RU2357130C2

RU2357130C2 - Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works

Info

Publication number: RU2357130C2
Application number: RU2007111242/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Вольченко (UA); Александр Иванович Вольченко; Евстахий Иванович Крыжановский (UA); Евстахий Иванович Крыжановский; Николай Александрович Вольченко (RU); Николай Александрович Вольченко; Дмитрий Александрович Вольченко (UA); Дмитрий Александрович Вольченко; Ирина Орестовна Бекиш (UA); Ирина Орестовна Бекиш
Original assignee: Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-05-27
Also published as: RU2007111242A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention is related to the field of machine building and may be used in belt-block brakes of draw works. Method for control of specific loads consists in the fact that depending on diametre of brake wheel and wrapping angle of its working surface in specified friction units, ratio is defined between coefficients of mutual overlapping. Coefficients of mutual overlapping are characterised with areas of working surfaces overlapping in tight and slack strands of brake wheel working surface belt. Ratio of mutual overlapping coefficients is equal to ratio of specific loads developed in strand pads. Value of specific loads ratio is used to decide how many more pads should be there on tight strand of belt compared to the slack one. In order to determine permanent pitch between friction pads, on every strand of belt in its ends pad is installed, and in its middle part - pad, halves of which are related to the end of tight strand and beginning of belt slack strand. Afterwards equal wrapping arcs of strands are determined. Length of tight and slack strands pads are distracted from common length of wrapping arc and divided into number of gaps between strands.

EFFECT: improved performance parametres of friction units in belt-block brakes, and also increased resource of pads, by control of specific loads redistribution between strands of brake belt due to variation of interaction areas on them, ie number of pads that have different permanent gaps in every belt strand.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.The invention relates to mechanical engineering and can be used in tape-shoe brakes of drill hoists.

Известен ленточно-колодочный тормоз, в котором использованы тормозные ленты с равномерным шагом установки на них фрикционных накладок. Равномерное расположение фрикционных накладок по дуге обхвата при неравномерном распределении усилий натяжения тормозной ленты, а также неравномерном распределении нормального усилия на рабочие поверхности фрикционных накладок и, как следствие, удельных нагрузок при взаимодействии пар трения приводит к тому, что наиболее слабое звено пары, т.е. рабочие поверхности фрикционных накладок, имеют неравномерный износ. При этом на набегающей ветви ленты они изнашиваются значительно быстрее, чем на сбегающей [1, аналог].A tape brake is known in which brake tapes with a uniform pitch of installing friction linings on them are used. The uniform arrangement of the friction linings along the arc of the girth with an uneven distribution of the tension forces of the brake belt, as well as an uneven distribution of the normal force on the working surfaces of the friction linings and, as a result, specific loads during the interaction of friction pairs, leads to the weakest link of the pair, i.e. . the working surfaces of the friction linings have uneven wear. At the same time, on the running branch of the tape they wear out much faster than on the running branch [1, analog].

Для достижения некоторого выравнивания величин износов рабочих поверхностей фрикционных накладок, установленных на набегающей и сбегающей ветвях тормозной ленты, было предложено компановать накладки на ленте с неравномерным их размещением на дуге обхвата, увеличивая шаг установки накладок в направлении от набегающей ветви ленты до сбегающей. Основным принципом при определении величины шага между накладками является выравнивание удельных нагрузок на их поверхностях на двух ветвях. В этом случае материал накладок будет использоваться более рационально вследствие уменьшения того его количества, которое идет на выбраковку [2, прототип].To achieve some leveling of the wear values of the working surfaces of the friction linings installed on the running and running branches of the brake belt, it was proposed to line the linings on the tape with their uneven placement on the grasping arc, increasing the step of installing the linings in the direction from the running branch of the tape to the runaway. The basic principle in determining the step between the pads is the equalization of specific loads on their surfaces on two branches. In this case, the lining material will be used more efficiently due to a decrease in the amount that is used for rejection [2, prototype].

Основным недостатком данного способа является то, что он не дает ответа на вопрос, в каких границах изменения удельных нагрузок можно осуществлять разгрузку сбегающей ветви ленты тормоза, догружая при этом ее набегающую ветвь.The main disadvantage of this method is that it does not provide an answer to the question of the extent to which changes in specific loads can unload the runaway branch of the brake belt, while loading its oncoming branch.

