автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Разработка и исследование работоспособности редуктора-вставки для забойных двигателей

1ШЮ-$РАНК13СЬКИЙ деРлАБНИЙ -ШН1ЧНИЯ

УШШРСИШ НАМИ 1 ГАЗУ На правах рукопису

Луцик 1гор Тарасович

Р03Р0БКА ТА дошдашя ГОБОТОЗДДТНОСТ! ШДШШ-ВСТАЕКИ дня ВЗБ1ЙВДХ ДВИГУН1В

СпвцхалыИсть 05.04.07 - иашни га агрегата

нафтово! I газово! промксловостг

АВТОРЕФЕРАТ дисвртац!Т на здобуття наукового ступени кандидата теппчних наук.

1ваио-Франк1вськ —1995

Дисертац1ею е рукопис

Робота викомаиа в 1вано-Франк1всьхому дерзавнону техн!чноыу ун1верситет1

Науковий кер!винк доктор техн!чних наук, професор

Вольчеико Олександр 1ванович

0$1Ц1йн1 опогненти:

1. доктор тея^чнлх наух

„ я

2. кандидат техн1чних наук, ' професор

Б{лик Серг1й Федорович

•Павлшце Володимир Теодорович

Пров1дна орган1вац1я

Досл!дно-виробниче об'еднання "Карпатнафтомаш" Державного Комхтету по нафт: 1 газу и.Калуш, 1вано-$ра!1к1вська обл.

Загнет в!дбудетьс* " ёвреЗМЯ. 1995 року о Я . Г0ДИН1

иа »ас!дани1 спец1ад{зовано1 вчено! ради Д 09102.01 в 1вано-Фраи-к1вськоыу державному техничному унхвероитетг нафти I гаа^. "034018, м; 1в«шо-Франк1воьк, вул. Карпатська, 15,

3 дисертац1еп ложна о»ыайошг,ися в б1(5л{отец1 1вйно-$ра}аавсы(о* го державного техн!чного ун}вероитету нафтн 1 гаву *а адресов: 284018, м. 1вано-Франк1вськ, вул. Карпатська, 15.

Автореферат ров*слакий " » ¿¿О^РёО г995 р^ Вчений секретар спец}ал1вовано.1 л

вчено! ради Шлапак Л.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Одним а и лях i в янижеиня вартост! еноргоносНв в здешевлення poöit, пов"язаних з буд!вництвом нафтових i газових свердловин. BapíioTb me ootbhhíx визнйчаеТься piBHeu тех(ико-вконом1чних показ-hhkíb. бурЬшя, величина яких залежить в1д отупеня дооконалостх бурового обладнання, floro техн1чного стану, а такок квал!$1кац1i об-«луговувчого бурову персоналу. До осногнпх техн1ко-в1соном!чних по-хазник1в бур1ння в1дноояться проходка на долото t проходка за'рейо, оерадня мэхан1чна i середнл рейсов* швидк!сть бурхння та íh. Зазва-46.IÍ параметрк залежать в*д поеднання бататьох фактор!в. головник з яких е от!йк!оть породоруйн!вного !нстру«енту. Ст!Як!сгь яга долота (при 1нсвих píbhkx умовах) в функц1ев частого його обертання. При роторному cnacaíi бур1ння оптимальна частота обвртання породо-pyttHtuHoro iHOTpyMOHTy забвзпвчуеться smíhob чаототи обвртанкя ото-ла ротора за допомогов коробки знгни передач приводу буровох та лаицвгових передач. Але основннм недолгом роторного опоообу бур!н-ня е те, «о' бурил на колона зазнас значних знакозмхнних обергадь-нйх та ооьових навантажвй», як! обкежувть ресурс роботи труб. Тур-dtHHKii onoctö поэбавлениЯ цъого недэл!ку, але слабким вузлом комплексу п!дзоиного обладнання в цьому випадку в рэдуктори-вотапки, як! не здатн1 спрнймати значних ооьових иавантажвнь. Оскхльки най-bhiuy ctíBkícti вароаечн! долота мавть при частот! обертання 70200 хв"1, а сучасн! елоктро- i турбобури мавть частоту обэртання '»00-900 хв~*, то для зябвзпачвмия найохлш спраятливих режим!в роботи породоруйнгвного 1нструненту вибхйн! двигуня нвобхЦно облад-нувати редукторами з передана*tнами вхдноиеннямк 8-13. В зз"язку з обиеженням поперечних posMipia свэрдловини, а таков эначнкми ди-намгчиими навангаденнямн в багатьох гипадках стае неножливик ви-користшшя планатарних та лших THnia передач. Тому проЛлзм^ отво-рвння тредачт, що мае високе пвредаиальнв вгдношення, i здатнь передавати значш момеити обертання з одночасник сприйианняи великих за величиною знакозм!нних ооьових магантадень при калих габаритах е актуальное.

Hso6xíaho bíamíthth, но si зйгльоенням гдибини овзрдловини зростае твердость роэбурвваних nopifl, отке, для !хнього ефвктив-кого руйнуванкя необхмн! велик! ссьов! наваигаженяя, но прикла-давтьоя до породоруйн1вного !нструывн?у, тобто навантаж«ы!ст1 редуктора-вставки моментом обертання si зростанням глябинм виоов збЬчьвуеться. 0«pin того, для забвэпзчвняя як!снйгота овосчаоного

•чвдення вибов свердловпш иеабх1дко п!двищети миетичну виврг!о проиивальнох ргдини, яка вииосмть частник ровбурзно! породи до г!рла овердловини. Цього можна досягти зб1льненняи густини глинистого розчииу 1 швидкост! його руху. Проте мдвнщення ивидхост! по-., току пр" турбхнному способ! бурхння збыьвуе частоту обертання вала турбобуру, во негативно впливае на ст!йк!оть долота. Тому вина-рае необхЦнхсть комплектування турбобур!» редукторами, «о мавть дуже вис с ..о пэредавальна вхдноиения.

Мета робот и створаивя редуктора-вставки для еи61йнкх двнгу-м1в, якмГ адатний сприЗыати висок! иавантаиення 1 хае велико пэре-давальне число та кал! габарити.

