автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Працездатнiсть стрiчково-колодкових гальм бурових лебедок

Pf 8 ОЛ

: : .; MIHICTEPCTBO ОСВ1ТИ УКРАЙШ

ШАНО-ФРАНКЧВСЬКИЙ 1НСТИТУТ НАФТИ I ГАЗУ

На правах рукопису0

БАЛАБОЛ1Н Серпн BÍK^-орович

ПРАЦЕЗДАТН1СТЬ СТР1ЧКОВО-КОЛОДКОВИХ ГАЛЬМ БУРОВИХЛЕБЩОК

Спешалынстъ,05.04.07 - Машики i облалнання нафто I газовоТ ппомнсловосп

Автореферат дисертацм на здобуття паукового ступеня кандидата техшчннх наук

- 1вано-Франк!вськ, 1993

о

Днсертац(ею е рукопис

Робота виконана в 1ваио-Франк1вському ¡нститут! нафти I газу.

Кл/кови"т кер1вник доктор техшчних наук,

професор ВОЛЬЧЕРКО О.1.

ОфщНнм опоненти доктор техшчних наук,

■ професор КУРН|К0В Ю.О.

кандидат техшчних наук, доцент ХЛРЧЕНКО Е.В.

Провщна оргашзашя: Дослщно-виробниче об'сднаиня "Рчарпатиафтомаш" Державного Комитету по пафт11 газу ¡ваио-Фративська область, м. Калуш

Захист впбу деться "2'!" 1993 р. i.i заплати спешалповапо!

• B4CHOÍ ради Д 09.02.01 в 1вано-Франк1"ському ¡нститутч нафти i газу, 284000, м. 1вано-Фраик1вськ, вул. Карпатська, 15

3 днеертащею модна ознайомнтись в науково-техшчнш б'|блштеш1ФП1Г 284000, м. 1вано-Франк1вськ, вул. Карпатська, 15

Автореферат роз1слании " "А а С/»г па Рс( 1993 р.

Вчений с хретар спец1ал1зовано'1 вчсноТ ради

Шлапак Л.С.

. ЗАГМЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальшсть теми. Збгльшення глибин бур1ння, прискорення тем-ив проходки свердловин веде до хнтенсиф1кац1х спуско-п1дйомних опе->а1Дй. В результат! значно зростас навантаженхсть гальмхвного агре->ату буровох лебхдки, що призводить до дестаб1Л1зац11 його експлу-1тац1йних параметргв ( натягу гальмгвних стр1чок, питомого наванта-¡ення, коеф1ц1ента тертя, гальм1вних моментхв, поверхиевих темпера- . ■ур, механ1чних I теплових деформац1й ). При змхн! силового Гтепло-юго рег^иму роботи гальма значно зм1нюеться коеф1Ц1ент тертя в па->ах "шк1В-накладки". Так, зггдно з ГОСТ 10851-73 хнтсрвал змпш ко-|фхц1еита тертя для фрикц1йно1 пари ЗД-24А-сталь НОХН, що найчастх-10 використовуеться в гальмах бурових леб1док, може соасти 0,020-■0,605. Незважаючи на це, в практицх оперують, в основному, середам значениям коеф1Ц1ента тертя, р1вним для згадано1 пари 0,35. Це |еде до значно1 розб1жност1 експлуатац1йних параметр1в стрхчково-колодкових гальм I не дозволяе однозначно в1дпов1сти на питания,як тливае IX стабхл1зац1я на зносо-фрикц1йн1 якост1 пар тертя. В зв'лз-:у з цим в дисертац1йн1й робот1 оперувалося трьома поняттями коеф1-дента тертя: с (

поот1йний - загальноприйнятий середмй коеф1Ц1ент терт)., що яки-юсь чином вибираеться з 1нтервалу, регламентованого.державним, стан-[артом; . ч ' 0 '

змхнний - являе собою фуншцональну залежмсть коеф1Ц1Снта тер-я вхд питомого навантаження, температури, швидкост1 ковзання та 1н-1их дестаб1Л1зупчих фактор1в I' охоплюе в1дпов1дний 1нтервал знхни :оеф1Ц1ента тертя;

середн1й екв1валентний - пост1йний коеф1Ц1ент тертя, при якому ■альм1вний момент, що розвиваеться гальмом в цобму, дор1внге галь-[1вному моменту, створеному тим самим гальмом при тому самому режи-:1 роботи,.але розрахованому при змхнному кoeфiцieнтi тертя.

В звязку з рхзног роботов, ¡¿о виконуеться фрикцШшми накладками на наб1гаюч1й I зб^аючхй Г1лках стр1чки, було введено поняття [асткового (дольовог..)гальм1вного моменту, що створюеться одн1сп |рикц1йною накладкою з частиною стрхчки.

Мета роботи. Розроблення методики розрахунку основних експлуата-1йних параметр1в стружово-колодхових гальм бурових леб1док при м1иному I пост1йному коеф1Ц1ент! тертя, а також вдосконалення 1сну-чих та створейня -лових за констругаиеп гальм1вних пристрохв.

Метдди дослгджень включають теоретичнх викладки, розрахунок пара-етр!в на ЕОМ, стендовх I промислов! випробування.

Науков1 положения, що захицаються в дисертацхх:

1. Законом1рност1 впливу експлуатац1йних параметр^ стрхчково--колодкових гальм бурових леб1док на деформацы I ксливання хх робо-чих деталей.

