечить торможение опускаемой колонны. В этом случае рассчитывается максимальное напряжение растяжения σмах, МПа,

/>, (34)

/>

Для стали 50 напряжение вполне допустимо.

Конец ленты закреплен 12 заклепками, работающими на двойной срез. Натяжение среза в заклепках

/>, (35)

где SН1 – натяжение набегающего конца одной ленты, МН

/>, (36)

/>

n – число заклепок;

dЗ – диаметр заклепок, м

/>

Полученный результат значительно меньше допустимого.

Общие выводы

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

Конструкции ленточных тормозов должны отвечать своим основным параметрам в зависимости от требуемого тормозного момента выбирают ее типоразмер. В настоящее время ведутся разработки их конструкций с целью совершенствования, упрощения конструкции и повышения долговечности.

Техническое обслуживание, ремонт и монтаж должны быть экономными, выполняться в короткие сроки. При преждевременном выходе ленточного тормоза из строя прекращаются все бурильные работы. Поэтому выбор типа ленточного тормоза является делом исключительно ответственным.

Библиографический список

Ильский А.Л. Буровые машины и механизмы: Учебник для техникумов. 2е изд., перераб. и доп.М.: Недра, 1980. 391 с.

Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988. 501 с: ил.

Аванесов В.А., Смолина А.К., Москалева Е.М. Расчеты буровых машин и комплексов с применением ЭВМ: Учебное пособие. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1989. 134 с.

А.с. 1087651 СССР, МКИ3 Е 21 В 21/06. Ленточный тормоз / Скворцов Д.С., Уманчик Н.П. (СССР). N 3306561/2203; Заявлено 22.06.1981; Опубл. 23.04.1984; Бюл. № 15

А.с. 981572 СССР, МКИ3 Е 21/06. Ленточный тормоз / Сурков В.Т., Харив И.Ю. (СССР). N 2978319/2203; Заявлено 08.07.1980; Опубл. 15.12.1982; Бюл. № 46

6. А.с. 949277 СССР, МКИ3F16К3/06. Ленточный тормоз / Е.А. Кузьмин, П.Н. Смирнов. (СССР).№2566019/2508; Заявлено 04.01.78; Опубл. 21.06.85; Бюл. №42.

www.ronl.ru

Тормоз ленточный - Справочник химика 21

Рис. 46. Углы видимости и пределы досягаемости рук при трудовой деятельности бурильщика в горизонтальной плоскости Я 120 —оптимальный угол обзора на рабочем месте при фиксированном положении головы 210° — оптимальный угол обзора при поворотах головы 297° — действительный угол обзора в вертикальной плоскости 36 — оптимальный угол обзора на рабочем месте (39° — верх 47° —вниз) 163° — действительный угол обзора / — рукоятка вспомогательной лебедки 2 —рычаг ленточного тормоза 5 — пульт управления лебедкой 4 пульт управления АКБ 5 — рабочее место бурильщика 6 — конец подсвечника 7—центр ротора
    Привод центрифуг — от электродвигателя через клиноременную передачу. Тормоз — ленточный автоматический, инерционного типа. [c.626]

    Тормоза ленточные, пружинные делаются двух типов. Первый тип применяется преимущественно в тех случах, когда тормоз сидит на валу ниже подвески. Схема такого тормоза дана на фиг. 40. [c.74]

    Тормоз Ленточно-колодочный  [c.172]

    Электролебедки подразделяют на реверсивные и фрикционные. Реверсивные электролебедки имеют постоянную кинематическую связь барабана лебедки с двигателем. У фрикционных электролебедок барабан можно отключить от электродвигателя и регулировать скорость опускания груза ленточным тормозом (фрикционные электролебедки при такелажных работах обычно не применяют). [c.37]

    При торможении барабана основной лебедки рабочая поза неустойчива (проекция центра тяжести не попадает в площадь опоры) (см. рис. 44,(3). Угол наклона корпуса (17°) превышает оптимальный для работы мышц тазобедренного сочленения на 7°. Действие по торможению барабана лебедки профессионал выполняет с показателем трудности позы тб=1,8. Усилия, прилагаемые оператором к рычагу ленточного тормоза, составляют 30 кгс при норме 5 кгс статические нагрузки на мышцы рук и плеч равны 180 кгс (табл. 17). В составе труда бурильщика это действие 172 [c.172]

    Ручные лебедки должны иметь двойное тормозное устройство, состоящее из храпового и ленточного тормозов. [c.817]

    Передний мост — ведущий привод — от электродвигателя тормозная система — с механическим приводом тормоз — ленточный. Механизм поворота тележки передает управление на передние и задние колеса одновременно, снижая разницу между внутренним и наружным радиусами поворота, что существенно повышает маневренность. Подъем платформы осуществляется через редуктор, механизм кулисный. [c.175]

    Ленточный тормоз (рис. 6-11) удерживает электрод навесу, а также позволяет осуществлять перепуск его беэ-выключения печи. [c.148]

    Остановка ротора при выключенном электродвигателе ускоряется тормозом, который должен быть соответствующим образом отрегулирован. В большинстве случаев применяют ленточные тормоза с пружинным приводом тормозная лента обхватывает тор- [c.271]

    Обмоточные машины. Схема обмоточной машины представлена на рис. 17.5, а. Машина состоит из двух обмоточных головок 9, подающего 14, промазочного 13 и отборочного 1 устройств, центрирующих люнетов, привода, рамы и других устройств. Обмоточная головка служит для обмотки рукава прорезиненной лентой под углом 54° 44 к оси рукава и состоит из вращающейся планшайбы Р, на подвижной втулке 7 которой устанавливается центральная катушка 2 с прорезиненной лентой из ткани. Втулка 7 имеет тормоз 8 для создания требуемого натяжения ленты. Планшайба приводится во вращение от привода с бесступенчатым регулированием частоты вращения и может отключаться от привода кулачковой муфтой (на рисунке не показано). Ленточный тормоз 10 позволяет быстро остановить планшайбу. Две обмоточные головки навивают тканевые ленты в противоположных направлениях на рукав, движущийся с помощью подающего 14 и отборочного 1 устройств с тянущими механизмами гусеничного типа. В устройстве 13 для смазки поверхности камеры имеется диафрагма, внутри которой циркулирует смазка. Тканевая лента 4 проходит через направляющий 5 и отклоняющий 6 штифты. [c.345]

    Отмечено, что все наиболее ответственные органы управления (штурвал регулирования частоты вращения двигателей, рукоятки пневматических кранов ротора, пневмораспределителя, самой буровой лебедки, крана переключения скоростей подъема талевого блока, рычаг ленточного тормоза) расположены за пределами оптимальной моторной зоны, где оператор не имеет возможности выполнять моторные действия быстро, точно и надежно [26, 38, 48]. [c.181]

    При оценке соответствия расположения рукоятки стопора ленточного тормоза, рычагов управления АКБ-3 и фрикционной катушкой, рычагов переключения скоростей лебедки эргономическим нормативам выявились существенные эргономические недостатки. Характеризуя одновременно антропометрическое, биомеханическое и психофизиологическое рассогласование человека с элементами рабочего места, указанные недостатки по существу исключают условия эффективной и безопасной деятельности бурильщика и его помощников. Устранение этих недостатков позволит значительно повысить эффективность и безопасность функционирования всего сложного биотехнического комплекса. [c.183]

    Нерациональное соотношение между сенсорными и моторными полями, характерное для информационной модели буровой установки Уралмаш-ЗД, значительно увеличивает траекторию шага информационного поиска (рис. 53) особенно это отмечается при переключении внимания с индикатора веса Я19 (на рис. 52 не показан) на рукоятку ленточного тормоза барабана 13 лебедки, с сигнала верхнего рабочего Я23 (рис. 53) на работу рукояткой переключения скоростей 5 лебедки и т. д. [c.197]

    Основной деталью системы является несущий цилиндр 6, к которому крепятся все остальные детали, в частности подвешиваются щеки 2 и кольцо электрододержателя 3, а в верхней части его крепятся ленточные тормоза 9. [c.145]

    К защитным устройствам относятся также тормоза. Условия их применения разнообразны часто выключения двигателя недостаточно для остановки движущихся частей механизма и необходимо дополнительное торможение в других случаях тормоз ожет быть использован как своеобразный регулятор движения, например, в процессе поднятия груза грузоподъемным устрой-сгвом в центрифугах тормоза устраняют вибрацию при больщой скорости вращения барабана и т. п. Тормоза бывают колодочными или ленточными, но наиболее надежно электродинамиче-счое торможение непосредственно электродвигателем, обеспечивающим больший тормозной момент, чем у тормозов, основан-]1ых на трении. [c.370]

    Система электрододержателя отличается от ранее применявшейся в основном гидравлическим прижимом щек, создающим возможность дистанционного управления прижимом, что очень важно. Однако общая схема и оформление конструкции остались теми же, что и при винтовом прижиме щек. Устройства же подвески, перепуска и передвижения электрода здесь существенно отличаются от рассмотренной выше системы с ленточными тормозами. [c.171]

    Центрифуга ОВБ (рис. 11.2) имеет ротор 1, закрепленный на верхней части вертикального опорного вала 2, вращающегося в подшипниках 3. Последние расположены в корпусе 5 опоры подшипников. Предохранительное устройство 6 позволяет обезопасить обслуживание центрифуги для этого ленточный тормоз 10, пусковое устройство 7, крышка 4 кожуха соединены в сблокированную систему. Ротор центрифуги вращается от электродвигателя 8 через ведущий шкив 9, клиноременную передачу, ведомый шкив И и вал 2. Корпус подшипников опирается на станину 12, закрепленную на несущей плите 13. В осадительных центрифугах фугат удаляется [c.323]

    Центрифуги укомплектованы также механическим ленточным тормозом, расположенным в корпусе головки привода. Ротор центрифуги закрыт кожухом 6, состоящим из верхней и нижней частей. Кожух является сборником фильтрата, который отводится через штуцер, расположенный в днище его нижней части. Для раздельного отвода из кожуха фугата и промывной жидкости к штуцеру присоединен сегрегатор. [c.605]

    Общий конструктивный признак центрифуг типа ТВ (рис. 40) — вертикальное расположение оси ротора 3, вал 4 которого опирается на подшипники качения, расположенные в корпусе привода 2. Станина центрифуги подвешена на трех тягах с шаровыми шарнирами и пружинами в колоннах /, установленных на фундаментной плите 6, что позволяет валу ротора самоустанавливаться и уменьшает динамическую нагрузку на подшипники при возникновении дисбаланса. Привод центрифуг типа ТВ — от электродвигателя 5 через клиноременную передачу. Центрифуги имеют ленточный пружинный тормоз 7, сблокированный с электродвигателем. Блокирующее устройство автоматически тормозит ротор при выключении электродвигателя, а при включении — автоматически растормаживает, не допускает также открывания крышки при включенном [c.131]