Поставлена мета досягавться розв"язанням таких задач: розробка передач! з широким диапазоном передавальвюс чисел; вотановлення законгв розподхленвя питомих нав£нтахеиь в зачеп-лвнш дано! передач!;

•ц!нка ефест>1^ностг рхзних конструктмвннх вар!ант!в спроекто-вано! передач!;

розробка пристро!в, цо п1двхцуктъ багатопари!сть зачепления э ец1нков ефективиоот1 1хньо! д11.

Науков! положения, що вахидаптюя в дисертац!!: принцип роботи передач 1 методика розрахуику !! передавалшо-го вЦношвння;

методика розрахуику багатопарност! аачепления для одно- та дчохвильово! передач!;

методика розрахуику проф!лв аубця зубчастого колеса; методика розрахуику коа$!ц!екта корисно! дН передач!. Наукова цовиана роботи: рсдроблений принципово иовиЯ тип передач!; чпропоновано *это1нки розрахуику багатопарносг! зачеплення опрвектоваио! передач!, проф!л« эубця !! зубчастого колеса, а та-кож коеф!ц!ента корисно! дН;

провнал!зован! фактори, цо впливавть на багатопарн!сть зачеплення даного типу передач!, а такох умоки безвгдривно! роботи ру-хоиих ланок.

Практична ц!нн1сть роботи. Створена передача а рухокими лая- * ками (ПР1) об"едкур переваги планетариях 1 хвильових редуктор!в, час високе пердавалкие число 1 ядатна слриймати чначн! павантажен-ия. Забеэпечений !! г!дравл!чимЯ та тепловий захист п!д чдо робот»-я свердловнн!,., при нмму ресурс роботи ПР^ досяг^е 10 тис. год.

4

5

Особттий вносок дйсэртанта. В робот!, по реферуеться особио-та автврои роэроблена методика розрахунку твплово: навантажвнос--т! передач! / I /; запропонована ра тональна конф!гурац!я зубчатого. вЬщя рааврсивно! лиьово! передач! / 2 /; досл1джено теп-лообм1я пари гвртя "рухока ланка-обойиа" / 3/; зд1йснвно синтез передач! / ') /; оцЬюна силова навантажемстк передач! / Ь,6 /.

Реал1зац1я результат!в роботи. Промислов! випробувания роз-/роблено! передач! п!дтввр\дили роботоэдатн!оть э ц!лому.

Апробац1я роботи. 0крем1 положения дисвргац!йно1 роботи, а такоя дисррта!ця в ц!лоиу доповмалися та обговорввалиея на нау-ково~т»хи!чнону семГнар! "Вдооконалоння розрахунк^вих та експври-ментальних методов досшдження ф!зичних процее!в", Миколахвсиий кораблебудп вельниЯ Ьютитут, 1983 р.; на республ!канському сем!-нар! "Карув»ння зиэлеинян маиин", Ки!в, будинок науково-техн!ч-Н01 творчоотI. 1985 р.; на техмчних радах: Укрнафта, Ки!в,1987р.} Хар^всько. а сктге, р.; Пврмсысого фгл!алу ВНД1БГ, 1990 р.; , м науково-твхн!чних конф'пенцхях профеоореько-викладачысого складу 1вано-Фрчнк1 мького институту нафти I газу, 1983-1992 рр.; па науково-иеюличному сем1нар! хафедри механтки мапин 1вано-$ран-пвського державного тэхн!чного утвереи эту нафти ! газу, 199^р.; на сумскому нпукоро-чого ичному сем1нар! кафедри нафтового облад-нання та механ1ки ичвин вишевкаэаного ун!вярситвту, 1994 р.

Пуб<1кац1!. Основч! положения дчсергаиН викладен! у гвоти друкованих працях, в яких одне авторськт св1доцтво на винах!д.

-Обсяг ро0 1ти. /исергчпЬ. (а робота с,)зягои 156 отор. окл- да-етюя э вступу, чотирьох роздШа, висновк'т, описка лНератури, додатк!в I м!етить 101 стор. основного гркогу, 15 таблиць, 62 рисунки. Список лмератури складаепся 1 1 ¿0 наймеиувань ! мае об-сг! 8 стор. Ло/атки розташован1 на 16 стар,

Автор ви<мов»вя глибоку вдя^егь количньому доцентов! кафедри деталей машин I ТМИ 1мституту нафт.ч { гчэу Й.М.Лифанову за постановку проблем« та доггчогу на почасовому «тап! доо^джвиь.

_ ОСНОВНИЙ 3«1СТ РОБОТИ У вступ! эроблено огляд л!тератури па 1снувчих конструкц!ях передач, як! иикориотовупп.ст для роботи з виб1йними двигунамц. Проаналхяован! п.реваги та неловки р!зних тип1в редукт'. Оо-

s

я в я

m u s to •о н

u> u CD »-*- *< s

M s о ■a X X f

« 5 s с о о

s J* о и а к 1

a a о о а

S X И 'X 41 W о

я о s о

a •о X H

(3 9 •<

h H о a S а

о 5 и ta •о « 1»

ж M • a a ж ta

О S Ь »•

a X w Q В ru

o> * IT a X

ы ш .со ы о

's. œ "< w ta

О Ы CV 3

>4 <т> а X

ta а в

е " в

I Схема передач! э рухо-мимк ланчами

ланож по робочому проф1ла иеру-хоного зуйчастого в!кця при по-чорювоыу 1х вхоадешп в гачеп-лонни. При цмзму зоеш эачештн-нн перешщуетьср за малрямком обортшшп генератора. Сака к ойойма з рухомиыи ланкамн, лк{, втовхув'шсь Р1д зубчастого В1нцч, забрзпвчупт* {¡1 оббртанн.<;, ойар-таеться п напрчмку, «кии заложить в1д ссивомнодоипя к1лькосм ру-хомич лянок (з2 ) I к1лысост1 зуСмгл эубчасгого з1нця (Е- ). Зз рахунок ^эииц1 К2 та мдбупаеться р&дупДввэння.