2. Методи прогнозування деформац1й х коливань стрхчково-колодко-вих гальм.

3. Прогнозування довгов1чност1 фримийних накладок отрхчково--колодкових гальм. .

В1рог1дн1сть результатхв досл1даень забозпечена використанням рхзногалузевйх методик БипробуванняI розрахунку ( опору матергалхв, буд1вельно1 механхки, в1брод1агаостики, термодинам1ки 1 теплопередача ,. розрахунку I конструювання нафтового обладиашш, математично1 статистики ).

Практична 1днн1сть роботи. Розроблена уточнена методика розрахунку основних експлуатацШшх параметрхв стрхчково-колодкових гальм, яка дозволяв на стадхх проектування оцхнити IX оилову наван-тажеисть. Створен1 конструкцхх вдосконалених I нових стрхчково-колодкових гальм бурових леб1док, за цо автор отримав звання "Кращий-смолочий винаххдник Укра1ни" I "Кращий молодий винаххдник СРСР". '

Лпробац1я роботи. Матерхали дисертац11 доповхдались на: всесо-юзн1й науково-технхчай конференцН "Перспективу розвитку, вдоскона-лення конструкцхй I П1двищення над1йноот1 бурового I нафтопромирло-вого обладнашш"( Перм,1988 ), реслуишсанськ1й науково-технхчнхй конференцх1. "Ёксористання магнхтоактивн>»х матер1аЛ1в х магитних систем в народному господарств1"( 1иано-Франк1вськ,1989 ), всесоюзна кoнфepeнцii "Комплексне освоения нафтогазових ресурс1в континент тального шельфу СРСР"( Москва,1990 ), мхжнародних конференцхях по нел1н1йних коливаннях ( Польша, 1990 ), по використаннп мате'р1ал1в эi спец1альн^ми властивостями в ма> лах ('Польиа,1990 ),м1жнародному симпоз1ум1 по триболог11 фрикцхйних матер1ал1В "Яроф1-91" ( Ярославль, 1991 ), рос1йському науково-техн1чному семхнарх з м1жнароднов участп "Сучасний досвгд проектування, випробування, виробництва I експлуатац11 гальм1вних пристрохв шдйомно-тране портних машин" (Москва,1992 ), науково-технхчнхй конференции ШНГ ( 1вано-§рашйвськ, 1992 ), методичному сем1нар1 кафедри "Деталей машин I ТММ" 1Ф1НГ ( 1вано-Франк1вськ,199Э ).,

Публхкац1х. По темх дисертацхх опубл1ковано 27 робхт, з яких ста.ой х тез доповхдей, одна монографхя х 15 авторських св1доцтв,

Обсяг роботи. Лисертац1я складаеться з вступу, гчотирьох розд1Л1в| заключения, перел!ку використанох лхтератури з'121 найменування, ви-

{.ладена на 1^7 сторхнках машинописного тексту, мхстить 3*» рисунки, Ч таблицх I додатки.

Науковий консультант роботи - канд. техн. наук, доцент Прикар-патського унхверситету 1М.В.Стефаника Д.А.Вольченко.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ1 обгрунтована "".туалыпсть теми, сформульована мета до-злхдяе;.:.^.

В першому роздох наведений .анал13 силовох й теплово1 навантаке-иостх деталей стр1чково~колодкового галька, оцхнена довговхчисть 5>рикцхйних вузл1в, нам1ченх шляхи пхдвищення експлуатац1йних парамет-р1в гальм1вних механхзн1В I сформульовам задач1 досл1джень.

Оскоьки в1д режиму силово1 навантаженост1 фрикцхйних вузл1в стргчково-колодкозих гальн бурових леб1док в значн1й М1р1 залежать зксплуатац1йн1 параметри: натяг стр1чки, питоме навантаження, галь-и1вн1 моменти, деформацы, поверхневх температури та "сн., розгляну-гг науковх прац1, що присвяченх дослхдженням силовох й тепловоз:, на-ванталеност1 стрхчково-колод^ових гальм бурових леб1док»

Дослхдкенип снлово1 навантаженост1 стр1чково-колодков::х гальн прис1шчен1 роботи М.П.Александрова, А.М.Ал1сва, 0.1.Гольченка, Д.А. Вольченко, А.Я.Грузхнова, А,Х,Л?Ш"~.:^:вдова, А,Л.1льсысого, М.Я.1тк1-са, Г.М.Шахмалхева та 1ншг:: а1 ;орхв.

Розглянутх р1зн1 методики визначення одного з основних експлуата-цтР.и:.' ^раметрхв. стрхчково-кблодкозих гальм - гальмхвного моменту, 5,1дн:,"эн1 переваги х недолхкя зазначених методик.

Вьиичений загальнлй неполтк вс1х рг зглянутих методик, в яких ко--фхц1аит тептя прий.деться як пост1йка величина х при розрахунках ви-бираеться в залежностх вхд матерхалу з достатньо широкого 1нтервалу для э.1даних пар тертя. Численими" досл1дненнями встановлено, що ко-бфхцхсит тертя В1др1зняетьсл но0тхльки для р1зних за матерхалом I конструкцию пар, ало й для то1 само1 фрикц1йно1 пари в залежностх вхд умов оксплуатац1^: питомого навантаження, поверхнево1 температуря, швидкосп ковзання, якост1 обробпи контактупчих поверхош. I т.хн. ° При цьому змгна коеф1ц1ента тертя може бути суттсвоп. А яздо врахува-ти, ио в розглянутих методиках розрахунку основних експлуатац1йних параметр^ гальм коеф1Ц1ент тертя знаходиться або в показнику степе-Н1, обо з основ! отепеня з великим показником, то цхлком зроэумхло, що нпя'гь позначна зм1на коеф1ц1ента тертя призводить до значиох зм1-ни пт'мртра, ио розраховуеться.