    Тормозные устройства систем аварийного останова вальцев служат для поглощения кинетической энергии движущихся частей машины в период ее остановки. В валковых машинах применяются двухколодочные и ленточные тормоза. [c.131]

    II — II, на которых расположены распределительные муфты, вал имеет по четыре радиальных отверстия. Через эти отверстия поступает и выходит масло, давлением которого перемещается порщень штока толкателя. В сечении III — III имеется продольная щель по этой щели перемещается ползун. Шток 4 толкателя перемещается по кольцам 5 и б, из которых первое снабжено уплотнением, фланец 2 является тормозным шкивом центрифуги. Тормоз ленточный, ручной служит лишь при необходимости быстрой остановки машины в случае аварии. [c.127]

    Применяемые ранее (и частично до сего времени) центрифуги периодического действия с ручной выгрузкой осадка имели, ( ак правило, блокировку, допускающую открывание крыш ки барабана только при полной остановке центрифуги и пуск ее только при закрытой крышке, а также были снабжены ленточними тормозами. В современных центрифугах осадок удаляете непрерывно, обеспечена высокая степень герметизации торговыми уплотнениями и гидравлическими затворами, имеются блокировки, допускающие пуск только при закрытой крышке применяются тормозные системы для нормальной и аварийной остановки, а также автоматически действующая [c.347]

    В современных печах вместо ленточного тормоза Висдома для перепуска электродов применяют пневматическое (или гидравлическое) устройство, принципиальная схема которого показана на рис. 51. На этом рисунке [c.121]

    Центрифуга снабжена цилиндрическим сварным барабаном, состоящим из ступицы 1, днища 2, дырчатой обечайки 3 и бортового кольца (закраины) 4. К обечайке изнутри крепятся сетка п фильтровальная ткань. Барабан закрыт кожухом 5 и крышкой 6 с отверстием 7 для трубы ввода суспензии, с приводом 8 ленточного тормоза 9, с блокировкой 10 Mi.ll, не допускающей открыть крышку при вращающемся барабане и включить электродвигатель 15 нри открытой крышке. Барабан с валом и подшипниками, а таюке кожух с крышкой смонтированы на литой станине 13 со штуцером 14 для отвода фильтрата. Станина 13 подвешена на трех литых колонках 12, уста-новленпых на общей опорной плите, при помощи трех тяг 16 сполу-шаровыми головками. Натягах насажены сжатые спиральные пружины, гасящие вибрацию барабана. Передача клиноременпая. [c.367]

    Производить осмотр кранов перед выпуском их на линию и обеспечить устранение обнаруженных неисправностей при этом должно быть обращено особое внимание на состояние постоянно замкнутых ленточных тормозов механизмов подъема и изменения вылета стрелы (отсутств7 е трещин в ленте и собачках, исправность и надежность креплений, отсутствие масла на шкиве и т. п.), осмотр которых (при разборке) с помощью лупы должен производиться не реже одного раза в 10 дней. Результаты осмотра должны отмечаться в журнале. [c.88]

    Оптимальный угол зрения располагается на 10° выше и на 30 " ниже оси зрения. При этом в горизонтальной плоскости оператор фиксирует сферу, равную 90°. При движении головы поле обзора увеличивается на угол, равный углу повотора головы. Пределы поворота головы, не вызывающие большого напряжения мышц шеи, равны 45° в горизонтальной и 30° в вертикальной плоскостях. Угол по горизонтали 124° составляет пределы досягаемости рук и обзора впереди работающего. За пределом досягаемости обзор возможен только при движении глаз и головы. Исследование рабочих зон в пространственно-горизонтальной структуре рабочего места бурильщика выявило, что ручка рычага ленточного тормоза находится в зоне А1 (рис. 57), т. е. в границах наиболее важных и часто используемых органов управления штурвал частоты вращения дизелей находится в зоне С — в зоне редко используемых органов управления, в пределах максимальной досягаемости, обзор возможен только при движении глаз и головы кран тихой скорости лебедки, пневмораскрепитель, кран включения ротора, кран муфты высшей скорости лебедки располагаются за пределами досягаемости и обзора из исходного рабочего положения. Особенно в неблагоприятных условиях находится пульт управления АКБ-3 (имеющий вторую значимость в иерархической структуре управления). Для манипулирования рукоятками этого пульта бурильщик вынужден перемещаться по буровой. [c.211]

    Наиболее работоспособным на всех мощных печах показал себя электрододержатель, у которого подвод тока к электроду осуществляется через контактные щеки, а сам электрод удерживается на весу специальным устройством — ленточным или гидравлическим тормозом. Для рассматриваемых печей применяют непрерывные самоспекающиеся электроды диаметром 700— 1 100 мм. Непрерывными их называют потому, что их наращивают без снятия с печи [c.145]

    На рис. 6-9 представлена система электрододержателя в сборе с ленточными тормозами и самоспекающимся электродом. [c.145]

    Для обеспечения безопасности работы на вальцах имеется механизм аварийного останова. Он состоит из четырех стоек, между каждыми двумя из которых имеются тросики или штанги, параллельные осям валков вальцев. Один конец каждого тросика закреплен неподвижно, а второй соединен с конечным выключателем. При нажатии на тросик (штангу) происходит отключение электродвигателя, торможение и автоматический останов вальцев. Торможение индивидуальных и сдвоенных вальцев производится при помош,и колодочного или ленточного тормоза, торможение вальцев с групповыми приво- [c.130]

    Производительность машины 30 м /ч плотной древесины, ус тановленная мощность электродвигателя 400 кВт, частота вращения барабана 5 с Машина снабжена ручным ленточным тормозом и гидроприводами для поворота крышки и для перемещения колосниковых решеток [c.271]

    Для перепуска электрода в процессе работы печи (под током) в ряде печей применяют ленточный тормоз Висдома, позволяющий плавно опустить электрод внутри несущего цилиндра при некотором ослаблении давления на контактные щеки. [c.121]

    Быстродействующие тормозы для остановки вала ротора могут быть электромагнитными, ленточными или многоколодочными с гидравлическим прижимом. Они должны равномерно и плавно замедлять вращение и не допускать неравномерного нажима или перекоса. [c.439]

chem21.info

Курсовая на тему Ленточный тормоз

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

1.3 Элементы ленточного тормоза

2. Патентное исследование

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

3.6 Расчет тормозного момента ленточного тормоза с применением ЭВМ

Общие выводы

Библиографический список

Введение

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

При спуске бурильной колонны развивается большая мощность, и поглощение ее механическими тормозами ограничивается предельно допустимыми температурами, возникающими на поверхностях трения, и возможностью отвода выделяемой теплоты этими тормозами. Предельная температура поверхностей трения обычно ограничивается 500 С. При более высоких температурах резко ухудшаются фрикционные качества тормозных колодок и прочность поверхности шкива. Спуск тяжелых колонн с большой скоростью и резким торможением приводит к тому, что местная температура на поверхностях трения достигает 1000 С и более.

Для выполнения всех требуемых операций в буровых лебедках необходимо предусматривать два вида тормозов: главный тормоз (останова), вспомогательный тормоз, регулирующий скорость спуска и поглощающий часть выделяющейся при этом энергии, и специальный механизм для регулирования скорости подачи долота при бурении. [1]

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

Тормозные шкивы монтируют непосредственно на барабане лебедки, что диктуется требованиями техники безопасности работ при бурении, кроме того, это уменьшает вращающиеся массы промежуточных элементов, что делается с целью улучшения динамических качеств лебедки. В буровых лебедках можно использовать как гидравлические, так и электродинамические вспомогательные тормоза, регулирующие скорость спуска.

Как указывалось выше, главные тормоза в ряде случаев выполняют функции устройства для подачи долота. Эти устройства могут иметь разнообразные конструкции, как воздействующие на основную тормозную систему, так и представляющие собой отдельные механизмы. Следует, однако, учитывать, что главные тормоза рассчитывают на торможение крюка, движущегося со скоростью 1 – 3 м/с и поглощающего при спуске мощность до 10000 кВт, в то время как при подаче бурильной колонны скорости спуска ничтожны (до 0,03 м/с), а мощность соответственно 5 – 30 кВт. Естественно, что один и тот же механизм тормоза не может полностью удовлетворить всем требованиям в столь широком диапазоне мощностей, так как коэффициенты трения при низких скоростях нестабильны; поэтому для бурения в тяжелых условиях целесообразно проектировать лебедки с устройствами, способными осуществлять тонкое регулирование скорости спуска и подачи при проходке.

В качестве главных тормозов буровых лебедок рекомендуют использовать простые ленточные или ленточно-колодочные тормоза. Колодочные тормоза в буровых лебедках не используют из – за громоздкости. Ленточные тормоза дифференциальные и суммарные также не применяют, первые из – за резкого торможения и малого пути растормаживания, вторые из – за того, что они предназначены обычно для двустороннего торможения и не обладают способностью прогрессивного увеличения силы торможения. Требование двустороннего торможения барабана к лебедкам не предъявляют (хотя барабаны вращаются в обе стороны, но натяжение каната всегда имеет одно направление).

Тормоза буровых лебедок поглощают большую мощность, в результате чего выделяется количество теплоты, которое мгновенно нагревает поверхность трения. В связи с этим хороший отвод выделяющейся теплоты при торможении является одним из важнейших качеств тормоза лебедки.

Система водяного охлаждения с камерами, расположенными под тормозными шкивами, имеет ряд недостатков: не устраняется большая разность температур на поверхностях торможения и внутренней поверхности шкива; необходим подвод воды к вращающемуся валу лебедки и отепление системы водоподвода во избежание замерзания зимой. Поэтому системы охлаждения следует проектировать в зависимости от нагруженности тормозов с охлаждением водой или воздухом. [1]

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

По конструктивному выполнению и кинематическим схемам управления ленточные тормоза буровых лебедок выполняются довольно разнообразно, хотя принципиальное устройство тормозов разных конструкций мало отличается друг от друга.

На рисунке 1 приведены различные схемы управления тормозами. Тормоз лебедки, который изображен на рисунке 1а, состоит из двух шкивов, смонтированных на барабане, которые охватываются лентами с колодками. Тормозные ленты соединены одним концом с балансиром, который служит для равномерного распределения тормозного усилия между обеими лентами; другим – коленчатым валом. На коленчатом валу с одной стороны находится тормозной рычаг управления, а одно из его колен соединено с пневматическим цилиндром, увеличивающим тормозное усилие.

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир

Рисунок 1а – Тормоз лебедки, тормозной рычаг которого смонтирован на коленчатом валу

1 – тормозной рычаг; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 тяга

Рисунок 1б – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1в – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

1 – тормозной рычаг; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1г – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

Неподвижные концы лент закреплены на балансире, а подвижные, прикрепленные к шейкам коленчатого вала, при повороте его перемещаются, охватывают шкивы и прижимают к ним ленту с колодками, осуществляя тем самым торможение. Управление тормозом производят тормозными рычагами, связанными с подвижными концами лент системой рычагов и коленчатым валом. Этот вал проворачивают либо рычагом, либо поршнем пневматического цилиндра. Управление пневматическим торможением осуществляется рукояткой, находящейся на тормозном рычаге или пульте бурильщика.