Лрр^давальце вглноиенчя мехам зму роэраховують /акт чиной. 3 умояи рэооги пэролач1 випливас, шо в гожнгй чвррт^ кола повинно Зути однакоке рзасин® {оатааування ланок. При цьому. якыо п о ли 1(1 •раничи1Р точ'П чвврг1 кола ланки розтановуотьоя у запацяках зуб-частого в!нця, то в 1нохй грннишиК точц1 пони контактуят<> з його зертен.чми. як да« э*ищекня ланок на гЛвкрсг.у. При кодовому р^с! по

вс1й дсвжкн! кола гаке ¡иноыатичиэ с^ввгднопення маа м!сце, якцо 1с1льххсть ланок в обойм! буде на два иеняа за мльйоть зубцхв зубчастого колоса, тобто ¿3 - Ъ^ ♦ 2. В Цьому випадку передача в двохвильоъов, 11 генератор нас форму ел!пса. В одиохвильов!й па ре дач I 2з =22 + 1, генератор е ципндричнт. 1 установлений в корпус! редуктора з екоцентриситетом. В двохвнльових ПРЛ р!зни-ця 2з - за аналог!ею з хвильовими передачами повинна бути кратною дном. >

Вакористовуючи загальн! иетоди, як! застосовують в планетариях передачах, детали залеасност! для визначения передавального в!днояення, яке заложить не «льки в!д сп1вв!дношення "2-1 та аде й В1д того, який елеиент ПРЛ е иерухонда.

Таблиц« I

Залежност! для визначення паредавального в1Дношенип

Умова сп1вв!д-попення 22та £3 Умова норухомоет!

зубчастого колеса обоими

22<г3 и- ч-ч -

и Е2~23

Прии1тка. Знак "мгнус" в паведених золекностях вказус на проти-лаяний напрянок обертанкя вх!дного та вихгдного иал!з передач!.

Анал18 наведено! схемн передач! показуе такс И перевгги, як б£И'атвпарн1ет1 зачаплэния, до обумовлве с>ттсве знишенин наванта-коност! ланок, як! знахо/яться в контакт! з зубчастим вгнцем, в пор1вняннх з 1н|иимн типами эубчастих передач, в зв'язку з чии ви-никае можливхсть зменвенвя габаритгв I маем конструкцИ.

Прн розгляданн1 структури передач! э рухомиии ланками визначена степ!н4 рухомост! механизм/ зг!дио 8 формулой Чэбшева П.О., яка дор!вное дпом. Миемагика ПРЛ розглянута з точки зору ргзниц! д!йсних кутових швидкостей ланок со^» зубчастого колеса СО3 та генератора О при аазяачених в ?абл. I уновах. | Результатом доол!даекня рац!онально1 геометр!I елеиент!в ¿ере-

9 .

N * /

»41 е визначення координат точок профглв аубц1в зубчастого холэ-¡а для ел1псовидного

а Т»1 льЧУ

2

2'

га цил1ндричного Хс--,

•енвратортв. Одертанг такоя анал1тичн! заленностг для визначеиня :ута, на якому вгдбувасться зачеплення рухомих ланок в одному ровному квадрант!

!а величиноо ®0 розрахогана теоретична багагопарнтсть зачеплення

(3 1 - кутовий крок рухомих ланок, Г » 2л/22. (дя однохвильових передач вона становить ¿20, для длохвилъовнх -10 (для оцн!(Л робочо: зони геняратсра). В наведених задежнос-'ях:11<,5 - рад1уси западни та вершин зубчсстого колоса, 6 г [ала шевк'ъ ел1пга; е - ексцен^риситет,

3 наведених залелсиэстня випливас, во цхлеопрямованоп зьиноп оометричних паранетрхв гвредач! та кгльхост! зубцов I,рухомих ласк мояна долягти ?бгл1аання бггатзпартаст* зачеплення.

Проведено синтез зубчастого яачеплення ПРЛ. В нгй рвалггуеть-я плоек? зачепкення з 2.2^ К1 льк1стп нищих кгкекатичних кар. сада- [ а синтезу полагала у вчяначоннх гоомогричК1»х розм1р!в 1 прочло пряжеинх поверхонь, ш заювглышють капер-зц яаданому законов! хнього мдносного руху гри .умом мпймпльного опору п!д чао рхоД-ення рухоног ланки в зачепломня з зубчветиы венцем. Докяадно роз-лядасться гра|)тчни1 синтез, л основу якого пох^адена побудээа пря*рного пр>{!лр зппади;| зубчастого кокоса при зчдан}й форч[ ухомог ланки з мог.яп з.збозпечення нппдрод прчЯнятэго парвдека»&-ого в(дноз;С1.иг).

Дналп ччний синтез дозъочип пи значит форму I рсзм1ри спряке-ого проф! ло зубця зуб мотчЧ-с колеса длч ПРЛ з ел I пезюд! вник 1 , ИЯ1НДРИЧИИМ 1'ЛНЕ рг 1'ОПЗМН при УМ0В1 , П,0 Л1 1 ро?х!ри гонора»*

эра та рухомзг лазки, а такол поредчпал;.нв я}днозечня в!дом1,

!) другому роздгп при Д0^1Д*9ЧН1 динам!ки пиредач з хал им '

i великим екоцектриомотом на ochobi розв"язку дифвращЦйкого pia-няння, то опнсуе рух лааки, одаржан1 анадггичн! валежностх для ви-значення паракетрхв, як1 зайезпечуоть безвгдривну роботу рухомих ланок вЦ поверхнх генератора на протяз1 його яовного обврту: величин попереднього натягу Л пружного елемента, частот влаоних р i вимушенихсо коливань. Геоыетрична хнтерпретацхя розв^з^в вазна-ченого piвняния руху наведена иа рис. 2, в, де .

а та Ь г, niBoci вл1поа; оС- приведений коеф1ц1снт в"язкого тертя.

Рис. 2 Досл1дження дннамхки ПР1: а - охема ввасмодН рухомих ланок з генератором; б - эоии ргзно! 1нтенсивност1 взаемодН рухомих ланок з генератором на протязх його повного оберту; в -геометрична 1нтврпретац1я умови безвгдривиого руху рухомо! данкч в!д поверхн! генератора за його повний ооерт

3 псргвняння умов роботи передач з р1эниии генераторами виплн вас, но у випадку використання генератора з маяим ексцентриоитетом : передача працве б1лья плавно I с економ1чн1вов (попередм1й натяг ДйА пружиого елемента значно меквиа, нхя в передачах, во мавть генератор а геаики.« ексценТриситетом, для яких 1,ба<Д4 2а I Аналз екдово! наваитыв ноет 1 передач! проводиеся з котов вй-

с.