Визначенню величини коефхцхента тертя в залежност1 в:д матер1-алу фрикц1й11их пар, питомого навантаження, поверхнечо1 температуря та 1нших експлуа.тац1йних параметрхв присвяченх роботи Л.М.Алгева, А.Х.Джанахмедова, 1.В.Крагельського, Д.В.Мхрзаджанова, Н.М.Мхххна, А.В.Ч1чхнадзе, Г.М.Шахмал1ева та хн. авторхв. Розгляиуто ряд матема-тичких залежностей для розрахунку коеф1Ц1ента тертя, отриманих ек-спериментальним шляхом.

Дослтдженню тепловог навантаженост1 стрхчково-колодкових гальм бурових леб1док'присвячен! роботи М.П.Александрова, Т.М.Аскерова, М.С.Борисова, 0,1.Вольченка, Д.А.Вольченко, А.В.Крагельського, Д.Б. М1рзаджанова, Н.б.Мойсенченкова, З.П.Пасуманського, В.Н.Федосеева, Г-М.Шахмал1ева та авторхв. Проведений анал1з т^пловох навантаже-ност1 .?ар тертя стрхчково-колодкових гальм бурових леб1док П1д час спуску бурового 1нструменту в свердловину показуе, що коливання по-верхневил температур вище допустимо! для фрикцхйних накладок викли-кавть зм1ну IX властивостей, I, як правило, сприяють нер1вном1рному зносу. Це негативно впливае на ефективнхсть роботи гальма I веде до-гдестаб1Л1зацп гальмхвного моменту. Оптимальним шляхом зниження теп-лонавантаженост1 пар тертя х П1двищення IX зносо-фрикц1йних властивостей е примусове охсоджеиня робочих деталей стр1 чково-колодкоеих гальм.

Основними напрямками покрашенкл г.ксплуатацхйних параметрхв стр1ч-кових гальм е: "»творения нових фрикцхйних матер1ад1в з високими до-пустимими температурами, проектувашш гальмхвних механ1зм1В з керова-ними зносо-фрикцхйними властивостями, охолодаення фрикцхйних пар в процес1 роботи гальма, вдос^оналення 1снувчих х створення нових кон-струкц1й з шдвищенов ефективнхстю дп.

Розглянуто ряд конструктивних р1шень, якх дозволяють зменшити нерхвном1рн1сть питомого навантаження в парах тертя, знизити теплову навантаже«сть гальма шляхом використання пустотоих теплопров1дних накладок ( а.с.№911063 ), допомхкжй теплопров1дно1 стр1чки ( а.с. К903620 ), обдуваниям поверхн1 тертя шкхва повхтрям ( а.с.МОО^бв1» )! та-1н,

Другий роздхл присвячений теоре'х'ичшш дослхдженням силово1 нава») таженост1 леталей стрхчково-колодкових гальм.

Були розглянут1 розпод1ленх навантаження # х ^ , що Д1ють вы-пов;чно на робоч1й I неробоч1й поверхнях фрикц1йно1 накладки. Щ розподхлен1 навантаження були oпиcaнi полхномами степеня г?, I л£ в1дпов1дно „г ..:;■'

де а , Ь - пол1Ном1нальн1 коеф1Ц1енти; 1р - кутова координата.

Таким чином, вперше при розрахунку параметргв стргчково-колод-кових гальм були розглянутх одночасно дв1 фрикц1йнх пари: "шк1в-на-кладка" 1 ." накладка-стр1чка".

Функциональна залежнгсть коеф1Ц1ента тертя М1ж фрикц1Йною накладкою 1 шкхвом вхд питомого навантаження була описана пол1номом степеня

де с< - пол1ном1нальн1 коеф1Ц1Снти.

Використовуючи диференцгйнх залежност1 м1ж поперечною силокр*? , згинапчим моментом /V кутом повороту б* , прогином поперечного пе-рерхзу Л I прийнявши кут повороту I прогин накладки в любому пере-рхз1 р1вними нулю, були записан1 умови р1вноваги фрикц1йнох накладки I П1сля певних перетворень отримана така система рхвнякь:

£ а, -Г Ь; -2-г0

• ' /V/ • з+г

V'*3 /Г-"3 п. гЬ У"7! /Г"'' „А I ,

л я* Я /г, , тз .-¡/('Г

Роз^язавши зазначену систему р1внянь вхдносно коефхцхснтхв , эдержали значения коеф1ц1снт1в полному,: як1 описують розподоену зилу на робоч1й поверхн1 фригаийног накладки. с

При визначешц деформац1й гальм1вно1 стрхчки було прийнято, що

залежшсть натягу описуеться штномом степеня /7 В1д нятягу зб1-

?аючо1 Г1лки стрхчки I степеня В1д кута охоплення стрхчкою шк1ва.

3 результат! цього одержали залежнхсть у вигляд1:

Ю /г , /г , {3 - дсуэжини в1дпов1дних д1лянок гальм1вно1 стргчки;

у - коеф1Ц1енти; /4 - площа поперечного перерхзу стр1чхи.