Тормозной рычаг должен иметь угол поворота не более 90˚, так как при длине рычага один, два – один, шесть метров рабочий не может перемещать его на больший угол.

На рисунке 1б показана схема тормоза с дистанционным расположением тормозного рычага непосредственным соединением концов ленты к балансиру и коленчатому валу.

Согласно требованиям техники безопасности [2], независимо от расстояния, на котором находится лебедка от поста бурильщика, управление ленточным тормозом должно осуществляться механической системой; другие устройства (пневматические, электрические и т.д.) могут быть только вспомогательными.

На рисунке 1в показаны схемы тормозов также с дистанционным расположением тормозного рычага и креплением концов лент к коленчатому валу и балансиру через башмаки, которые служат для увеличения угла охвата шкивов лентами.

Тормозные системы снабжены дополнительным (аварийным) пневматическим цилиндром, связанным коленчатым валом с серьгой. Этот цилиндр может дополнительно питаться сжатым воздухом из баллона через обратный клапан и действует в случае падения давления сжатого воздуха в сети.

На рисунке 1г приведена схема тормозов с пневматической фиксацией положения тормозного рычага. Фиксация осуществляется поворотом рукоятки тормозного рычага, управляющей клапаном.

На рисунке 2 показан общий вид ленточно – колодочного тормоза с креплением концов лент через башмак и с тормозным рычагом, укрепленным на коленчатом валу. Эти валы выполняются кривошипными или эксцентриковыми. Выбор того или иного типа зависит от мощности тормоза и выбранных соотношений длины рычагов тормозной системы. Различные конструкторы эту задачу решают по-разному.

1 – рукоятка тормозного рычага; 2 – тормозной рычаг; 3 – колодка; 4 – фиксатор рычага; 5 – опора коленчатого вала; 6 – рычаги; 7 – вал коленчатый; 8 пневмоцилиндр; 9 – пружина крепления ленты; 10 – опора балансира; 11 – балансир; 12 – контргайка; 13 – тяга; 14 – крепление ленты; 15 – лента тормозная; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 2 – Общий вид ленточно-колодочного тормоз

Конструкция ленточно-колодочного тормоза показана на рисунке 3.

Преимущество ленточных тормозов – простота их конструкции и прогрессивное увеличение тормозного момента по мере поворота рычага. Что характеризируется зависимостью мощности торможения и перемещения подвижных концов ленты от угла поворота рычага. Конец тормозного рычага согласно правилам Госгортехнадзора [2] при полном торможении должен находиться на расстоянии не менее 0,8 – 0,9 м от пола буровой. Уменьшение хода рычага достигается регулировкой зазора между тормозными колодками лент и поверхностью шкивов. Дистанционное управление тормозов также активно используется. [1]

1.3 Элементы ленточного тормоза

Тормозные рычаги необходимо снабжать запирающимися устройствами, позволяющими бурильщику оставлять тормоз надежно заторможенным, исключающим проскальзывание барабана и самопроизвольное опускание бурильной колонны. Эти устройства выполняют как механическими, так и пневматическими.

Рукоятка управления ленточным тормозом установлена на консоли вала на напряженной посадке. Опорами вала служат два роликоподшипника, закрепленные в корпусах. Корпуса подшипников болтами крепятся к бонкам, которые привариваются к полу буровой.

В средней части вала на шпонке сидит рычаг для подсоединения тяги.

Крышки подшипников имеют лабиринтные уплотнения. Смазка подшипников осуществляется через масленки. [2]

Тормозной шкив, который изображен на рисунке 4, представляет собой стальной литой цилиндрический обод шириной 0,15 – 0,3 м и диаметром до 1,6 м с одной или двумя ребордами, при помощи которых он крепиться к диску барабана лебедки. Реборды служат для увеличения жесткости шкива. Сам шкив изнашивается быстрее, чем барабан, и должен быть сменным.

3 – колодка; 14 – крепление ленты; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 3 – Конструкция ленточно – колодочного тормоза

а – с ребрами жесткости, увеличивающими поверхность теплоотдачи; б – с запрессованным алюминиевым ребристым барабаном; в, г – с камерой для водяного охлаждения; д, е – без устройства для отвода теплоты; 1 – шкив; 2 – реборда барабана лебедки; 3 – охладитель кольцевой; 4 – кожух камеры кольцевого охлаждения; DТ – диаметр шкива тормоза

Рисунок 4 – Конструкции шкивов тормозов

По конструктивному оформлению шкивы тормозов выполняются весьма разнообразно. В большинстве случаях их лучше проектировать литыми. Конструкции с ребрами для воздушного охлаждения, отлитыми за одно целое со шкивом, которые изображены на рисунке 4а, можно проектировать для условий эксплуатации на Севере. Шкивы с вставным литым алюминиевым ребристым барабаном для охлаждения, которые изображены на рисунке 4б, широкого распространения не получили из-за сложности изготовления. Конструкции с камерами охлаждения, изображенными на рисунках 4в, г, можно успешно использовать в лебедках, применяемых в районах с умеренным и жарким климатом при бурении с небольшим числом СПО.

Шкивы менее удачных конструкций без охлаждающих устройств показаны на рисунках 4д, е.

Толщину шкива рассчитывают с учетом его износа, допускаемого 0,4 – 0,5 его толщины. Ширина должна быть на 5 – 10 мм больше ширины тормозных колодок.

Пневмоцилиндр поршневой одностороннего действия включается с подачи воздуха через отверстие в крышке. Под давлением воздуха поршень вместе с направляющим штоком перемещается в гильзе. В направляющем штоке установлен резиновый буфер со сферическим углублением пол головку штока. При включении пневмоцилиндра поршень через резиновый буфер выдвигает шток, который через рычаг поворачивает коленвал на затормаживание. Шток не связан с поршнем, поэтому при отключенном пневмоцилиндре пружина удерживает поршень в исходном положении. Уплотнением поршня служит резиновая манжета, зажатая между поршнем и диском направляющего штока. Войлочные кольца поршня пропитаны маслом и служат для смазывания поверхности трения гильзы.

Направляющей для трубы штока является втулка, установленная в стакане. Смазка поверхности трения втулки производится через масленку.

Шесть шпилек стягивают стакан с крышкой и одновременно крепят цилиндр к сварной стойке, которая на бонках устанавливается на площадке рамы.

Для исключения попадания грязи и воды между штоком и направляющей втулкой пневмоцилиндр закрыт кожухом.

Ленту тормоза выполняют из стальной полосы шириной, равной ширине колодок, толщиной 3 – 4 мм, облицованной с внутренней части тормозными колодками из фрикционного материала, колодки крепят к ленте болтами с потайными головками или стальными лепестками арматуры колодки. К обоим концам полосы приклепывают проушины для осей, соединяющих ленту с балансиром и коленчатым валом.

Для обеспечения одновременной работы обеих лент необходимо отрегулировать их натяжение следующим образом:

пружины оттяжек и роликовые опоры отрегулировать так, чтобы в отторможенном положении колодки не задевали тормозные шкивы;

вывернуть оба болта до соприкосновения колодок с балансиром, выдержав при этом горизонтальное положение балансира;

отсоединить левую ленту, вывернув болт с ушком, затормозить барабан подачей воздуха краном машиниста в пневмоцилиндр давлением 5 – 6,5 кг/см2;

подсоединить левую ленту, отсоединить правую и аналогично обеспечить размер;

после регулировки болты завернуть до упора, подсоединить обе ленты.

Тормозные колодки рекомендуют применять стандартных размеров из различных фрикционных материалов: тканевые, из прессованного асбестового волокна с металлической сеткой или специальных пластмасс и других фрикционных материалов. Материал для изготовления тормозных колодок должен обладать высоким коэффициентом трения (0,4 – 0,5), большой прочностью, теплостойкостью, обеспечивать небольшой износ колодок и тормозного шкива и хороший отвод тепла. [2]

Тормозные колодки могут быть различных типов: твердые прессованные и мягкие тканевые. Имеется также много различных промежуточных типов прессовано-тканевых колодок. Чем больше твердость колодок, тем меньше их износ, но тем быстрее изнашиваются тормозные шайбы. Мягкие тканевые колодки сами изнашиваются быстрее, но при этом износ тормозных шкивов меньше. Коэффициент мягких колодок обычно выше, чем твердых. Для лебедок глубокого бурения наилучшими являются прессованные колодки средней твердости. [2]

Для колодок применяют асбестокаучуковые материалы 6КХ – 1 и ретинакс ФК – 24А, в которой связкой служат фенолформальдегидные смолы. Колодки из ретинакса можно применять при удельной нагрузке 5 – 6 МПа и скорости торможения 50 – 60 м/с. Теплостойкость поверхности этого материала до 1000 ˚С. Твердость ретинакса НВ 33, плотность 2 · 103 кг/м3.

Балансиры служат для равномерного распределения тормозного усилия между двумя лентами и обеспечения равномерности их работы. Без балансирующих устройств тормоза приходилось ба часто регулировать зазор между тормозными колодками и барабаном, однако и это не обеспечивало бы их равномерную нагрузку и происходил бы повышенный износ тормозных колодок шкивов. В буровых лебедках балансиры обязательны.

Балансир представляет собой простую конструкцию в виде стальной литой или сварной балки, прикрепленной в середине осью к раме, на концах балансира смонтированы регулировочные болты, к которым крепятся тормозные ленты. Литые балансиры следует изготовлять из углеродистой стали, сварные из проката.

Механизмы управления тормозами проектируют различных конструкций: с непосредственным или дистанционным управлением, с жесткими механическим связями. Наиболее просты и надежны рычажные механизмы: с рычагом, воздействующим непосредственно на коленчатый вал, с которым соединены тормозные ленты; с рычагом, воздействующим на систему промежуточных рычагов; с рычагом, воздействующим на систему с зубчатыми секторами с переменным передаточным отношением; с рычагом, воздействующим на эксцентрик, который приводит в движение систему рычагов, связанных с тормозными лентами и др.

Во всех этих системах следует стремиться различными конструктивными средствами создать устройство, которое обеспечивало бы в начале торможения при небольшом повороте тормозного рычага большее перемещение тормозных лент и меньший выигрыш в силе. В конце торможения при меньшем перемещении лент больший выигрыш в силе. [1]

2. Патентное исследование

Технический уровень и тенденции развития оборудования для очистки бурового раствора приведены в таблице 1.

Конструкция оборудования рассмотренного в таблице 1, изображена на рисунках 5,6 и 7.

Таблица 1 – Технический уровень и тенденции развития ленточного тормоза

Основные тенденции развития данного вида техники и направление поиска ведущих организаций (фирм)

Источники информации, подтверждающие тенденции и направление развития

Средства реализации тенденции

В объектах ведущих организаций

В объектах разработки

1

2

3

4

Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

Ленточный тормоз

СССР

Скворцов Д.С., Уманчик Н.П.

