Ленточный тормоз

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Ленточный тормоз

Ленточный тормоз

1.3 Элементы ленточного тормоза

2. Патентное исследование

3. Расчетная часть

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

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

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, МКИ3 F16К3/06. Ленточный тормоз / Е.А. Кузьмин, П.Н. Смирнов. (СССР).№2566019/2508; Заявлено 04.01.78; Опубл. 21.06.85; Бюл. №42.