При визначенн? рад1альних доформ.ицй фрикц1йних накладок було

■рийнятй), що залежнхсть питомого навантаження в парах тортя гальма

Ьписуеться полхномом степсня л вхд натягу збхгаючох гхлки строчки

i степени л, вхд кута охоплешш стрхчкою плава. При цьому одержали

зале-кнхсть у вчгляд1: & * '<./,„/

Ad ; ¿-Б Z г-b.-jSetp £н5 ¿*о J=oг

де о , В - товщина i ширина накладки; сн - модуль пружпост1 матер1-алу накладки.

При визначеннх деформший гальмхвиого шк1ва останнхй розглядався як цилхндрична оболочка з несиметричним поверхневимиавантаженням. Використовуючи нашвбезмоментну теор1ю оболонки В.З.Власова розраху-вали. деформацИ слива i nepcuiценил збхгапчох Г1лки гальм1внох стрхч ки.

■ На П1дстав1 визиачених деформац1й деталей гальма розглянутх ix колизаиня i складено енергетичний баланс деталей гальма. Проаналхзо-ван1 кхлькост1 внесено! коливально1 eHeprii та OHeprii дисипацх1. Встановл~но, що джерелом зародження коливань е, як празило, збхгавча гхлка гальм1вно1 стр1чки.

Наслхдком теоретичних досл1джень силово1 нава..таженост1 деталей- : ргальма ст^ли розроблен1 конструкцй вдосконалених гальм. Так, в кон- : струкцп по а.с.№15166'(б фрикц1йну накладку встановлено в bi::на пружних пластин, а мхж накладкою i гальмхвною стрхчкою розтаоована антифрикц1йна термост1йка прокладка. Таке кр1плёння накладки до -стрхчки дозволяе значно зменшити упмелт сил тертя i, таким чином, зменшити nepiBHOMipHicTb питомого навантаження у фриюцйиих парах.

В констрyKuii по &,.с.№1481529<н.'<хладки в неробочому стаи обер- ; таються разом з гальки вним шкхвом. При цьому накладки &дкан1 мхж собою за допомогоп пружин i в робочоиу стан1 вони над1йно фхксуються вхдносно гаяьмхвнох стр1чки. Така конструкцхя дае монливхств зменшити нерхвном1рнхсть зносу фрикцхйних накладок.

Згхдно°а.с,H543I5I накладки тез обзртаються разом si bkibom, one з'сднан1 М1ж собою за допомогою плоскох лруннох стр!чки, виготовлено1 з матерхалу з ефектом "памЬтх форми". При значшб тепловой наванта-женост1 гальма пружна стрхчка приймае другу запамЬтовуочу форму, в!д» водячи накладки В1д робочох noBepxHi шкхва. Цв сприяс б1дьш хнтенсиь-ному охолодкенню фрикшйних" nap. - i

В третьему роздШ наведена програма л методика експерингит&аышх j дослхджень, описан1 стенд та апаратура, приводиться результаты екс. о-1 риментхв.

О&ктом дослхджень були модель стрхчково-колодкового галька i го-лов.,е стрхчково-колодкове гальмо бурово! лебхдки установки БУ 2500ЕП.

Програма експерименталышх дослхлркень передбачала виргиения таких задач: встановления закономхрностей з;ани основних експлуатацгй-них парамотр1в гальма ( натпг гальм1вно1 стрхчки, питоме навантажен-ня, а також деформац1й галы«вно1 стрхчки, фрикцгйних накладок, галь-ьивного слава ), досл1даення впливу силово1 навантаженост1 на частот-ний спектр коливань фрикцШшх накладок, 0Ц1Нка довгов1чпост1 накладок. ■ -

Задач1 оксперименталышх дослхдаень визначили умови IX проведения та параггзтрн, сю втйрэвались: навантазкення на зб1гапч1й Г1лцх гдль-Н1ВН01 стр1чки, нормалыи эусилля мхж стр1чкою та накладками, дефор-мацН стргчки, фрикцхйиих накладок та пшва, частота обертання шк1ва, вхбропвидкхсть х зное накладок, Розглянута методика зим1ру кокнего хз згаданих параметр!в, описан1 особливостх Бнм1рювалыю1 апаратури, М1сця встановления та видп датчшехв.

Вим1ри дефоркац1й фрикц1йних наоадок I галыивно1 стр1чки показали, цо найбоьы навантаменою о набхгапча Г1лка стрхчки., Дослхдаен-нл натягу н?)б1гаючо1 гоки стрхчки при змпп амплхтуди рад1ально1 вхбропвидкост1 накладок показуе, що при и збхлыаеши натяг набхга-вчо1 гхлки стрхчки- зменшуеться С при пост1йному натягу зб1гапчо1^гхл-ки стрхчки ).

Таким чином, в процесх експерименту встановлено, -цо амгшт^да ра-д1ально1 в1броивидкос71 фрикцШппс накладок на зб1гаюч1й Г1лц1 галь-м1внох стрхчки в серэдньоиу в 1,5-2 рази б1льша, н1ж на иаб1гелч1й п частш«. Однак, збоьшення рад1ально1 вхброшвидкост1 накладок на на-б!гаюч1й Г1ЛЦ1 стрЬ'чи призводить до яменшення зусиллй натягу наб1га-пчо1 гглки о'тр1чки в 3-5 раз1в б1лыие, иж аналог1чне зб1лыпення в1-брошвидкост1 на зб4гаоч!й Г1лц1.