а.с. 1087651

22.06.1981

23.04.1984 [4]

СССР

Сурков В.Т.

Харив И.Ю.

а.с. 981572

08.07.1980

15.12.1982 [5]

Известен ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма, содержащий жестко установленный на валу последнего тормозной барабан, охватывающую его гибкую ленту, ветви которой связаны с натяжным устройством, имеющим одну неподвижную опору, расположенную между ветвями.

Однако в этом тормозе ввиду того, что барабан жестко устанавливается на валу испытываемого механизма, необходимо последний устанавливать в пространстве.

Известен ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй соединен с приводным механизмом, затягивающим ленту и удерживающим барабан в неподвижном состоянии.

Недостатком данного тормоза является возможность его пробуксовки, что снижает надежность. Однако известный ленточный тормоз кроме низкой надежности из – за пробуксовки имеет еще малую долговечность: происходит быстрый износ рабочего участка ленты.

Известен ленточный тормоз, который, с целью автоматического регулирования тормозного момента в процессе работы снабжен следящим приводом.

Натяжение сбегающего конца ленты и тормозной момент барабана пропорциональны степени сжатия пружины, изменяемой автоматически в зависимости от заданного профиля копиров.

Недостаток указанного ленточного тормоза является нестабильность тормозного момента из – за изменения коэффициента трения между лентой и барабаном и неравномерного износа ленты. Сложное конструктивное исполнение и сложность настройки и регулировки ограничили их широкое применение.

Целью изобретения является обеспечение компенсации погрешностей при установке испытываемого механизма на стенде.

Цель достигается тем, что ленточный тормоз снабжен рамой с двумя опорами качения, установленными с ее внутренней стороны и взаимодействующими с ободом барабана, причем опора натяжного устройства установлена на раме с ее внешней стороны. Кроме того, тормоз для его лучшего охлаждения может быть снабжен закрепленной на раме ванной с охлаждающей жидкостью, в которую погружена часть барабана с лентой.

Благодаря тому, что рама устройства находится в подвешенном состоянии относительно нагружаемого механизма и барабана, обеспечивается компенсация погрешностей установки, возможность получения стабильных нагрузок в длительном режиме и легкость регулировки величины нагрузки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных тормозных устройствах.

Цель изобретения – повышение надежности тормоза.

Указанная цель достигается тем, что ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой, связанной с натяжным устройством, снабжен обоймой и дополнительным барабаном с накладками для прижима ленты, при этом дополнительный барабан жестко закреплен в обойме, последняя соединена с натяжным устройством, а лента выполнена замкнутой.

Целью изобретения является создание конструкции тормоза со стабильным тормозным моментом, на работоспособность которого в процессе торможения не оказывало бы влияние изменение величины коэффициента трения.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточном тормозе натяжное устройство выполнено в виде взаимодействующих между собой рычага, один конец которого шарнирно установлен на основании тормоза, а второй прикреплен к концам набегающей и сбегающей ветвей ленты, и подпружиненного ролика, размещенного в выполненном на основании криволинейном пазу. Кроме того, пружина, поджимающая ролик, вторым концом соединена шарнирно с натяжным узлом.

1 – тормозной барабан; 2 – тормозная лента; 3 – рама; 4 – опора качения; 5 – ветви тормозной ленты; 6 – натяжное устройство; 7 – рычаг; 8 – опора; 9 – винт;10 – опорные выступы; 11 – ванна; 12 упор

Рисунок 5 – Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3 – натяжное устройство; 4 – дополнительный барабан; 5 – обойма; 6 накладка

Рисунок 6 – Ленточный тормоз

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3,7 – пружина; 4 – рычаг; 5 – ролик; 6 криволинейный паз; 8 – натяжное устройство

Рисунок 7 – Ленточный тормоз

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Исходя из исходной глубины бурения 4000м выбираем базовую модель ленточного тормоза, используемого в буровой лебедке У2 – 5 5 "Уралмашзавода". Все основные параметры ленточного тормоза сведены в таблицу 2.

В скважину спускают колонны разного веса с различными скоростями. Скорости спуска обеспечиваются вспомогательным и главным тормозами. Торможение при остановке осуществляет только главный тормоз, который поглощает в этот период всю энергию движущейся колонны и связанных с ней частей.

Нагрузки на крюке и усилие в ведущей струне каната при остановке зависит от времени и пути торможения, а также возникающих при этом динамических сил. Так как время торможения ничем не ограничивается и зависит только от оператора, во избежание возникновения чрезмерных динамических нагрузок, которые могут привести к обрыву каната, усилия на тормозных шкивах должны всегда создавать натяжение каната меньше его разрывного усилия в целом RД , Н, т. е. должно соблюдаться условие,

RД > kТ · F ∙ DT∙ z / (DE∙ ηЛ) = РВ МАХ, (1)

где kТ – коэффициент запаса торможения;

F – общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне, кН

При проектировочных приближенных расчетах тормоз лебедки может рассматриваться как простой ленточный тормоз, расчетная схема тормоза приведена на рисунке 6а, в котором гибкая лента с фрикционной накладкой нажимает на тормозной шкив. В этом случае общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне определяется по формуле

F = SHSC, (2)

где SH – натяжение набегающего конца ленты, кН;

SC – натяжение сбегающего конца ленты, кН

F = 25 5 = 20 кН

DT – диаметр тормозного шкива, м,

Таблица 2 – Основные параметры ленточного тормоза буровой лебедки У2 – 5 – 5

Наименование

Размерность

Числовое значение величины

1.Ширина тормозной ленты

м

0,26

2.Диаметр тормозного шкива

м

1,18

3.Ширина колодки

м

0,25

4.Ширина тормозной шайбы

м

0,25

5.Скорость на ободе шкива при торможении

м/с

24

6. Диаметр барабана

м

0,56

7.Коэффициент трения тормозных колодок и шкива

0,55

DT = (1,65 – 2,75) DБ , (3)

DБ – диаметр барабана лебедки, м,

DT = 2,1 ∙ 0,56 = 1,18 м,

z – число тормозных лент;

DE – наибольший диаметр навивки, м;

ηЛ – к. п. д. лебедки;

РВ МАХ – расчетное максимальное усилие в ведущей струне каната, Н,

274 кН > 2∙20∙1,18∙2 / (0,53∙0,9) = 197 кН

Увеличение угла охвата шкива лентой позволяет реализовать требуемый тормозной момент при меньших габаритах тормоза, однако увеличение угла охвата связано с усложнением конструкции системы управления. Наиболее простой она получается при угле охвата шкива лентой около 5 рад. В этом случае возможно непосредственное соединение сбегающих концов тормозных лент с коленчатым валом системы управления. При большем угле охвата становиться необходимым применение шатунов между коленчатым валом и сбегающими концами лент и роликовых упоров, обеспечивающих равномерность зазора между накладками лент и шкивами при растормаживании по всей дуге контакта. В связи с этим лишь четверть лебедок зарубежного производства имеет угол охвата 320 330º, и только 10% их составляют лебедки с 345 350º. [1]

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В буровых лебедках применяют ленточно – колодочные тормоза, в которых вследствие деформации ленты при довольно большой толщине колодок происходят их неравномерные прилегания к поверхности шкива. В ленточно – колодочном тормозе лента нажимает на тормозной шкив через систему отдельных колодок из фрикционного материала. Такие тормоза рассчитывают, подобно ленточным, по формулам трения гибких тел. Однако сила трения в колодочно – ленточном тормозе изменяется не непрерывно, а скачкообразно, поэтому расчетные формулы при ограниченном числе колодок отличаются от формулы Эйлера.

При неограниченном возрастании числа колодок выражение для определения силы торможения будет приближаться к уравнению Эйлера.

Расчетная схема ленточно – колодочного тормоза приведена на рисунке 8, удельная нагрузка по длине колодки распределяется неравномерно, как показано на рисунке 9, и тормозной момент, создаваемый отдельной колодкой МН , Н·м

, (4)

где RБ – радиус шкива тормоза, м,

RБ = DТ / 2, (5)

RБ = 1,18/2=0,59 м,

φ – угол охвата одной тормозной колодки, рад;

ρ – угол трения, рад;

n – число колодок

Полный тормозной момент МТ, Н∙м, создаваемый тормозом на одном шкиве, можно выразить так

, (6)

а – простой ленточный; б – ленточно – колодчный; 1 – колодка; 2 – шкив; 3 – лента; 4 – рычаг; l – длина рычага; α – угол охвата; r – радиус кривошипа; ψ – угол поворота тормозного рычага; φ – угол охвата одной колодки; βС и βН – угол между сбегающей и набегающей концами ленты и тангенциальной линией; γС и γН – угол приложения тангенциальной силы на сбегающей и набегающей колодках; RБ, RО, RН, RC – радиусы наружных поверхностях барабана, колодок и лент набегающей и сбегающей

Рисунок 8 – Расчетная схема тормоза

а – расчетная схема набегающего конца ленты; б расчетная схема сбегающего конца ленты

Рисунок 9 – Расчетная схема колодки тормоза

Тангенциальная сила торможения FТ, Н

, (7)

В связи с тем, что уточненный расчет ленточно – колодочного тормоза довольно трудоемок, в КБ заводов его рассчитывают на ЭВМ. Для этого исходная информация для расчета заноситься в бланк исходных данных для ЭВМ.

Программа для расчета на машине строиться так, чтобы она выдавала все необходимые величины для сбегающего и набегающего концов ленты. Для анализа действующих нагрузок расчеты ведут для минимальных и максимальных значений коэффициента трения.

При минимальном коэффициенте трения усилия на органах управления тормозом будут максимальные, и они принимаются для расчета элементов на прочность.

Важными параметрами ленточных тормозов являются скорость трения колодки о шкив, удельная нагрузка, от которых зависит ширина тормоза и износ колодок и тормозной поверхности шкива.

Скорость трения на тормозном шкиве UШ, м/

, (8)

где uт – кратность полиспаста талевой системы

Наибольшее давление между лентой и тормозным шкивом возникает на поверхности контакта набегающего конца ленты со шкивом, и, постепенно уменьшаясь, оно достигает минимального значения на контакте сбегающего конца ленты со шкивом.

Удельная наибольшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmax , МПа

, (9)

где В – ширина ленты тормоза, м,

Удельная наименьшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmin , МПа

, (10)

Длина соприкосновения колодок со шкивом L, м

, (11)

Площадь поверхности трения ПТР, м2

, (13)

Средняя удельная нагрузка ρср , МПа

, (14)

Допускаемое максимальное значение ρср зависит от свойства выбранных материалов шкивов и колодок тормозных лент. Для наиболее широко используемых в настоящее время материалов 0,1 ≤ ρср ≤ 0,7 МПа. Более высокие удельные нагрузки ускоряют износ тормозных колодок и снижают долговечность тормоза.