вчення умов .роботи pyxoMoi ланки, до перебувае П1д дхев трьох сил (рис. 3). При цьому встановлено, но для поперэдження режиму само-

гальмування ь проекто-ван1й ПРЛ необх^но, 'щоб куги тиок; на зуб-частому bíhuí та ге-нератор1 02 були децо бгльшими кута тертя в радгальному nasi обойми.,

При аналогичному дослхдаешй тепловох на-вактаженост1 ПРЛ доклада но розглядалиоя дв1 складов!, що обуновлв-ють i i загальний тепло-вий стан: I) шдвищення температури в sohí контакту впряжених деталей, но являпть собою три kí-нематичн! пари тертя ковзання. При цьому одна з них (генератор-ру-хома ланка) працюе не т!льки в уыовах значних оилових навантажень, &лй й ивидкостей; 2) оскхльки ПРЛ с маслонаповненоо передачев, то при постовому 1нтенсивному riopffHimyBaHHi масла рухомими деталями кЬготична енерггя поротаорпеться на топлову. Небезпечним при пхд-вчаенн! температуря ПРЛ с эакриттп зазору mí» рухомов ланков i tí-лом обойми внпол1док теплового розлирення деталей, що може стати причиною ixHboro заклинввпння. На рис. 4 наведена залегписть вели-чини зазору в радхальнзму паях обоими niw ii tí лом та поверхнею рухомог ланки вЦ темппратури. 3 нлвелэного графгка випливао, но передача 36epirac роботеэдатнгсть мри oó'VmhíH томператург контак-тусчих деталей, що не.nepui.riyr. .XX) 0|'. В зв"лзку з ним становить ¡¡итерес анйЛ1ти'ше влзначенич тчмпорагури заэначених деталей ПРЛ. Розгдядалися Ktлькост! тепло tu, яо утлоростъся в napi тертя обойма рухона ланка, а тяк.ои атдводирыч nía ixutx полерхонь kohbokuícb та кондуктивн-м теплоос>м1ном. Одержано них i дно диферен1Пйне piвняи-ня для розрахунку температури рухомо! ланки:

Рио. 3

Схема ойл, ланку

що д:вть на рухому

/ч-.т >

ГНсля перетоврень розв"язку цього рхвнякня з урахуванням граничних умов одержали вираз для визиачення максимально! температуря рухомих

ланок; т _

Рис, ^ Залежнхсть зазору V ь 41 V

>аж ылам рухомо: Друга окладова загального тепловогс

льного*пазу6обойми ста1,>" Ш Р^лядалася для ексгре-

темроратури малыюго з точки зскру п!двицеиня

температура режиму II роСати, коли зубчастий В1нець с корухомим. Одержано ргвкянкя для визначення величини пгдвздення об"снно1 тек-ператури за один повний оберт генератора:

д-и

В наведаних валеуностях: Р^ - потуннгсть теплового потоку, «о ви-дхляетьсп внзсл|док тертп нхж поверхнями рухоыо1 /анки г обойми; 1-ц, . { ъ - виоота, ширина товщина рухомси ланки; Аз,- коаф1ц1-снт твмопровЦнэстх иатерхалу рухоиох ланки; оС- коефШснт т«п-ловхддачх в систем? ланка-пов1тря; Т0- температура пов*тря; ТЦ-к1льк1сть рухомих ланок в обойм!;со - кутова швидк!сть генератора; У - густкна масла; к - коефНгёснт обт!чност!; И. ,Г0 - максималь-кий та шнЫальякй ргццуск кгл, во описуе вершина рухамо! ланки; • тм.Сн - каса та питона теплосмн!сть масла.

Розрахукки, проведет по наведених залежногтях, показали, «о мож~ ливий час безперервно! роботи ПРЛ окладе,« 253 години.

Розрахунок на м!цн!.:ть основннх деталей передач! проводився за. загальнопрчйиятими методиками. Найб1лывого навантакення зазиа-в'ть рухом ланки, ыаксималып контактн! иапружеиня для яких вчзна-чади за формулой Герца, одержано® для двох стиснутих цилхндр!в, во дотиштся по твхрних. Оск!лыск рухол! ланки зазнавть таком напружена ар!зу та вгинання, то !х перевхрний розрахунок проводився за Цими иапруженнями. Розрахунок контактних напружень в зубчастому

'зачвпленнх проводився за формулою 1

апружеиий стан обойми розраховувався як для клльця, що навактажв

э зооерэдяеними моментами. Перев1рка м1цноот1 обойми виконувсла-

а за формулою , -г» „,,

^атП Не „ 2Ми^дх . Гй-]

Ис+Ь/2 АЫ " 1 -1' в К ,'А - товщина та плода поперечного перергзу обойми; аоматрична характеристика перергзу. Для прямокутного перер1зу

зовншпй та внутргшнгй радгуси обоймк.

Тесретичн! дослх^ження силово1 навантаженост1 ПРЛ показали, о иайб1лызого зноиення зазнавть боков1 поверх« рухомо! ланки I она Л контакту з генератором. Тому роботу сил тертя в передач!

ц!дому можна записати так: 1 д . а

лт=лтх+лтг» (I)

эАр1»Ат - робота сил тертя рухомих ланок в обоймх та на генерато-

Визиачиваи складов! залекнос?1 (I), а також роботу на вх1днс-у вадг п!сля в!дпов!дних перетворень знаходймо коеф!ц!снт горис-о! дН ПРЛ . . в_1__

® ¿4" Тг ~ коэф!ц1енти тэртя рухоких ланок по рад!аяьних пазах бойки та генератору з врахуванняи тертя в шдпипниках; 5>1~ илях, кий проходить рухома ланка по контуру гэнератора I який втдпов!-ае гуту вачеплення 0 . Наводиться методика розрахунку ПРЛ, в кгй не початковому етап! визначавться гоомогрич|ц парааатри, а на аилпчному - оргснтовие значения ККД передач!. Розряхунково значен-я КЯД становить 0,7-0,89.