Обробивши зареестрован! сигнали в1брошвидкос*1 на ЕОМ, отримали ампл1тудн1 спектри коливань накладок, знятх при рхзних режимах наван-таяення I швидкост1 обэртання икхва. Аналпспектрхв показав, що фрик-Ц1ЙН1 коливання виникали у веххспарах незалежно В1Д режиму роботи. Максимальнх амгттуди коливань спостер1гались в смуз1 часто? 300-1000 Гц в залежност1 В1д г-ношвност1 пар тертя х режиму навантаження. Най-бгльша зм1на спектр1в в1дбувалась при зм1Н1 питомого навантаження. • Якщо при мппмальному питомому навантаженш 0,1-0,2 МПа !постор1гав-ся один яскраво вираж<ушй п1к в с*уз1 частот 80СЫСЮ0 то при зб1льшенн1 питомого навантаження амшитуда в1брошвидко9Т1 на них частотах падала. Ь цьй же час збхльшувалась низькочастотна складопа в1-брошвидвостх в !нтервал! частот 300-500 гц. При максимальному п..томо-

*му навантаженн! амшитуда вхброшвидкост1 на цих частотах досягала максимального значения.

Збоыиення швидкостх ковзання з 5 до 15м/с обумовила змхиення максимальних амплхтуд коливань в боьш високочастотку область при-близно на 10-30$. Одночасно зросли ( в середньому на 9-15$ ) макси-мальн1 амшптуди коливань, як у високочастотшй, так I в низькочас-тотн1й областях спг.чтру.

3 метою оцхнки довгов1чност1 фршоцйних накладок проводились експеримеити по Бизначенню зносу в лабораторних I в промислових умовпх, При аналхз1 зносу накладок модел1 стрхчково-колодкового гальиа було зареестровано його зб1льшенпя Л1д зб1гаючо1 до наб1га-гчо1 Г1лки стр1чки» Р1зниця зносу накладок, цо роз^ашованх на наб1-гаюч1й '1 зб1гаючхй Г1ЛЦ1 стрхчки, складала 25-30$. Загальний зное накладок з початковою товциноо 30 мм був на 7-10$ боыле зносу накладок з початковою робочою товщиною 15 мм. Пояснити це явище нокна зменшенням пер1вном1рностх розподхлу питомого наван-таження в кожн1й пар1 тертя при менпай товщинх фршидйних накладок,-оПроведений аналхз зносу показав, що набхгаючх та зб1гаюч1 д1лянки поверхм накладок розташован1 ближче до наб1гаючо1 гоки стр1чки, зношуються в середн! му на 5-15$ б1льше, шж 1х середина.

Зам1ри зносу фрикц1йних накладок механ1чного гальма буровох лз-б1дки установки БУ 2500 ЕП П1сля 10, 40 1 60 спусив бурильно1 колони в хнтервалх олибин 2000-2350 м показали, що найбхлызий зное ма-ють накладки на-зб1гаич1й I н"б1гаю яй Г1лгсах, а наймепший - в ое-редищ гальмхвнох стрхчки.

В цхлому розб1жнхсть М1ж розрахунковими та експериментальними даними склала не бхльше 10$.

В четвертому розд1Л1 розглянутароботоздатнхеть деталей стрхчко-во-колодкових гальм, наведений приклад оцпжи експлуатацхйних пара-метрхв гальма, проанал1зована довгов1ЧН1сть фрикцхйних накладок э врахуваннпм тепловох навантаженост1 гальма, розглянутх мвтоди х за-соби гпдвищення експлуатацхйних параметрхв гальма.

• Наштовхнувшись при 0Ц1нюванн1 експлуатацхйних параметрхв стргч-ково-колодкових гальм на велику кхльк1сть метод1в IX розрахуику I залекносте'л для визначешш кооф1ц!ента тортл, була створоио. алгоритм мгша програма розрахунку ооноиних оксплуатшЛйних параиотр^ отр!^ ков^-колодкових гальм. Бона . дозволяв роараховуватн тай п^рамог*. ри: натяг гальм1вно1 стрхчки, нормально питоио наварттсхсшш у фрик-цхйних парах, частковий I сумарниП гальм! вшЯ еаиант, коефШскт

гертя. ОсташйЯ параметр рэзраховупггмл по 1спупчих методиках других алторгв. При цьому* результата розрахунку подавалкся у виглядг коефхщентхв а! , 6 , с в таких р1вняннях рсгресп: у-авехр(а,х) -экспоненциальному, (/-¿ь+Ьх'-еьХ* - парабол: чному,

хефроГф'ЬхУ- експоненц1ально-парабол1чному. В кожнгчу рхвияннх використан1 в якост1 X I у параметри: кут охоплення дк1ва гальмхв-ноп стр1Чкою, номер фрпкцШш накладки, натяг гальм1ВН01 строчки, питоме навантаяення у фрикцхЯних парах, частковий гальмхвний момент, сумарний гальмхвний момент I коеф!Ц1Снт тертя.

Таким чином, завдяки перелгченим моиливостям. програма дозволяс оперативно розраховувати експлуатацШп параметри будь-яких стрхчко« во-холодкових гальм \ анал1зувати вплив на них як вххдних,так I ви-Х1дних параметр:в, Розрахунки основаих окешг/атац^них параметргв були проводенг для ст1чково-колодкових гальм бурово1 лебгдки БУ 2500 ЕП.