Мощность торможения NT, кВт

, (15)

где µ – коэффициент трения тормозных колодок и шкива;

υш – скорость на ободе шкива при торможении, м/с

, (16)

ni – частота вращения барабана лебедки при торможении, об/мин

Секундная удельная мощность трения при торможении NУД, кВт/м2

, (17)

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В ленточных тормозах буровых лебедок набегающий корец ленты необходимо прикреплять к балансиру лебедки, а подвижный к коленчатому валу, на который действует только сила натяжения сбегающего конца ленты, создающая на нем момент МТ, кН·м. Этот момент уравновешивается моментом, создаваемый силой, прикладываемой к тормозному рычагу, и моментом, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра, т. е.

, (18)

где r – радиус кривошипа от неподвижного шарнира до точки крепления к подвижному концу ленты, м;

ψ – угол поворота коленчатого вала, град.

Подвижный конец ленты в момент полного торможения должен быть расположен под углом к оси кривошипа близким к 90º.

Усилие на тормозной рукоятке РР при отсутствии момента, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра

, (19)

где β2 – угол между осью рычага и лентой, град;

η – к. п. д. рычажной системы;

l – длина тормоза рычага, м;

β1 – угол между сбегающим концом ленты и осью кривошипа

Путь торможения на ободе шкива тормоза h0, м

, (20)

где hК – путь, проходимый крюком при торможении во время спуска, м,

, (21)

υск – скорость спуска в начальный момент торможения, м/с,

,

Для приближенных расчетов может быть принят прямолинейный закон изменения скорости при торможении, тогда время торможения tT, с,

, (22)

Поскольку момент, развиваемый тормозом, зависит от усилия, приложенного к тормозному рычагу и пневмоусилителю, на которые воздействует оператор, время торможения может изменяться в широких пределах. При резком торможении в подъемной системе могут создаваться большие динамические нагрузки, поэтому в буровых лебедках, рассчитанных на канаты определенного диаметра, нельзя произвольно применять канат меньшего или большего диаметра. В первом случае канат может быть оборван при резком торможении даже при правильном выборе его диаметра по статической нагрузке. Во втором случае увеличиться путь торможения из – за недостаточного тормозного момента, хотя прочность каната будет соответствовать расчетной нагрузке. [1]

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

При спуске бурильной колонны в процессе проводки скважин выделяется значительное количество энергии, которая должна поглощаться тормозной системой буровой лебедки. При торможении эта энергия превращается в теплоту, которая вызывает сильный нагрев тормозных колодок и шкивов и приводит к их быстрому изнашиванию. Одновременно с повышением температуры тормозных шкивов и колодок уменьшается коэффициент трения, что заставляет бурильщика увеличивать усилие на тормозном рычаге и тем самым повышать нагрузку на колодки, что ускоряет их износ.

При эксплуатации буровых лебедок без регулирующего тормоза тормозные колодки иногда срабатывают в течение одного – двух спусков бурильной колонны.

В процессе спуска происходит постоянное чередование периодов торможения и спусков колонны, периодов подъема ненагруженного элеватора и периодов пауз, причем вес спускаемой колонны за каждый цикл увеличивается на вес одной свечи

Главные тормоза рассчитывают на нагрев по количеству выделяемой теплоты при спуске на длину свечи колонны наибольшего веса. Меньший вес бурильной колонны в предыдущий момент спуска в расчете не учитывают.

Количество работы А, кДж, которая должна поглотить тормозная система при спуске колонны на длину одной свечи

, (23)

где Рвус – натяжение ведущей струны при спуске, Н;

lс – длина свечи, м

Так как величины коэффициентов теплоотдачи приведены к единице времени 1с, условно можно принимать, что количество выделяемого в тормозе тепла QE, кВт/ч

, (24)

где z – число свечей, спускаемых за один час

При установившемся тепловом состоянии вся выделяемая теплота во время торможения отдается в окружающую среду и воде, подаваемой для охлаждения, т.е должно выполняться равенство

, (25)

где Qот – теплота, отдаваемая в окружающую среду и воде, кВт/ч

, (26)

Q1 – количество излучаемой теплоты, кВт/ч

, (27)

с1 – коэффициент излучения от поверхности тормозного шкива

с2 – коэффициент излучения от шероховатых поверхностей;

П1, П2 – площади поверхности шкива, излучающие теплоту, м2;

t1 – температура нагрева шкива, град.;

t2 – температура окружающей среды, град.

,

Q2 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающих ся шкивах, кВт/ч

, (28)

с3 – коэффициент теплоотдачи от неподвижного шкива воздуху;

П3 – площадь поверхности шкива, отводящей теплоту конвекцией, м2;

t3 – температура отводимой воды, град.;

ПВ – относительная продолжительность включения

Q3 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающихся шкивах

, (29)

Σfi – площадь боковых кольцевых поверхностей шкивов, м2;

с4 – коэффициент теплоотдачи кольцевых поверхностей

,

Q4 – количество теплоты, отводимой водой охлаждения, кВт/ч

, (30)

с5 – коэффициент теплоотдачи от тормозных шкивов к воде;

П4 – площадь поверхности шкива, омываемой водой, м2,

,

Q5 – теплота, которая рассеивается на поверхности тормоза кВт/ч

, (31)

,

993,6 = 993,6

Условие равенства выполняется

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Тормозные ленты изготавливают из стали 50.

Напряжение растяжения в сечении ленты σЛ, МПа, определяем по формуле

, (32)

гдеS – площадь сечения ленты, м2

, (33)

δ – толщина ленты, м;

zo – число отверстий;

do – диаметр отверстия, м

При обрыве одной ленты тормозной момент передается на другую ленту, которая должна обеспечить торможение опускаемой колонны. В этом случае рассчитывается максимальное напряжение растяжения σмах, МПа,

, (34)

Для стали 50 напряжение вполне допустимо.

Конец ленты закреплен 12 заклепками, работающими на двойной срез. Натяжение среза в заклепках

, (35)

где SН1 – натяжение набегающего конца одной ленты, МН

, (36)

n – число заклепок;

d З – диаметр заклепок, м

Полученный результат значительно меньше допустимого.

Общие выводы

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

Конструкции ленточных тормозов должны отвечать своим основным параметрам в зависимости от требуемого тормозного момента выбирают ее типоразмер. В настоящее время ведутся разработки их конструкций с целью совершенствования, упрощения конструкции и повышения долговечности.

Техническое обслуживание, ремонт и монтаж должны быть экономными, выполняться в короткие сроки. При преждевременном выходе ленточного тормоза из строя прекращаются все бурильные работы. Поэтому выбор типа ленточного тормоза является делом исключительно ответственным.

Библиографический список

  1. Ильский А.Л. Буровые машины и механизмы: Учебник для техникумов. 2е изд., перераб. и доп.М.: Недра, 1980. 391 с.

  2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988. 501 с: ил.

  3. Аванесов В.А., Смолина А.К., Москалева Е.М. Расчеты буровых машин и комплексов с применением ЭВМ: Учебное пособие. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1989. 134 с.

  4. А.с. 1087651 СССР, МКИ3 Е 21 В 21/06. Ленточный тормоз / Скворцов Д.С., Уманчик Н.П. (СССР). N 3306561/2203; Заявлено 22.06.1981; Опубл. 23.04.1984; Бюл. № 15

  5. А.с. 981572 СССР, МКИ3 Е 21/06. Ленточный тормоз / Сурков В.Т., Харив И.Ю. (СССР). N 2978319/2203; Заявлено 08.07.1980; Опубл. 15.12.1982; Бюл. № 46

6. А.с. 949277 СССР, МКИ3F16К3/06. Ленточный тормоз / Е.А. Кузьмин, П.Н. Смирнов. (СССР).№2566019/2508; Заявлено 04.01.78; Опубл. 21.06.85; Бюл. №42.

bukvasha.ru

Ленточный тормоз

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

1.3 Элементы ленточного тормоза

2. Патентное исследование

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

3.6 Расчет тормозного момента ленточного тормоза с применением ЭВМ

Общие выводы

Библиографический список

Введение

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

При спуске бурильной колонны развивается большая мощность, и поглощение ее механическими тормозами ограничивается предельно допустимыми температурами, возникающими на поверхностях трения, и возможностью отвода выделяемой теплоты этими тормозами. Предельная температура поверхностей трения обычно ограничивается 500 С. При более высоких температурах резко ухудшаются фрикционные качества тормозных колодок и прочность поверхности шкива. Спуск тяжелых колонн с большой скоростью и резким торможением приводит к тому, что местная температура на поверхностях трения достигает 1000 С и более.

Для выполнения всех требуемых операций в буровых лебедках необходимо предусматривать два вида тормозов: главный тормоз (останова), вспомогательный тормоз, регулирующий скорость спуска и поглощающий часть выделяющейся при этом энергии, и специальный механизм для регулирования скорости подачи долота при бурении. [1]

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

Тормозные шкивы монтируют непосредственно на барабане лебедки, что диктуется требованиями техники безопасности работ при бурении, кроме того, это уменьшает вращающиеся массы промежуточных элементов, что делается с целью улучшения динамических качеств лебедки. В буровых лебедках можно использовать как гидравлические, так и электродинамические вспомогательные тормоза, регулирующие скорость спуска.

Как указывалось выше, главные тормоза в ряде случаев выполняют функции устройства для подачи долота. Эти устройства могут иметь разнообразные конструкции, как воздействующие на основную тормозную систему, так и представляющие собой отдельные механизмы. Следует, однако, учитывать, что главные тормоза рассчитывают на торможение крюка, движущегося со скоростью 1 – 3 м/с и поглощающего при спуске мощность до 10000 кВт, в то время как при подаче бурильной колонны скорости спуска ничтожны (до 0,03 м/с), а мощность соответственно 5 – 30 кВт. Естественно, что один и тот же механизм тормоза не может полностью удовлетворить всем требованиям в столь широком диапазоне мощностей, так как коэффициенты трения при низких скоростях нестабильны; поэтому для бурения в тяжелых условиях целесообразно проектировать лебедки с устройствами, способными осуществлять тонкое регулирование скорости спуска и подачи при проходке.

В качестве главных тормозов буровых лебедок рекомендуют использовать простые ленточные или ленточно-колодочные тормоза. Колодочные тормоза в буровых лебедках не используют из – за громоздкости. Ленточные тормоза дифференциальные и суммарные также не применяют, первые из – за резкого торможения и малого пути растормаживания, вторые из – за того, что они предназначены обычно для двустороннего торможения и не обладают способностью прогрессивного увеличения силы торможения. Требование двустороннего торможения барабана к лебедкам не предъявляют (хотя барабаны вращаются в обе стороны, но натяжение каната всегда имеет одно направление).

Тормоза буровых лебедок поглощают большую мощность, в результате чего выделяется количество теплоты, которое мгновенно нагревает поверхность трения. В связи с этим хороший отвод выделяющейся теплоты при торможении является одним из важнейших качеств тормоза лебедки.