¿ля керугання чавантален!етп ПРЛ в Н конструкцгв ввэдено озподгловач навннтакАння, за допомогов ясого генератор з"сдкувть вздучим валом передач!. Робота розподхлгвача полягае у виргвьв-енн! питомих навантаяэнь на поверхнкх деталей, во контактут. оаглянуто три типя розпод1лсвач1 в наваитааонея, в яких взаг.мод!я рряженич поуерхонь в!дбуваеть<:я яа л!н1йнии (рис. 5. а, б) та по-ерхчешм (рио. Ь, в) контактам. Ви^р краю! конотрукцН роэпод!-ювача проводквея за валичиною кочфгцгента нертвионугност! разпо-Ы-ння нарянтякепь ч!* рухоними ланками перода-ц. Теоретичн; до-.»джеьня умов робот и каведених тип!* рояподхлпвачгв дозвплкчг» дноаначно на.ср.ти поравргу розпол!лгв,эчу третьэгэ типу, як чонст-укц11, шо ма<; бом широк! мом 1ноеч'£.

.ЬЯ3-?!* присвячониЯ ^кепприкгонтальнич дюд! дч-зшим споо-

Рио. 5 ^хема розпоыловача иавантажвння пвршого (а), другого (б), третьего (в) типгв: I - вхмний вал; 2 - генератор; Э - ру-хои! ланки

ектована: передач!. Осмльки аапропонована передача не мае реаль-них аналогов, то програмоп експериментальних дослхднень передбаче-но р1вення таких задач: тдбхр матер1ал1в для виготовлення генератора, рухомих ланок, обойми та зубчастого колеса; вибгр рац1опально I геометр! I елема»т1в 8ачеплення; визначення фактичжп багатопар-ноот! зачегцення; встановлення законом!риостей розшшлекня шгта-мих «авантажень в зачепленнх. Виходячи з задач експериментальних дослхджекь та умов проведения випробувань, в якостх об"сктхв дос-Л1джень були вибранх д1юч! модел! 'передач з рухониаи ланками р!з-них конструктивах виконань, як1 призначен! для роботи з' вибхйинки двигунами в умовах овердловини. Ця обставииа виэначила виб!р комплексу вимгрввал ьно 1 ,апаратури для ресстрацН нижченавёдених параметров. Так, при П1дбор1 матерхалхв пар тертя передач! рееструва-лноя так! параметр«: зусилля притискання зубця до диску; момонт тертя та поверхнева температура нерухоного зубця. Випробузання проводилися при навантаженнх, но в!дпов1дас реальним умовам роботй передачх. Наводиться результата експериментальних досл1джень по идбору пар тертя. Можливть викорнотанил иатер1ал!в для пари тертя попередньо оц1иввалася за величиной допустимого питоиого на-вантакення. Зносост!йк!сть дослхджуваних мат о р{ ал! в визначалася за величиноп насового зновення зразкхв. Для ЛРЛ найбоьа доц!льни-ми матер!алами для пари тертя рухома ланка-генератор е: сталь 65Г-сталь ВДХ та сталь Х12М-сталь ХВГ при твердост1 ланок НЕс 57-62, а генератора - НВс 51-60 з ресурсом Н роботи приблизно до 10 тис. годин. При 0Ц1иц1 роботоздатиост! ПРЛ ресструвалиоя там параметра: частота обертакня вх!дного вала передач! ! потухнуть приводу. Наводиться загальний вигляд стенду для випробувань передач з рухоми-ми ланками, а також вузли. Описана робота стенду, ПРЛ та двах-

колодкового гальна, яке грае роль навантажувального доол1джувану передачу пристров. Коефгцхинт корисно! дИ ПРЛ визначали, опирап-чись на эалеянготь N^.=4». ^ Ь •

деМ^- потужнготь гальмування, тобто, потужнхеть, яку розвивае гальмгвний пристр!й; Мел" потужнхеть, яку споживае електродвигун в процесс! гальмування; ^ - 1ВД коробки, передач та ПРЛ. 3

Ьгаого боку, потутмиоть гальмування дорхвнве

мтр-м.

■тр

со.

деМтр- гальмхвккй кокент, цо створос двохколодкове галько стенду; (О - кутова ввидк1сть гальмхвного барабану. Тодг

г I.

де Пех - частота обертання вала електродвигуна, хв ткп аередавальне в1дновення коробки зм1ни передач та доел1джувано! ПРЛ. За даними експеримант!в були розраховак! значения ККД ПРЛ. Результат» розрахушив наведен! на рис. 6, з якого вип-ивае, ко 31 збхль-

0,685

фЗЗ ортг

ч к

ч. ч

-й >7

17

Рис. 6

19

«21

¿ЗМ.

шенням навантаження та частоти обертання вх1дного вала ПРЛ II ККД падае, цо пов"язано з1 зро-. отанням втрат на терпя в К1не-матичних парах доолхдясувано1 передач!. Зменяення втрат на тертя ножна дооягти викорно-танням йненатичних пар а тер-*ям кочешм (занхоть тертя ков-* эання), а та кож иляхом зб1льяен-ня багатопарноотг зачеплення. Експеринентально вотаиовлено, . ТР» вд б! ля 17 $ спокивано! потуж-Й^Г^'^^к'^ витрачаегьоя в зон* за-

роботи: I, 2, Э, ч - вхдпаииае чеплення рухомох ланки з зуб-частот! обертання вх{д«ого вала по- ,,„.„.„, _1„„-„ рада41 225/466. 852 та 1410 1/хв частим В1ИЦ0М-

3 метоп виявлення найбхльа

рзц!ока.»ы(ого проф!лв зубц{я зубчаотого в!нця, а такок вершини ру-хомо1 ланки, во входить в зачеплення, були виготовленх та внпробу-ван! чотири рханих конструктивннх вар!анта ПРЛ. Доол!дження показали, £50 форма 1 проф{дь о.чвмент1в ПРЛ, ио зиаходяться в контакт!, кайяо пе ппливавть на Н 1Щ (рис. 7). Проте на ККД передач! великий сплив нас використаиня розпод!лввача иавантакення (рнв. 7, криса 4), яке обуиовлпе зростання багатопарноет! зачеплення, а отже, гмэняения навантажвност! передач! !, як наслхдок, сил опору. Як ви-

а

штз о,а5

___

1 -4-

—т

Граф1ки залежност! коеф!Ц1Снта KopMCKoi д;1 р1з;иП< конструктивних sapiaHTiB ПРЛ В1д частоти обертання i i вхшюго вала

пливап s рис. 1, оптималъний режим роботи ПРЛ ыд по-bí дао оптимальному режиму роботи штчизняних турбобуров (Ti » - 450 хв-1).