В зв'язку з розницею в навантаженостх набхгаючох .1' 'Зб1гаючо1 Г1-лок гальмгвнох стр1чки робота тертя, що викоиуеться накладками т. вказаних плках, р1зна. Для П1двищсння точносм розрахунку колена фриг • цхйна накладка э частиноп стрх'^я розглядалнсь як окремий гальмхвний пристр1й. Це дало змогу розраховувати згадан: експлуатац1йн1 па-ямет- ■ ри для колнох фрикцШт накладки окремо. _ |

Оок1льки'коефхцхент тертя для розрахункхв викориетовувався змгн- . ний, в якост1 функцхональнох залеяност1 В1Д патомого навантаження I поверхновох температуря, особливу цхинхеть являе собою отримана за-лежнхеть розпод1лення коеф1Ц1бнта тертя по накладках ( рис.1 )..0б-

чиелення проводились ри' мак-симальн му для даного гальма натягу зб!гаючо1 Г1лгси,р1вно-му' 40 кН. Як видно з-рис.1, когф1Ц1Снт тортя плавно змиш-еться В1д 0,34 на перпцй на-кладц^ до 0,2'| на двадцят1й, що становить IX розходження 42%. п

При розрахушеах експлуата-, цШшх пара«зтр!а нсо6х1дпо кати значения деягсого сероднього значения мефпценга тортя для воього гальма в цхлону. В згйзку з цим Суло зводопо понятая оороднього екв1плентиого кооф^е^та тертя. Обчислв-вапся осрэдп1Я окв1валентииР коефШент тертя таким чином. Спочатку за доаокогои програми розрахунку експлуатац!йних параметр!в розрахо-

ОД5

$31

0,27

Г^:

X

Л о о 10 12 м 13 13 20 Л Гмо.1

вували в1дп0в1дний параметр, паприклад, гальмгвний момент. Пхсля цього методом 1терацп пхдбиралось таке значения постхйного коеф1Ц1-ента тертя, при якому величины гальм1вних моиент1в, що обраховувались; при змхиному I пост1йнону коеф1ц1ентах тертя, були екв1валент1п. Пр»; цьому натяг зб1гаючо1 Г1лки гальм1вно1 стр1чки не ьмпншався. Для натягу 4- " «Н значения склало 0,308. 3 врахуванняы змх иного коефхцхента тертя були розраховаш: натяг гальм1вно1 стр1чки, питокб навантаження, гальм1вн1 моменти.На рис.2 наведен1 залежност1 дольо-> ■

вих гальм1вних моментхв, що ствО'« рвпться фрйкцхйними накладками при серодньому екв1 валентному (1)1 змгшому ( 2 ) коефпц- ; ентах тертя, а також IX ( иомен« Т1в ) в1дноиення ( б ), 3 точки зору математики кршя (1)1 ( 2 ) являють собой продиферен-цхйоваиу по куту охоплення стрхч-' ки залел£Н1сть гальмхвного моменту тому площа П1д в1дпов1дною кри- -вою дорхвнре сумарному гальм1вно~, му моменту, що створюеться галь-мам в цхлому, Анал13 положения кривих (1)1(2) показуе, що гальмхвний момент, отриманий при! зм1нноку коефдц1ент1 тертя, роз-шшлений по фрикц1йним накладках бГльи рхвномхрно. Таке ро»-подхлення позитивно впливае на .зносо-фрикц1йнх властивост1 пар ' тертя гальма в цглому.

Досв1д експлуатацй механхч-них гальм бурових лебхдок показуе, що зносо-фрккц1йн1 власти-вост1 натерхал1в пар тертя зал>-жать не тоьки вхд швидкостх кохн зання I питомого навантаження, але головним чином, в1д температурного режиму вузла тертя. Ефек-тивна робота фриюдйних пар мож-лива Т1лыси в 1нтервал1 темпера-

Рис.2

•ур, що но поревищують допустимых для в!дпов1дних матерхал1в, 1нак-ю IX парамотри рхзко погхршупться.

Подальше стр1чково-колодкове гальмо було розглянуто як ф1зична :истема з двома зворотн1ми з^язками. Цх зйтзки в1дпов1дали силовгй : теплов1й навантаженост1. Запропонований алгоритм для визначення ¡тану тако1 системи, за допомогою якого був розрахо' чннй коеф11пешг :ертл фришийннх пар ФК-2')Л~сталь 35Х1Ш в залежностх в1д питоиого ¡авантаження I роботи тертл для стргчково-колодкового гальма буро-¡01 леб1дки БУ 2500 ЕП., Анал1з отриманог залежност1 показав, що :б1льшення питоиого навантаження у фршсцШшх парах веде до зменшен-гя коефхцхснта тертл у воьому 1нтервал1 температур. Зм1на коеф1ц1-:нта тертл при змпп питомого наванталення в 1нтервал1 вхд 0 до 1,6 Ша складае б середньому 19$. Робота тертя Д1е двояко. При II збоь-1енн1 коефпцент тертя зб1льшуеться. Подальше П1двищення роботи тер-:я веде до збхльшення поверхнево1 темпе.ратури', в результат! чого в1л-¡уваеться поступовв пом'якшання матер1алу фрикц1йних накладок, виго-злння зйзуючих компонентов I, як сл1дство, зменшенн'я коеф1Ц1внта :ертя. Побудована залежн1сть вмиг» гальмхвногд моменту В1д натягу збЬ 'аючох Г1лки гальмхвно1 строчки I роботи тертя. При зб1льшенн1 ост* ; 1Ь01 гальмхвниП момент спочатк^ збхльшувався I складав 38 кНм при зобот1 тертя I*» кДк I натягу зб1гапчого кхнця стр14ки 20 кН. П,.л п-1альшому збглылеши роботи тертя значения гальм1вного моменту падало 50 27 кНм для роботи тертя ВД кМ, Таким чином, зм1на гальм1вного (оменту В1д Д11 роботи тертя складае 29/5.