При аналитическом решении задачи компановки фрикционных накладок с переменным шагом на дуге обхвата тормозной ленты было установлено, что зазоры между накладками набегающей ветви ленты подчиняются закономерности арифметической прогрессии, а на сбегающей ветви - геометрической прогрессии [3, прототип]. Однако при таком способе компоновки фрикционных накладок на тормозной ленте ее набегающая ветвь будет иметь большую жесткость, чем сбегающая, что существенно скажется на эффективности действия тормоза.When analytically solving the problem of arranging friction linings with a variable pitch on the arc of grasping the brake belt, it was found that the gaps between the plates of the running branch of the belt obey the laws of arithmetic progression, and on the descending branch - geometric progression [3, prototype]. However, with this method of arranging the friction linings on the brake belt, its oncoming branch will have greater rigidity than the offending branch, which will significantly affect the effectiveness of the brake.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие отличительные признаки:Compared with the analogue and prototype, the proposed technical solution has the following distinctive features:

- устанавливаются границы изменения удельных нагрузок на рабочих поверхностях фрикционных накладок в интервале дуг обхвата набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты для догрузки первой и разгрузки второй;- the boundaries of changes in specific loads on the working surfaces of the friction linings are set in the interval of the arcs of the girth of the incoming and outgoing branches of the brake belt for loading the first and unloading the second;

- существенно упрощается способ определения аналитическим путем зазоров между накладками по дуге обхвата тормозной ленты;- significantly simplifies the way to determine analytically the gaps between the linings along the arc of the circumference of the brake band;

- увеличивается общая деформация набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты за счет увеличения зазора между накладками и, как следствие, будет большей разность S_н-S_c, т.е. сила трения на взаимодействующих поверхностях;- increases the total deformation of the running and running branches of the brake band due to an increase in the gap between the linings and, as a result, there will be a larger difference S _n -S _c , i.e. friction force on interacting surfaces;

- обеспечивается поддержание постоянного зазора между рабочими поверхностями фрикционных накладок и рабочей поверхностью тормозного шкива за счет введения дополнительной подрессорной оттяжки на набегающей ветви тормозной ленты.- maintains a constant gap between the working surfaces of the friction linings and the working surface of the brake pulley due to the introduction of an additional sprung guy on the running branch of the brake belt.

Целью настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных параметров фрикционных узлов ленточно-колодочных тормозов, а также увеличение ресурса накладок путем управления перераспределением удельных нагрузок между ветвями тормозной ленты за счет изменения на них площадей взаимодействия, т.е. количества накладок, имеющих между собой разные постоянные зазоры на каждой из ветвей ленты.The aim of the present invention is to improve the operational parameters of friction assemblies of tape-shoe brakes, as well as to increase the service life of pads by controlling the redistribution of specific loads between the branches of the brake belt by changing the areas of interaction on them, i.e. the number of overlays having between themselves different constant gaps on each of the branches of the tape.

Поставленная цель достигается тем, что в зависимости от диаметра тормозного шкива и угла обхвата его рабочей поверхности в заданных фрикционных узлах определяют соотношения коэффициентов взаимного перекрытия, характеризуемых площадями перекрытия рабочих поверхностей накладок набегающей и сбегающей ветвей ленты рабочей поверхности тормозного шкива, которое равняется отношению удельных нагрузок, развивающихся на накладках ветвей, по значениям которого судят, насколько должно быть больше накладок на набегающей в сравнении со сбегающей ветвью ленты, после чего для определения постоянного шага между фрикционными накладками на каждой из ветвей ленты на ее концах устанавливают по накладке, а в ее средней части накладку, половины которой относятся к концу набегающей и началу сбегающей ветвей ленты, и после чего определяют дуги обхвата ветвей, являющихся равными, а затем из общей длины обхвата вычитают ширину накладок и полученную разность делят на количество зазоров между накладками набегающей и сбегающей ветвей ленты. В дальнейшем в зависимости от значения соотношения количества фрикционных накладок на набегающей и сбегающей ветвях ленты вводят дополнительную подрессорную оттяжку на ее набегающую ветвь для обеспечения постоянного зазора между парами трения тормоза.The goal is achieved in that, depending on the diameter of the brake pulley and the angle of grasp of its working surface in the given friction units, the ratios of the mutual overlap coefficients are determined, which are characterized by the overlap areas of the working surfaces of the lining of the running and running branches of the tape of the working surface of the brake pulley, which is equal to the ratio of specific loads, branches developing on overlays, by whose values it is judged how much more overlays should be on the running in comparison with the runaway branch of the tape, after which to determine the constant step between the friction linings on each of the branches of the tape at its ends, install on the pad, and in its middle part the pad, half of which belong to the end of the oncoming and the beginning of the runaway branches of the tape, and then define the girth arcs branches that are equal, and then the width of the overlays is subtracted from the total circumference of the girth and the resulting difference is divided by the number of gaps between the overlays of the rolling and running branches of the tape. Subsequently, depending on the value of the ratio of the number of friction linings on the running and running branches of the belt, an additional sprung guy is introduced on its running branch to ensure a constant gap between the friction pairs of the brake.