При влзначэи-hí фактично! ба- •

__ гатопарност! за-

ЮООппм* чеплення а ПРЛ

рееструвалися та-kí параметри: су-марна к1льк1сть

контакт1в; сила струму, то споживасться приводом, i напруга на об-мотхах електродвигуна приводу. В ход1 дослЦжвнь за допомогою елэк-тронного л1чильного пристрою фисувалася сунарна киькдсть контак-tíb рухомих ланок ПРЛ з зубчаотим bíhubm для кэжно1 cepii доел iд:в окремо. Статиотична обробка експаринентальних даних проводилася при дов1рливхй ÍMOBipHOCTÍ 0,95. Експэриментальн1 данх фактично1 бага-T0napH0CTÍ порхвнввалися з теоретичиоп (рЦхияеиня для ПРЛ з розпо-д1л»вачем навантаження не перевищуе 0,9 í).

На рис. 3 наведен1 результати динамхчних випробувань ргзних конструктивних вархантхв ПРЛ. 3 рис. 8 випливас, «о використания розпод1ловача навантаження третього типу при рад1ально вотановле-них в обоймх рухомих ланках (3-1Й конструктивний вар1ант) знжкуи споживану приводом передач! поту*н1сть в середньому на 26,8 %. В ПРЛ з похилими ланками при жорсткому з'Ч;днанш генератора я ведуч;ш валом (6-ий конструктивний вар1ант) споживання потужност1 знизилосч в середньому на 7,9 % в порхвияши з конструкцию, до мае рад1ально встановленг рухомг ланки (I-ий конструктивний вар1ант). Найкраадо» в дано! точки зору е передача з похилими рухомими ланками, цо ма>. розподхлювач навантаження третього типу. На ochobÍ експерименталь-них доелгджень зроблвннй вионовок про те, щи еднохвилъош передач! В1др1знявться охлыа високов фактичное багатопарн!птю зачеплення. При встановленм закономерностей розпод1лу питоиих навантажень ь зачеплвнн1 ПРЛ була використана оптико-поляримцМна установка íhc титуту мэхан1ки АН Укради, за допемогою яксн ресструвалися та*1 параметри: навантаження, во приклядаються до модадх, та кхьькхсть смуг хнтерференц:i б зон! контакту. На рис. 9 наведен» кпп~!<ии-*>г-

конотруктивних варханив доол1дауваних передач з рухомими ланками (номер прямог ахдповтдао номеру конструктивного варианту ПРЛ)

Рис. 9 Картини гнтарфвранцхйних емуг для моделей ПРЛ: а - при жорсткому з"еднанн1 генератора з вхгдним валом; б - передача мхетить розподг-ловач навантаження третьего типу

s.

{

0х-

Ж

терфвретдйних смуг, отриманх шд час досл1джень двох моделей ПР2, 3 рис. 9 наочно видно, шо використання розпод1лввача навантажбння сприяе П1двиценнв багатопарностх зачеплення; Пхсля визначення Ц1ни подхлу однхс1 смуги були розрахован1 контакт тиски мхж рухомими ланками та зубцями зубчастого колеса, по значениях яких побудован! ; елюри (рис. Ю). 3 рис. 10 випливае, цо навантаженхсть передач: а !

розподхлввачен навантаження приблизно с 1,2 рази менша. По даних оптико-йоляри-заЩйних дослхджень були розрахованх коеф1Ц1снт.и нер1Ёном1рностх розпод!лен-ня навантаження' для ПРЛ з жоре г кий кр!-пленняк геьераторр на вх!дному вал: I для передач!, цо метить розпод1лввач : навантаження(24 " 1,58; 1.37). Порхвняння эначень зазначених коеф1цх-ент1в евхдчить про б1льш р1вном1рне роз-под1лення контактних тиск1в в ПРЛ, ео М1стить розшдалввач навантаження.

В четвертому розд1Л1 докладно роа-глянут! методи та засоби, во забеапечу-ють роботоздатнхеть. передач з рухомими ланками. В силу специфтки передач! пхд час II проектування довелося вир1шувати-ряд конструктивных тя тек-нолог1чних задач. Одн!св з конструктивних задач с. зампш в К1нема-, тичмй пар1 рухома ланка-генератор тертя ковзання на тертя кочення. Для цього в зазначен1й передач! використано гнучкий кульковий П1Д-оипник. Це ломхтно зменшило зношення спряисених деталей. Технолог!ч-Н1 задач! зводилися до правильного пхдбору матер!шли та технолог!! виготовлення таких деталей ПРЛ: обоими, впит зубчастого колеса, генератора та рухомих ланок. Шсля виготовлення г зборки проводи-лася обкатка ПРЛ на стенд! складвльно1 Д1лышц1 з метов приробкн !! деталей. Для визначення геометри'-ийх ппраметрхв и1нця зубчастого колеса складений алгоритм розрахунку на ЕОМ координат точок його проф1лв. При цьому розраховувалиоп: кутовий крок генератора, який в!дповхдас профос зубая М1ж його д1<оиа оус1ДН1ми точками; граничн! значения кута повороту, а також кутхве^та^ .

Осмльки розроблена передача прияначена для роботи в умовах бурхння свердловини, то для забезпечення II роботоздатноот! перед-бачен1 конструктивн! заходи, ко виклочавть можлив1сть попадания глинистого розчину в корпус редуктора. Наведен! особливостх Г1драв-л1чного захисту ПРЛ та конетрукцН герметизатор!в р!зних типхи.