Проведен! досл1дже..ня показали, що теплова навантажен1сть стр1ч-сово-колодкового гальма е найб1лыз небезпечним видом навантаженост1, )ск!льки вона Д1е на протяз1 довшого часу. I боыл обЬмно.-ИхЖ сило-за. Вплив теплово1 навантаяеност1 на Коеф1Ц1ент тертя, а отяе г на зксплуатац:Пн1 паранетри, бгльп значний. ,

ЛооадниЯ аналгз силово1 I теплово1 навантаженост1 стр; чково-ко-юдкошх гальн дозволив створити' ряд вдосконаленкх I нових конструкц1й ;э иготь високг експлуатач1йн1 параметри.

В И С Н О В К И

1. СпроеятованиП I виготовлениЯ гальм1вний стенд, а також ство-зоикЯ комплекс шифровально! апаратури для досл1дження деф^мацхй, голик 1ь I довговхчностх деталей стр1чково-колодкових гальм.

2. Розроблена методика розрахунку деформацхй деталей стрхчково-■кояодкових гальи ( галыпвнох стрхчки, фрикц!Йних накладок, галыпв-

ного пнива ) при лостгйному i 3mïhhomv кое^ iuieiiTÎ тертя.

3. Введенх hobî г.г'яття г<тнно:и, -ч-..o eKyiвалентного ко-ефпцентхв тертя, а також часткоь .'о (дольового) гальмхвного моменту.

4. Розроблен1 алгоритм i програма розрахунку основа • екоплуата-Ц1йних парамотр1в ( натягу стрхчки, питомого навантаження, гепьмгвно-; го моменту ) стрхчково-колодкових гальм при пост1йному i зм1нному ко-; еф1Ц1ентх тертя- в залежное^ В1д режимхв навантаження.

Результати розрахунк1в показали, що

законом1рнхсть змхни дольових гальм1вних момент1в по фрикц1йним накладкам при пост1йному коеф1Ц1ент1 тертя В1др1зняеться боьтою не-р1вном1ршстю, нхж при його эмхнних величинах: в1дношення МУ/МСна зб1Гаяч1Й г1лц1 стр1чки дорхвнюе 1,12, а на наб1гаюч1й - 0,85; •

.>соеф1Ц1ент тертя зм1нюеться В1д 0,34 на зб1гаюч1й Г1лц1 стрхчки до 0,25 на набхгаючхй.

5. Визначен1 натяги гальм1вно1 стрхчки, питоме навантаження в парах тертя "шк1в-накладка" i "накладка-стрхчка", деформацП гальмхв-Hoi стрхчки, фриыдйних накладок, шк1ва.

6. Дослхджений вплив силово1 навантаженост1 гальма на Biôpauii його основнйх деталей.

7. Оцхнена довгов1чн1сть фрикц1йних накладок шляхом замхру ix зносу в лабораторних i промислових умовах. Визначеш зони найб1льшо-го зносу, як по вс1Й стр1чц1, так i по довжин1 'ofliiiei накладки.

8. Розроблен1 конструкции вдосконалених i нових стр1чково-колод-, кових гальм з покращеним розподхлом питомого навантаження, 1нтенсив- ' ним природнхм та вимушеним охолодженням.

OCHOBHl ПОЛОЖЕНИЯ ДИСЕРТАЦИ ВИКдАДЕН! В СЛ1ДУЮЧИХ РОВЭТАХ:

1. Балаболин C.B. Методика расчета тормозного момента ленточно-коло- i дочного тормоза./Деп.УкрНИИНТИ 08.08.1988 под №2219.-Ивано-Фран-ковск,1988.-9с.

2. Вольченко А.И..Вольченко Д.А.,Балаболин C.B. К вопросу оценки силовой нагруженности ленточ^Ъго тормоза буровой лебедки.-Тезисы докладов конференции "Перспективы развития, совершенствования foh-J струкции и повышение надежности бурового и нефтепромыслового o6opyi дования".Пермь,1988.-е.41-42.

3..Вольченко А.И..Вольченко Д.А,Балаболин C.B. Повышение надежности и эффективности действия ленточных тормозов буровых лебедок.-Тезисы 1 докладов конференции "Перспективы развития, совершенствования кон-

струкции и повышение надежности бурового и нефтепромыслового оборудования". Пермь, ïi>u6.-с .81-82.

Вольченко А.И. .Вольченко Д.А. .Балаболин C.B. Разработка и расчет самоохлаждающегося тормозного шкива буровой лебедки./Деп.УкрНИИНТИ 07.09.1988 под №2228.-Ивано-Франковск.I988.-I5c.