Система водяного охлаждения с камерами, расположенными под тормозными шкивами, имеет ряд недостатков: не устраняется большая разность температур на поверхностях торможения и внутренней поверхности шкива; необходим подвод воды к вращающемуся валу лебедки и отепление системы водоподвода во избежание замерзания зимой. Поэтому системы охлаждения следует проектировать в зависимости от нагруженности тормозов с охлаждением водой или воздухом. [1]

1.2 Кинематические схемы ленточного тормоза

По конструктивному выполнению и кинематическим схемам управления ленточные тормоза буровых лебедок выполняются довольно разнообразно, хотя принципиальное устройство тормозов разных конструкций мало отличается друг от друга.

На рисунке 1 приведены различные схемы управления тормозами. Тормоз лебедки, который изображен на рисунке 1а, состоит из двух шкивов, смонтированных на барабане, которые охватываются лентами с колодками. Тормозные ленты соединены одним концом с балансиром, который служит для равномерного распределения тормозного усилия между обеими лентами; другим – коленчатым валом. На коленчатом валу с одной стороны находится тормозной рычаг управления, а одно из его колен соединено с пневматическим цилиндром, увеличивающим тормозное усилие.

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир

Рисунок 1а – Тормоз лебедки, тормозной рычаг которого смонтирован на коленчатом валу

1 – тормозной рычаг; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 тяга

Рисунок 1б – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

1 – тормозной рычаг; 2 – шкив тормозной; 3 – барабан лебедки; 4 – лента тормоза; 5 – коленчатый вал; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 9 – ось тормозного рычага; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1в – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

1 – тормозной рычаг; 6 – кран управления пневмоцилиндром; 7 пневмоцилиндр; 8 – балансир; 10 – тяга; 11 – толкатель; 12 – башмак ленты; 13 – аварийный пневмоцилиндр; 14 – обратный клапан;15 – баллон с жатым воздухом

Рисунок 1г – Тормоз лебедки с дистанционным управлением

Неподвижные концы лент закреплены на балансире, а подвижные, прикрепленные к шейкам коленчатого вала, при повороте его перемещаются, охватывают шкивы и прижимают к ним ленту с колодками, осуществляя тем самым торможение. Управление тормозом производят тормозными рычагами, связанными с подвижными концами лент системой рычагов и коленчатым валом. Этот вал проворачивают либо рычагом, либо поршнем пневматического цилиндра. Управление пневматическим торможением осуществляется рукояткой, находящейся на тормозном рычаге или пульте бурильщика.

Тормозной рычаг должен иметь угол поворота не более 90˚, так как при длине рычага один, два – один, шесть метров рабочий не может перемещать его на больший угол.

На рисунке 1б показана схема тормоза с дистанционным расположением тормозного рычага непосредственным соединением концов ленты к балансиру и коленчатому валу.

Согласно требованиям техники безопасности [2], независимо от расстояния, на котором находится лебедка от поста бурильщика, управление ленточным тормозом должно осуществляться механической системой; другие устройства (пневматические, электрические и т.д.) могут быть только вспомогательными.

На рисунке 1в показаны схемы тормозов также с дистанционным расположением тормозного рычага и креплением концов лент к коленчатому валу и балансиру через башмаки, которые служат для увеличения угла охвата шкивов лентами.

Тормозные системы снабжены дополнительным (аварийным) пневматическим цилиндром, связанным коленчатым валом с серьгой. Этот цилиндр может дополнительно питаться сжатым воздухом из баллона через обратный клапан и действует в случае падения давления сжатого воздуха в сети.

На рисунке 1г приведена схема тормозов с пневматической фиксацией положения тормозного рычага. Фиксация осуществляется поворотом рукоятки тормозного рычага, управляющей клапаном.

На рисунке 2 показан общий вид ленточно – колодочного тормоза с креплением концов лент через башмак и с тормозным рычагом, укрепленным на коленчатом валу. Эти валы выполняются кривошипными или эксцентриковыми. Выбор того или иного типа зависит от мощности тормоза и выбранных соотношений длины рычагов тормозной системы. Различные конструкторы эту задачу решают по-разному.

1 – рукоятка тормозного рычага; 2 – тормозной рычаг; 3 – колодка; 4 – фиксатор рычага; 5 – опора коленчатого вала; 6 – рычаги; 7 – вал коленчатый; 8 пневмоцилиндр; 9 – пружина крепления ленты; 10 – опора балансира; 11 – балансир; 12 – контргайка; 13 – тяга; 14 – крепление ленты; 15 – лента тормозная; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 2 – Общий вид ленточно-колодочного тормоз

Конструкция ленточно-колодочного тормоза показана на рисунке 3.

Преимущество ленточных тормозов – простота их конструкции и прогрессивное увеличение тормозного момента по мере поворота рычага. Что характеризируется зависимостью мощности торможения и перемещения подвижных концов ленты от угла поворота рычага. Конец тормозного рычага согласно правилам Госгортехнадзора [2] при полном торможении должен находиться на расстоянии не менее 0,8 – 0,9 м от пола буровой. Уменьшение хода рычага достигается регулировкой зазора между тормозными колодками лент и поверхностью шкивов. Дистанционное управление тормозов также активно используется. [1]

1.3 Элементы ленточного тормоза

Тормозные рычаги необходимо снабжать запирающимися устройствами, позволяющими бурильщику оставлять тормоз надежно заторможенным, исключающим проскальзывание барабана и самопроизвольное опускание бурильной колонны. Эти устройства выполняют как механическими, так и пневматическими.

Рукоятка управления ленточным тормозом установлена на консоли вала на напряженной посадке. Опорами вала служат два роликоподшипника, закрепленные в корпусах. Корпуса подшипников болтами крепятся к бонкам, которые привариваются к полу буровой.

В средней части вала на шпонке сидит рычаг для подсоединения тяги.

Крышки подшипников имеют лабиринтные уплотнения. Смазка подшипников осуществляется через масленки. [2]

Тормозной шкив, который изображен на рисунке 4, представляет собой стальной литой цилиндрический обод шириной 0,15 – 0,3 м и диаметром до 1,6 м с одной или двумя ребордами, при помощи которых он крепиться к диску барабана лебедки. Реборды служат для увеличения жесткости шкива. Сам шкив изнашивается быстрее, чем барабан, и должен быть сменным.

3 – колодка; 14 – крепление ленты; 16 – ролик поддерживающий

Рисунок 3 – Конструкция ленточно – колодочного тормоза

а – с ребрами жесткости, увеличивающими поверхность теплоотдачи; б – с запрессованным алюминиевым ребристым барабаном; в, г – с камерой для водяного охлаждения; д, е – без устройства для отвода теплоты; 1 – шкив; 2 – реборда барабана лебедки; 3 – охладитель кольцевой; 4 – кожух камеры кольцевого охлаждения; DТ – диаметр шкива тормоза

Рисунок 4 – Конструкции шкивов тормозов

По конструктивному оформлению шкивы тормозов выполняются весьма разнообразно. В большинстве случаях их лучше проектировать литыми. Конструкции с ребрами для воздушного охлаждения, отлитыми за одно целое со шкивом, которые изображены на рисунке 4а, можно проектировать для условий эксплуатации на Севере. Шкивы с вставным литым алюминиевым ребристым барабаном для охлаждения, которые изображены на рисунке 4б, широкого распространения не получили из-за сложности изготовления. Конструкции с камерами охлаждения, изображенными на рисунках 4в, г, можно успешно использовать в лебедках, применяемых в районах с умеренным и жарким климатом при бурении с небольшим числом СПО.

Шкивы менее удачных конструкций без охлаждающих устройств показаны на рисунках 4д, е.

Толщину шкива рассчитывают с учетом его износа, допускаемого 0,4 – 0,5 его толщины. Ширина должна быть на 5 – 10 мм больше ширины тормозных колодок.

Пневмоцилиндр поршневой одностороннего действия включается с подачи воздуха через отверстие в крышке. Под давлением воздуха поршень вместе с направляющим штоком перемещается в гильзе. В направляющем штоке установлен резиновый буфер со сферическим углублением пол головку штока. При включении пневмоцилиндра поршень через резиновый буфер выдвигает шток, который через рычаг поворачивает коленвал на затормаживание. Шток не связан с поршнем, поэтому при отключенном пневмоцилиндре пружина удерживает поршень в исходном положении. Уплотнением поршня служит резиновая манжета, зажатая между поршнем и диском направляющего штока. Войлочные кольца поршня пропитаны маслом и служат для смазывания поверхности трения гильзы.

Направляющей для трубы штока является втулка, установленная в стакане. Смазка поверхности трения втулки производится через масленку.

Шесть шпилек стягивают стакан с крышкой и одновременно крепят цилиндр к сварной стойке, которая на бонках устанавливается на площадке рамы.

Для исключения попадания грязи и воды между штоком и направляющей втулкой пневмоцилиндр закрыт кожухом.

Ленту тормоза выполняют из стальной полосы шириной, равной ширине колодок, толщиной 3 – 4 мм, облицованной с внутренней части тормозными колодками из фрикционного материала, колодки крепят к ленте болтами с потайными головками или стальными лепестками арматуры колодки. К обоим концам полосы приклепывают проушины для осей, соединяющих ленту с балансиром и коленчатым валом.

Для обеспечения одновременной работы обеих лент необходимо отрегулировать их натяжение следующим образом:

пружины оттяжек и роликовые опоры отрегулировать так, чтобы в отторможенном положении колодки не задевали тормозные шкивы;

вывернуть оба болта до соприкосновения колодок с балансиром, выдержав при этом горизонтальное положение балансира;

отсоединить левую ленту, вывернув болт с ушком, затормозить барабан подачей воздуха краном машиниста в пневмоцилиндр давлением 5 – 6,5 кг/см2;

подсоединить левую ленту, отсоединить правую и аналогично обеспечить размер;

после регулировки болты завернуть до упора, подсоединить обе ленты.

Тормозные колодки рекомендуют применять стандартных размеров из различных фрикционных материалов: тканевые, из прессованного асбестового волокна с металлической сеткой или специальных пластмасс и других фрикционных материалов. Материал для изготовления тормозных колодок должен обладать высоким коэффициентом трения (0,4 – 0,5), большой прочностью, теплостойкостью, обеспечивать небольшой износ колодок и тормозного шкива и хороший отвод тепла. [2]

Тормозные колодки могут быть различных типов: твердые прессованные и мягкие тканевые. Имеется также много различных промежуточных типов прессовано-тканевых колодок. Чем больше твердость колодок, тем меньше их износ, но тем быстрее изнашиваются тормозные шайбы. Мягкие тканевые колодки сами изнашиваются быстрее, но при этом износ тормозных шкивов меньше. Коэффициент мягких колодок обычно выше, чем твердых. Для лебедок глубокого бурения наилучшими являются прессованные колодки средней твердости. [2]

Для колодок применяют асбестокаучуковые материалы 6КХ – 1 и ретинакс ФК – 24А, в которой связкой служат фенолформальдегидные смолы. Колодки из ретинакса можно применять при удельной нагрузке 5 – 6 МПа и скорости торможения 50 – 60 м/с. Теплостойкость поверхности этого материала до 1000 ˚С. Твердость ретинакса НВ 33, плотность 2 · 103 кг/м3.