1 а. э 4___IjA 5 4 5;

Рис. 10 Еппри нормальних THCKiB, ио вини-касть в зон1 зачеплення ПРЛ по довжин! контакту: а - генератор жорстко з"сднаний з ведучим валом; б - передача Mic-тить розлодхлввач навантаження третього типу; I, 2, 3, 5 - номери рухомих ланок, «о ввшшли в : зачеплення

розроблен! при участ! автора, що мають д!афрагмовиЯ, поршиьовий компенсатори або виконан! з в}докремленим живленням сальникових ущ!льнень.

П!д час бур!ння свердловини можлив! Йагатократн!, р{знг за тривал!стю перенавантаження, як! пов"язан! з1_зм!нною твердхст» по-р!д, що обумовлюс пропорц!йнб п!двищення сил тертя в к!нематичних парах рухома ланка-генератор, рухома ланака-обойма,'рухома ланка-зубчастий в!нець, ! як насл!док, зростання !хньо! об"емно! температуря. Окр!м того, з! &б!лыленням глибини свердловини температура на вибо! п!двищуеться. Найб!лып небезпечним е п!двищення об"емно! температуря в к!нематичн!й пар! рухома ланка-о'бойма. Все цв визна-чило необх!дн!сть теплового захисту розроблено! ПЕЛ з метою обме-кення зростання П об'емно! температури вище допустимо!. Обмежсння •гепловоТ навантаженност! передач! досягаеться'застосуванням високо-ефективного охолодження. При цьому охолоджукгчт пристроТ повинн! маги не т!льки високу теплопоглинаючу властив!сть, але й в зв"язку з духе обмеженими буд!вельними поперечными о(5"емами ПРЛ бути досить компактними. Найб!льш прийнятними для цього випадку е теплов! трубки.

3 останньому питанн! розд!лу розгляиут! конструкц!! та галуз! пикористання передач з рухомими ланками. Наведен! р!зноман!тн! конструкц! Г ПРЛ. В!дзначено, що галуз! техн!ки, де чожуть використову-ватися передач! з рухомими ланками, досить р!знокан!тн!: загальне, транспЪртне та нафтове катинобудування, приладобудування, та !н.

Лромиолов! випрбування розроблено! редуктор-вставки проводи-лиоя на свердловипах Лолинського УБР з турб!ннин та електротур-Л!нним бур!нням. Редуктор-вставки кали так! вих!дн! дан!.

Таблиця 2

Ооновн! параметра редуктора-вставки

Параметр« Свемловина

Тип генератора Нерухомий олемент К!льк!сть г>ухоиих ланок в обойм! ( 2В ) Кхль^сть зубц!в на зубчав-тому колес! ( 21) Передавальнэ в!диовенкя Потуян!оть, кВт двохвильовий зубчаотв колесо 20 22 18 20 10 II 53 72

Продовження табл.2

Параметри Свеоллов иня

(турбобур Т1Ж-ЗД

Габарити, мм д!аметр довжина Наса, кг Комплектнхеть Проходка 240 3438 875 Герметизатор з пор-шньовим компенсатором . У ' - 81 2235 ' 560 93

Досл1джуван1 ПР1 втдпрацввали в свердловииах по 106 та 108 ГОДИ* В1ДП0В1ДН0.

ВИЗНОВКИ

В результат! теоретичних доол!дж§иь розроблена конотрукц!я комб!новано1 передач!, яка об'еднуе переваги хвильових та плане-тарних редуктор1в. При тому: ( 1)вивчена и (передач!) структура та геометр!я основних робо-• чих деталей. Внведви! залежносм для роврахунку геометричних параметр^ елем«нт1в зачеплення;

2)розглянута мнематика та динам!кс передач! з рухомими ланками, проведено синтез 1! зубчаотого зацепления. Одержан! р:вняшш для анал1тичного визначення теоретично! багатопарност! зачеплення, а також залежност!, як! описувть умови безв!дривного пером!цення рухомо! ланки на против! повного оберту генератора для одно- та двохвильово! передач!;

3)теоретично проанал!зовена силова та теплора навпнтаженкть ПРЛ. Наведен! умови, при яких передача працюе в режим! самсгаль-мування. Вхдмхчено, по для запобхгання вказаного явиид ннобхмно, щоб кути тиску на зубчестому В1НЦ1 та генератор! знаходинноя в мехах <. (вь0г)-с 90°-24',

тобто були депо б1льив кута тертн. Зпдно э результатами топлоьих розрахунк1г тривалхсть бозпврервнэ1 роботи розроблгно! г.ере-дач! досягас 253 годин и з наступнов перервою тринал1стп до Ь годин;

4)прбанал!зован1 характеристики мпшост! осноьних рабочих деталей ПРЛ та отринам залежност! для 1хньсго проектувального роз-рахунку;

5)розроблена методика розрахунку переда'' з рухомими ланками, яка закхнчуеться визначенням П ККД, складений алгоритм роярахуи-ку ПРЛ за вказанов методикоп.

Експэриментальн! досшдження р!зних копструктияних вартаитгЕ ПРЛ мдтвердили роботоздат1исть поредей в и I.лону. При цьому:

1) проведено рац1ональнкй виб1р матар1алгв для виготавлення к!нематичних пар тертя ковзання генератор-рухома ланка, рухома ланка-обойма, рухома ланка-зубчастий в1нець. Найбхльи придатними а пари: сталь 65Г-сталь 40Х та сталь Х12М-сталь ХВГ при твердост1 ланок НКо 57-62, генератора - ННо 51-60 з ресуроои роботи до 10 тио. годин;

2) досл1даено вплив профгло та геомегрН елементгв эачеплення, а також жорсткост1 прунних елеменпв на коефхцхент корисног дН ПРЛ. Встановлено, до найб1лып ефективним пляхом пхдвищення ККД в передачах даного типу в зам{на тертя ковзання на- тертя кочення в кпюматичшй пар1 генератор-рухома ланка. Результати експеримента-льних дослгджень показали, що до 17 % потужнооп, споживано: передачею, в-рачасться в к!иематич1НЯ пар! тертя рухома ланка-зубчастий в!нець;

3) эдэржанх граф1чн1 залежност1 ККД ПРЛ вгд чаототи обертання вххдного вала передач! та степен1 ii навантаженост1. 31 зб1лывенняи вказаних парамэтр1в ефоктнвн!стъ передач! падав, бхлыаий вплив на величину ККД мае частота обертання вхтдного вала редуктора;