5. •Вольченко А.И..Вольченко Д.А..Балаболин C.B. Тормозные устройства с магнитными элементами.-Тезисы докладов республиканской научно--техническйй конференции "Применение магнитоактивных материалов и магнитных систем в народном хозяйстве"'. Ивано-Франковск, 1989.-с.58--59.

6. Вольченко А.И..Вольченко Д.А.,Балаболин C.B. и др. Расчет и конструирование тормозных устройств.-Ташкент.-Мехнат,1990.-285с.

7. Вольченко А.И..Вольченко Д.А.,Балаболин C.B. Оценка эксплуатационных параметров ленточных тормозов буровых лебедок.-Тезисы докладов II-ой Всесоюзной конференции "Компле'ксвое освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР".-М.,1990.ч.11,с.П7-118.

8. Вольченко А.И..Вольченко Д.А..Балаболин C.B. и др. Нелинейные колебания деталей тормозных устройств.-В сб.:Труды XII международной конференции по нелинейным колебаниям.-Краков ( Польша ),1990.-С. 200-201.

9. Вольчонко А.И..Балаболин С.В.,Вольченко Д.А. Применение материалов с эффектом "памяти формы" в тормозных устройствах.-В сб.:Труды международной конференции по применению материалов со специальными .свойствами в машинах.-Жешув ( Польша ),1990.-с.27-33.

10. Вольченко А.И..Вольченко Д.А..Балаболин С.В.' и др.Стохастические процессы в тормозных механизмах.-В сб.:Труды международ! го симпози-. ума по трибологии фрикционных материалов.-Ярославль, 1991.-е. 153-154.1

11.' Балабола C.B. Теоргя, розрахунок та конструювання стр1чково-колод-кових гальм. Тези науково-техн:чно1 конференцй професо~сько-викла-дацького складу хнетитуту нафти i газу.-1вано-Франк1вськ,1992.-е.101

12. Вольченко А.И..Михаловски С.И..Балаболин C.B. и др. Расчет и констру ирование ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок.-В сб.:Труды российского научно-технического семинара с международным участием "Современный опыт проектирования, испытаний, производства и эксплуатации тормозных устройств подъемно-транспортных машин". -M..I992.--с.63.

13. А.с.№1218198 ( СССР ).Охлаждаемый ленточный тормоз./Ивано-Франковск, ин-т нефти и газа j авт« изобрбт•А« И.Вольченко,. •А.Вольчвнко, C.B.Ea^ лаболин и др.-Опубл. в ",И.Р1986,№1^.

I*». А.с.№1316877 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Франковск. ин-т нефти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Н.А.Вольчонко,С,В.Балаболин и др.-Опубл. в Б,И.,1987,№39.

15. А.с.№167276 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Франковск, ин-т нефти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольченко,С.В.Бала-болин и др.-Опубл, в Б.И.,1989,№11»

16. А.с.№1481529 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Франковск, ин-т нефти и газа; авт.изобрет,А.И.Вольченко,М.Г.Могетыч,С.В.Балабо-лин и др.-Опубл. в Б.И.,1989,№19.

17. А.с.№1516646 ( СССР ).Ленточно-колодочный тормоз ./Ивано-Франковск ин-т нефти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольченко,С.В. Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.', 1989,№39.

18. А.С.№1521950 ( СССР ).Лебедка./Ивано-Франковск. ин-т нефти и газа • ав.изобрет.А.И.Вольченко,М.Г.Могетыч,С.В.Балаболин и др.-Опубл.

в Б.И..1989,№12.

19. А.с.№1543151 ( СССР .).Ленточный тормоэ./Ивано-Франковск. ин-т неф ти и газа; авт. изобрет.А.И.Вольченко,Н.А.Вольченко,С.В.Балабо-лин и др.-Опубл. в Б.И. ,1990,№6.

20. А.с.№1626015 ( СССР ).Охлаждаемый ленточный тормоз./Ивано-Фран- , ковск. ин-т нефти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольчен- \ ко,С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.,1991,№5. ';

21. А.с.№1634858 С СССР ).Самоохлаждаемый тормозной шкив./Ивано-Франковск. ин-т нефти и газа;авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольченко, С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.,1991,№10.

22. А.с.№1649160 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Франковск, ин-т неф* ти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Ю.К.Михайлов,С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И., 1991,№18.

23. А.с.№1712705 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Франковск. ин-т нефти и газа;авт.изобрет,А.И.Вольченко,П.А.Скороход,С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.,1992,№6.

24. А.с.№1732069 С СССР ).Охлаждаемый ленточный тормоз.,/Иг,ано-Фран-ковск. ин-т нефти и газа; авт.изобрел.А.И.Вольченко,Д.А.Вольчешсо-, С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.,1992,И7.

25. А.с.№1767254 ( СССР ).Ленточный тормоз- с кагнипшм охлаждением. /Ивано-Франковск, ин-т нефти и газа;авт.изобрет.А. И.Вольченко, Д.А.Вольченко,С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И.,1992,№37.

26.' А.с.№1779839 ( СССР ).Ленточный тормоз./Ивано-Фран ко век. ин-т неф» ти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольченко,С.В.Еалаболнн

И др.-Опубл. в Б.И.,1992,№45.

27. А.с.№1793123 ( СССР ).СамоохлаждаемыЕ тормозной шкив./Ивано-Франковск. ин-т нефти и газа; авт.изобрет.А.И.Вольченко,Д.А.Вольченко С.В.Балаболин и др.-Опубл. в Б.И., 1993,№5.