Балансиры служат для равномерного распределения тормозного усилия между двумя лентами и обеспечения равномерности их работы. Без балансирующих устройств тормоза приходилось ба часто регулировать зазор между тормозными колодками и барабаном, однако и это не обеспечивало бы их равномерную нагрузку и происходил бы повышенный износ тормозных колодок шкивов. В буровых лебедках балансиры обязательны.

Балансир представляет собой простую конструкцию в виде стальной литой или сварной балки, прикрепленной в середине осью к раме, на концах балансира смонтированы регулировочные болты, к которым крепятся тормозные ленты. Литые балансиры следует изготовлять из углеродистой стали, сварные из проката.

Механизмы управления тормозами проектируют различных конструкций: с непосредственным или дистанционным управлением, с жесткими механическим связями. Наиболее просты и надежны рычажные механизмы: с рычагом, воздействующим непосредственно на коленчатый вал, с которым соединены тормозные ленты; с рычагом, воздействующим на систему промежуточных рычагов; с рычагом, воздействующим на систему с зубчатыми секторами с переменным передаточным отношением; с рычагом, воздействующим на эксцентрик, который приводит в движение систему рычагов, связанных с тормозными лентами и др.

Во всех этих системах следует стремиться различными конструктивными средствами создать устройство, которое обеспечивало бы в начале торможения при небольшом повороте тормозного рычага большее перемещение тормозных лент и меньший выигрыш в силе. В конце торможения при меньшем перемещении лент больший выигрыш в силе. [1]

2. Патентное исследование

Технический уровень и тенденции развития оборудования для очистки бурового раствора приведены в таблице 1.

Конструкция оборудования рассмотренного в таблице 1, изображена на рисунках 5,6 и 7.

Таблица 1 – Технический уровень и тенденции развития ленточного тормоза

Основные тенденции развития данного вида техники и направление поиска ведущих организаций (фирм)

Источники информации, подтверждающие тенденции и направление развития

Средства реализации тенденции

В объектах ведущих организаций

В объектах разработки

1

2

3

4

Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

Ленточный тормоз

СССР

Скворцов Д.С., Уманчик Н.П.

а.с. 1087651

22.06.1981

23.04.1984 [4]

СССР

Сурков В.Т.

Харив И.Ю.

а.с. 981572

08.07.1980

15.12.1982 [5]

Известен ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма, содержащий жестко установленный на валу последнего тормозной барабан, охватывающую его гибкую ленту, ветви которой связаны с натяжным устройством, имеющим одну неподвижную опору, расположенную между ветвями.

Однако в этом тормозе ввиду того, что барабан жестко устанавливается на валу испытываемого механизма, необходимо последний устанавливать в пространстве.

Известен ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй соединен с приводным механизмом, затягивающим ленту и удерживающим барабан в неподвижном состоянии.

Недостатком данного тормоза является возможность его пробуксовки, что снижает надежность. Однако известный ленточный тормоз кроме низкой надежности из – за пробуксовки имеет еще малую долговечность: происходит быстрый износ рабочего участка ленты.

Известен ленточный тормоз, который, с целью автоматического регулирования тормозного момента в процессе работы снабжен следящим приводом.

Натяжение сбегающего конца ленты и тормозной момент барабана пропорциональны степени сжатия пружины, изменяемой автоматически в зависимости от заданного профиля копиров.

Недостаток указанного ленточного тормоза является нестабильность тормозного момента из – за изменения коэффициента трения между лентой и барабаном и неравномерного износа ленты. Сложное конструктивное исполнение и сложность настройки и регулировки ограничили их широкое применение.

Целью изобретения является обеспечение компенсации погрешностей при установке испытываемого механизма на стенде.

Цель достигается тем, что ленточный тормоз снабжен рамой с двумя опорами качения, установленными с ее внутренней стороны и взаимодействующими с ободом барабана, причем опора натяжного устройства установлена на раме с ее внешней стороны. Кроме того, тормоз для его лучшего охлаждения может быть снабжен закрепленной на раме ванной с охлаждающей жидкостью, в которую погружена часть барабана с лентой.

Благодаря тому, что рама устройства находится в подвешенном состоянии относительно нагружаемого механизма и барабана, обеспечивается компенсация погрешностей установки, возможность получения стабильных нагрузок в длительном режиме и легкость регулировки величины нагрузки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных тормозных устройствах.

Цель изобретения – повышение надежности тормоза.

Указанная цель достигается тем, что ленточный тормоз, содержащий барабан, охватываемый тормозной лентой, связанной с натяжным устройством, снабжен обоймой и дополнительным барабаном с накладками для прижима ленты, при этом дополнительный барабан жестко закреплен в обойме, последняя соединена с натяжным устройством, а лента выполнена замкнутой.

Целью изобретения является создание конструкции тормоза со стабильным тормозным моментом, на работоспособность которого в процессе торможения не оказывало бы влияние изменение величины коэффициента трения.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточном тормозе натяжное устройство выполнено в виде взаимодействующих между собой рычага, один конец которого шарнирно установлен на основании тормоза, а второй прикреплен к концам набегающей и сбегающей ветвей ленты, и подпружиненного ролика, размещенного в выполненном на основании криволинейном пазу. Кроме того, пружина, поджимающая ролик, вторым концом соединена шарнирно с натяжным узлом.

1 – тормозной барабан; 2 – тормозная лента; 3 – рама; 4 – опора качения; 5 – ветви тормозной ленты; 6 – натяжное устройство; 7 – рычаг; 8 – опора; 9 – винт;10 – опорные выступы; 11 – ванна; 12 упор

Рисунок 5 – Ленточный тормоз для имитации нагрузки механизма

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3 – натяжное устройство; 4 – дополнительный барабан; 5 – обойма; 6 накладка

Рисунок 6 – Ленточный тормоз

1 – барабан; 2 – тормозная лента; 3,7 – пружина; 4 – рычаг; 5 – ролик; 6 криволинейный паз; 8 – натяжное устройство

Рисунок 7 – Ленточный тормоз

3. Расчетная часть

3.1 Расчет главного тормоза. Усилия, действующие при торможении

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Исходя из исходной глубины бурения 4000м выбираем базовую модель ленточного тормоза, используемого в буровой лебедке У2 – 5 5 "Уралмашзавода". Все основные параметры ленточного тормоза сведены в таблицу 2.

В скважину спускают колонны разного веса с различными скоростями. Скорости спуска обеспечиваются вспомогательным и главным тормозами. Торможение при остановке осуществляет только главный тормоз, который поглощает в этот период всю энергию движущейся колонны и связанных с ней частей.

Нагрузки на крюке и усилие в ведущей струне каната при остановке зависит от времени и пути торможения, а также возникающих при этом динамических сил. Так как время торможения ничем не ограничивается и зависит только от оператора, во избежание возникновения чрезмерных динамических нагрузок, которые могут привести к обрыву каната, усилия на тормозных шкивах должны всегда создавать натяжение каната меньше его разрывного усилия в целом RД , Н, т. е. должно соблюдаться условие,

RД > kТ · F ∙ DT∙ z / (DE∙ ηЛ) = РВ МАХ, (1)

где kТ – коэффициент запаса торможения;

F – общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне, кН

При проектировочных приближенных расчетах тормоз лебедки может рассматриваться как простой ленточный тормоз, расчетная схема тормоза приведена на рисунке 6а, в котором гибкая лента с фрикционной накладкой нажимает на тормозной шкив. В этом случае общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне определяется по формуле

F = SHSC, (2)

где SH – натяжение набегающего конца ленты, кН;

SC – натяжение сбегающего конца ленты, кН

F = 25 5 = 20 кН

DT – диаметр тормозного шкива, м,

Таблица 2 – Основные параметры ленточного тормоза буровой лебедки У2 – 5 – 5

Наименование

Размерность

Числовое значение величины

1.Ширина тормозной ленты

м

0,26

2.Диаметр тормозного шкива

м

1,18

3.Ширина колодки

м

0,25

4.Ширина тормозной шайбы

м

0,25

5.Скорость на ободе шкива при торможении

м/с

24

6. Диаметр барабана

м

0,56

7.Коэффициент трения тормозных колодок и шкива

0,55

DT = (1,65 – 2,75) DБ , (3)

DБ – диаметр барабана лебедки, м,

DT = 2,1 ∙ 0,56 = 1,18 м,

z – число тормозных лент;

DE – наибольший диаметр навивки, м;

ηЛ – к. п. д. лебедки;

РВ МАХ – расчетное максимальное усилие в ведущей струне каната, Н,

274 кН > 2∙20∙1,18∙2 / (0,53∙0,9) = 197 кН

Увеличение угла охвата шкива лентой позволяет реализовать требуемый тормозной момент при меньших габаритах тормоза, однако увеличение угла охвата связано с усложнением конструкции системы управления. Наиболее простой она получается при угле охвата шкива лентой около 5 рад. В этом случае возможно непосредственное соединение сбегающих концов тормозных лент с коленчатым валом системы управления. При большем угле охвата становиться необходимым применение шатунов между коленчатым валом и сбегающими концами лент и роликовых упоров, обеспечивающих равномерность зазора между накладками лент и шкивами при растормаживании по всей дуге контакта. В связи с этим лишь четверть лебедок зарубежного производства имеет угол охвата 320 330º, и только 10% их составляют лебедки с 345 350º. [1]

3.2 Расчет колодочно – ленточного тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В буровых лебедках применяют ленточно – колодочные тормоза, в которых вследствие деформации ленты при довольно большой толщине колодок происходят их неравномерные прилегания к поверхности шкива. В ленточно – колодочном тормозе лента нажимает на тормозной шкив через систему отдельных колодок из фрикционного материала. Такие тормоза рассчитывают, подобно ленточным, по формулам трения гибких тел. Однако сила трения в колодочно – ленточном тормозе изменяется не непрерывно, а скачкообразно, поэтому расчетные формулы при ограниченном числе колодок отличаются от формулы Эйлера.

При неограниченном возрастании числа колодок выражение для определения силы торможения будет приближаться к уравнению Эйлера.