4) розробленг та випробуван1 р!зн1 конструкци розпод1лпвач1в навантаження. Доведена доц1льн!бть !х використання в зв"язку э п1д-вмщенняк багатопарнос-м зачеплвння та ККД передач:. 3 використанням розпод{лпвача навантаження фактична багатопарн!сть зачеплення зб1-льаилаоя на 69,1 % в двохйильових передачах та'на 58,3 % - в одно-хышовнх;

5) э використанням метода фотопруяноот1' встановлена як1сна картина розподглення питомих навантажень в зон} зачеплення. Показано, во рухом! ланки передач! з розтшлювачем навантаження наван-тпиен! мение I бгльа р!вном1рнэ. Коеф1ц1ент нзр1вном1рност1 розпо-д1лення навантаження в ПРЛ без розпод1лпвача навантаження становить 1,58, а при використачн1 розподЬовача знизивоя до. 1,37. Кр1м того, навантаженгсть породачг в цглочу з розпод1лввачем навантаження при 1нших рхяних умовах в 1,2 рази менша. Таким чином, використання роа-подхлювача Л1двицус. эдатнхеть до оприйнання навантадень;

6) розробленг та випробуван! коиструкцН герметизатор!в, що забезпечувть ИдравлйчннЯ захист редуктора-вставки вгд попадания в його корпус бурового розчику.

ДСНОВНИЙ 3MÍGT ДИСЕРТАЦП ВИКЛАДЕНИЙ В ТАКИХ ПРАЩШ

1. Лифанов Ю.Н., Вольченко А.И., Луцык И.Т. Расчет и конструирование передач с подвижными зубьями. - Ивано-Франковск, 1989. -

- 63 о. / Рукопись представлена Ивано-Франковск, ин-том нефти и газа. Деп. УкрНИИНТИ 12.07.89. »1797. - Ук. .89;

2. А.с< № I7003I6 ( СССР ). Реверсивная волновая передача о подвижными зубьями / Ивано-Франковок. ин-т ,нефти и rasa; авт. изобр. Ю.Н.Лифанов, А. И.-Вольченко, И, Т.* Луцык и др. - Заявд, 17.07.89, » 4720184; опубл. в Б.И.К <»7, 1991.

3. Лифанов D.H., Лифанова М.А., Луцык И.Т. Оценка тепломгрук^ннво-ти редуктора-вставки к турбобуру. - йвано-}ранковок, 1964. —

- 12 о. / Рукопись представлена Ивано-Франковск, ин-том нефтн • и газа. Деп. УкрНИИНТИ 18.04,В4, » 710. - Ук.В4.

4. Лифанов D.H., Луцык И.Т., Марциновская H.H. К вопросу синтеза зубчатой передачи с подвижными зубьями. - Ивано-Франковок. Т9Я4. - 14 е. / Рукопись представлена Ивано-Франковок. ки-тол недт; и газа. Деп. УкрНИИНТИ 21,12.84. » 2Д43. - УеГ. 84.

5. Липкие; D.H., Реймврс H.A., Луцык И.Т. К вопросу динамики зубчатой ¡передачи с подвижными эубьями. - Ивано-Франковок, 1957,--13 с. / Рукопись предотавлена Ивано-Франковск, ин-том нефти и газа. Деп. УкрНИИНТИ 04.11.87. К 3037. - Ук. 8У,

6. Луцик I.T. Силова' «авантажен!сть xeujucuoí передач! з рухомими зубцями//Тези науково-технхчног конференцп професорсько-викла-дацького складу гнституту нафти i газу. - 1вано-Франк!вськ, 1992. - е.98.

АННОТАЦИИ

Луцык И.Т. Разработка и исследования работоспособности редуктора-вставки для забойных двигателей.

Диссертация является рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.U4.O7 - машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности. Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковок, 1995.

Защищаетоя I бропяра, I авторское свидетельство на изобретение, 3 статьи и I тезисы доклада.

Создан новый тип '¿о ре дачи с подвижными звеньями (ППЗ), объединяющий преимущества волновых и планетарных редукторов. Изучена геометрия и проведен "синтез передачи, что позволило установить рациональный профиль элементов зацепления и их основные, геометрически^ размеры. Теоретически исследована кинематика, диламика,.а также силовая и тепловая нагруженности ППЗ, на оснований чего ориентировочно установлены жесткость упругогб элемента, обеспечивающего постоянный контакт подвижных звеньев с ценератором передачи, а также время ее беспрерывной работы. В ходе экспериментальных испытаний оаэличных конструктивных вариантов ППЗ получены зависимости КЦЦ передачи от частоты вращения ее входного вала и степени нагруженности. Оптико-поляризационные исследования, проведенные на моделях ППЗ, позволили установить качественную ' картину распределения удельных нагрузок в зоне'зацепления и еще раз подтвердили целесообразность применения распределителя нагрузки.

Клю«ов1 слова: pyxoMi ланки, розпод^лпьач навантаження, ба-6araTonapHtcTb зацепления.

ANNOTATION ТО THESIS "Development and Investigatipn of Inner Reduction Gear Perfonance for Dottoa-Dole Engines"

by Luts'ik I.T.

The thesis set forth baiow present! a nsnusoript for a Master's Dsgree,- 05.04 .07 - "Machines and Drilling Units", Ivano-Frankovsk State Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankovsk, 1994.

Defence: I booklet, I autor's certificate, 1 ahstractof paper, 3 articles.

А лея node 1 (type) of a near with moving links (GHL) demonstrating the best properties of wave and planetary reduction sears was designed. Geometry and gear synthesis were studied anil carried out that permits to olefine a rational profile of gear elements, and hence their main dinenaions.

Kinematics, dynamicsas well as power and thermal loads were investigated theoretically, and hence an approximate stiffness of the elastic element was determined which provides a permanent contact between nnving links and a g^ar generator, and its trouble-free operatine tine. Vfhile pilot testing of different GML types the dependnnce of the gear efficiency on input shaft rotation frequency and a degree of load!п.- sere Jtetermined. Optical pola-rizaticn experiments with 0¥t (gears with moving litiks) permit to define load distribution in the engagement zone to a highest degree of accuracy and prove the necessity of a load distributor being applied here.