Расчетная схема ленточно – колодочного тормоза приведена на рисунке 8, удельная нагрузка по длине колодки распределяется неравномерно, как показано на рисунке 9, и тормозной момент, создаваемый отдельной колодкой МН , Н·м

, (4)

где RБ – радиус шкива тормоза, м,

RБ = DТ / 2, (5)

RБ = 1,18/2=0,59 м,

φ – угол охвата одной тормозной колодки, рад;

ρ – угол трения, рад;

n – число колодок

Полный тормозной момент МТ, Н∙м, создаваемый тормозом на одном шкиве, можно выразить так

, (6)

а – простой ленточный; б – ленточно – колодчный; 1 – колодка; 2 – шкив; 3 – лента; 4 – рычаг; l – длина рычага; α – угол охвата; r – радиус кривошипа; ψ – угол поворота тормозного рычага; φ – угол охвата одной колодки; βС и βН – угол между сбегающей и набегающей концами ленты и тангенциальной линией; γС и γН – угол приложения тангенциальной силы на сбегающей и набегающей колодках; RБ, RО, RН, RC – радиусы наружных поверхностях барабана, колодок и лент набегающей и сбегающей

Рисунок 8 – Расчетная схема тормоза

а – расчетная схема набегающего конца ленты; б расчетная схема сбегающего конца ленты

Рисунок 9 – Расчетная схема колодки тормоза

Тангенциальная сила торможения FТ, Н

, (7)

В связи с тем, что уточненный расчет ленточно – колодочного тормоза довольно трудоемок, в КБ заводов его рассчитывают на ЭВМ. Для этого исходная информация для расчета заноситься в бланк исходных данных для ЭВМ.

Программа для расчета на машине строиться так, чтобы она выдавала все необходимые величины для сбегающего и набегающего концов ленты. Для анализа действующих нагрузок расчеты ведут для минимальных и максимальных значений коэффициента трения.

При минимальном коэффициенте трения усилия на органах управления тормозом будут максимальные, и они принимаются для расчета элементов на прочность.

Важными параметрами ленточных тормозов являются скорость трения колодки о шкив, удельная нагрузка, от которых зависит ширина тормоза и износ колодок и тормозной поверхности шкива.

Скорость трения на тормозном шкиве UШ, м/

, (8)

где uт – кратность полиспаста талевой системы

Наибольшее давление между лентой и тормозным шкивом возникает на поверхности контакта набегающего конца ленты со шкивом, и, постепенно уменьшаясь, оно достигает минимального значения на контакте сбегающего конца ленты со шкивом.

Удельная наибольшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmax , МПа

, (9)

где В – ширина ленты тормоза, м,

Удельная наименьшая нагрузка между колодкой и шкивом ρmin , МПа

, (10)

Длина соприкосновения колодок со шкивом L, м

, (11)

Площадь поверхности трения ПТР, м2

, (13)

Средняя удельная нагрузка ρср , МПа

, (14)

Допускаемое максимальное значение ρср зависит от свойства выбранных материалов шкивов и колодок тормозных лент. Для наиболее широко используемых в настоящее время материалов 0,1 ≤ ρср ≤ 0,7 МПа. Более высокие удельные нагрузки ускоряют износ тормозных колодок и снижают долговечность тормоза.

Мощность торможения NT, кВт

, (15)

где µ – коэффициент трения тормозных колодок и шкива;

υш – скорость на ободе шкива при торможении, м/с

, (16)

ni – частота вращения барабана лебедки при торможении, об/мин

Секундная удельная мощность трения при торможении NУД, кВт/м2

, (17)

3.3 Силы, действующие в рычажном механизме тормоза

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

В ленточных тормозах буровых лебедок набегающий корец ленты необходимо прикреплять к балансиру лебедки, а подвижный к коленчатому валу, на который действует только сила натяжения сбегающего конца ленты, создающая на нем момент МТ, кН·м. Этот момент уравновешивается моментом, создаваемый силой, прикладываемой к тормозному рычагу, и моментом, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра, т. е.

, (18)

где r – радиус кривошипа от неподвижного шарнира до точки крепления к подвижному концу ленты, м;

ψ – угол поворота коленчатого вала, град.

Подвижный конец ленты в момент полного торможения должен быть расположен под углом к оси кривошипа близким к 90º.

Усилие на тормозной рукоятке РР при отсутствии момента, создаваемым силой, приложенной к кривошипу коленчатого вала штоком пневмоцилиндра

, (19)

где β2 – угол между осью рычага и лентой, град;

η – к. п. д. рычажной системы;

l – длина тормоза рычага, м;

β1 – угол между сбегающим концом ленты и осью кривошипа

Путь торможения на ободе шкива тормоза h0, м

, (20)

где hК – путь, проходимый крюком при торможении во время спуска, м,

, (21)

υск – скорость спуска в начальный момент торможения, м/с,

,

Для приближенных расчетов может быть принят прямолинейный закон изменения скорости при торможении, тогда время торможения tT, с,

, (22)

Поскольку момент, развиваемый тормозом, зависит от усилия, приложенного к тормозному рычагу и пневмоусилителю, на которые воздействует оператор, время торможения может изменяться в широких пределах. При резком торможении в подъемной системе могут создаваться большие динамические нагрузки, поэтому в буровых лебедках, рассчитанных на канаты определенного диаметра, нельзя произвольно применять канат меньшего или большего диаметра. В первом случае канат может быть оборван при резком торможении даже при правильном выборе его диаметра по статической нагрузке. Во втором случае увеличиться путь торможения из – за недостаточного тормозного момента, хотя прочность каната будет соответствовать расчетной нагрузке. [1]

3.4 Тепловой расчет главного тормоза

При спуске бурильной колонны в процессе проводки скважин выделяется значительное количество энергии, которая должна поглощаться тормозной системой буровой лебедки. При торможении эта энергия превращается в теплоту, которая вызывает сильный нагрев тормозных колодок и шкивов и приводит к их быстрому изнашиванию. Одновременно с повышением температуры тормозных шкивов и колодок уменьшается коэффициент трения, что заставляет бурильщика увеличивать усилие на тормозном рычаге и тем самым повышать нагрузку на колодки, что ускоряет их износ.

При эксплуатации буровых лебедок без регулирующего тормоза тормозные колодки иногда срабатывают в течение одного – двух спусков бурильной колонны.

В процессе спуска происходит постоянное чередование периодов торможения и спусков колонны, периодов подъема ненагруженного элеватора и периодов пауз, причем вес спускаемой колонны за каждый цикл увеличивается на вес одной свечи

Главные тормоза рассчитывают на нагрев по количеству выделяемой теплоты при спуске на длину свечи колонны наибольшего веса. Меньший вес бурильной колонны в предыдущий момент спуска в расчете не учитывают.

Количество работы А, кДж, которая должна поглотить тормозная система при спуске колонны на длину одной свечи

, (23)

где Рвус – натяжение ведущей струны при спуске, Н;

lс – длина свечи, м

Так как величины коэффициентов теплоотдачи приведены к единице времени 1с, условно можно принимать, что количество выделяемого в тормозе тепла QE, кВт/ч

, (24)

где z – число свечей, спускаемых за один час

При установившемся тепловом состоянии вся выделяемая теплота во время торможения отдается в окружающую среду и воде, подаваемой для охлаждения, т.е должно выполняться равенство

, (25)

где Qот – теплота, отдаваемая в окружающую среду и воде, кВт/ч

, (26)

Q1 – количество излучаемой теплоты, кВт/ч

, (27)

с1 – коэффициент излучения от поверхности тормозного шкива

с2 – коэффициент излучения от шероховатых поверхностей;

П1, П2 – площади поверхности шкива, излучающие теплоту, м2;

t1 – температура нагрева шкива, град.;

t2 – температура окружающей среды, град.

,

Q2 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающих ся шкивах, кВт/ч

, (28)

с3 – коэффициент теплоотдачи от неподвижного шкива воздуху;

П3 – площадь поверхности шкива, отводящей теплоту конвекцией, м2;

t3 – температура отводимой воды, град.;

ПВ – относительная продолжительность включения

Q3 – количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающихся шкивах

, (29)

Σfi – площадь боковых кольцевых поверхностей шкивов, м2;

с4 – коэффициент теплоотдачи кольцевых поверхностей

,

Q4 – количество теплоты, отводимой водой охлаждения, кВт/ч

, (30)

с5 – коэффициент теплоотдачи от тормозных шкивов к воде;

П4 – площадь поверхности шкива, омываемой водой, м2,

,

Q5 – теплота, которая рассеивается на поверхности тормоза кВт/ч

, (31)

,

993,6 = 993,6

Условие равенства выполняется

3.5 Проверочный расчет тормозной ленты

Расчёт ведётся по методике, предложенной в литературе [1]

Тормозные ленты изготавливают из стали 50.

Напряжение растяжения в сечении ленты σЛ, МПа, определяем по формуле

, (32)

гдеS – площадь сечения ленты, м2

, (33)

δ – толщина ленты, м;

zo – число отверстий;

do – диаметр отверстия, м

При обрыве одной ленты тормозной момент передается на другую ленту, которая должна обеспечить торможение опускаемой колонны. В этом случае рассчитывается максимальное напряжение растяжения σмах, МПа,

, (34)

Для стали 50 напряжение вполне допустимо.

Конец ленты закреплен 12 заклепками, работающими на двойной срез. Натяжение среза в заклепках

, (35)

где SН1 – натяжение набегающего конца одной ленты, МН

, (36)

n – число заклепок;

d З – диаметр заклепок, м

Полученный результат значительно меньше допустимого.

Общие выводы

Тормозные системы буровых лебедок предназначены для создания усилия в ведущей струне, обеспечивающего надежное удерживание в статическом состоянии колонны максимального веса, на который рассчитаны установки; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью, контролируемой торможением, и остановки в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении за счет регулирования тормозного момента.

Конструкции ленточных тормозов должны отвечать своим основным параметрам в зависимости от требуемого тормозного момента выбирают ее типоразмер. В настоящее время ведутся разработки их конструкций с целью совершенствования, упрощения конструкции и повышения долговечности.

Техническое обслуживание, ремонт и монтаж должны быть экономными, выполняться в короткие сроки. При преждевременном выходе ленточного тормоза из строя прекращаются все бурильные работы. Поэтому выбор типа ленточного тормоза является делом исключительно ответственным.

Библиографический список

  1. Ильский А.Л. Буровые машины и механизмы: Учебник для техникумов. 2е изд., перераб. и доп.М.: Недра, 1980. 391 с.

  2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988. 501 с: ил.

  3. Аванесов В.А., Смолина А.К., Москалева Е.М. Расчеты буровых машин и комплексов с применением ЭВМ: Учебное пособие. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1989. 134 с.

  4. А.с. 1087651 СССР, МКИ3 Е 21 В 21/06. Ленточный тормоз / Скворцов Д.С., Уманчик Н.П. (СССР). N 3306561/2203; Заявлено 22.06.1981; Опубл. 23.04.1984; Бюл. № 15

  5. А.с. 981572 СССР, МКИ3 Е 21/06. Ленточный тормоз / Сурков В.Т., Харив И.Ю. (СССР). N 2978319/2203; Заявлено 08.07.1980; Опубл. 15.12.1982; Бюл. № 46

6. А.с. 949277 СССР, МКИ3F16К3/06. Ленточный тормоз / Е.А. Кузьмин, П.Н. Смирнов. (СССР).№2566019/2508; Заявлено 04.01.78; Опубл. 21.06.85; Бюл. №42.

baza-referat.ru


Смотрите также