На фиг.1 показана кинематическая схема буровой лебедки; на фиг.2 - кинематическая схема ленточно-колодочного тормоза с постоянным шагом установки фрикционных накладок на дуге обхвата тормозной ленты; на фиг.3 - поперечный разрез фрикционного узла тормоза; на фиг.4, 5, 6 проиллюстрированы этапы компоновки накладок на дуге обхвата тормозной ленты и ее основные и дополнительные подрессорные оттяжки.Figure 1 shows the kinematic diagram of a drawworks; figure 2 is a kinematic diagram of a tape-shoe brake with a constant step of installing friction linings on the arc of grasping the brake belt; figure 3 is a cross section of a friction brake assembly; figure 4, 5, 6 illustrates the steps of the layout of the linings on the arc of the grasp of the brake belt and its main and additional sprung guy.

Условные обозначения: R_ш - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; ω - угловая скорость вращения шкива; S_н, S_c - натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты; F_p - усилие, прикладываемое бурильщиком к рычагу управления тормозом; r - радиус кривошипа коленчатого вала.Legend: R _W - radius of the working surface of the brake pulley; ω is the angular speed of rotation of the pulley; S _n , S _c - the tension of the running and running branches of the brake tape; F _p - the force exerted by the driller to the brake control lever; r is the radius of the crank of the crankshaft.

Серийный ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки содержит рычаг управления 1, тормозные ленты 2 с набегающей (I) и сбегающей (II) ветвями, на которых установлены фрикционные накладки 3 с постоянным шагом. Тормозные ленты 2 с накладками 3 посажены на тормозные шкивы 4 барабана 5. Тормозные ленты 2 со стороны набегающих ветвей (I) прикреплены к шатунным шейкам 6 и 7 коленчатого вала 8, а другим концом (со стороны сбегающей ветви (II) лент 2) - к балансиру 9. Управление тормозом буровой лебедки осуществляется также подачей сжатого воздуха через кран 10 бурильщика в пневматический цилиндр 11, шток которого соединен с одной из шеек коленчатого вала 8 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре 11 и регулируют поворотом крана 10 бурильщика.The serial winch tape and shoe brake contains a control lever 1, brake belts 2 with oncoming (I) and escaping (II) branches, on which friction linings 3 are installed with constant pitch. Brake tapes 2 with linings 3 are mounted on the brake pulleys 4 of the drum 5. Brake tapes 2 from the side of the incoming branches (I) are attached to the connecting rod journals 6 and 7 of the crankshaft 8, and the other end (from the side of the running branch (II) of the tapes 2) - to the balancer 9. The control of the winch brake is also carried out by supplying compressed air through the driller's valve 10 to the pneumatic cylinder 11, the rod of which is connected to one of the necks of the crankshaft 8 of the brake. The pressure value of the compressed air in the pneumatic cylinder 11 and adjust the rotation of the crane 10 of the driller.

Серийные ленточно-колодочные тормоза буровой лебедки работают следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает тормозные ленты 2 с фрикционными накладками 3 и они садятся на тормозные шкивы 4. При этом почти все неподвижные накладки 3 тормозных лент 2 взаимодействуют с рабочей поверхностью вращающегося тормозного шкива 4. Полный цикл торможения завершается остановкой тормозных шкивов 4 с барабаном 5. При неравномерном изнашивании фрикционных накладок 3, установленных на лентах 2, балансир 11 в момент торможения несколько отклоняется от горизонтального положения 2, обеспечивая при этом равномерный и одновременный обхват ими тормозных шкивов 4. Благодаря шаровым шарнирам передача нагрузок от тормозных лент 2 к балансиру 9 при этом не изменяется. При этом по мере износа фрикционного материала каждая накладка будет смещаться в направлении сбегающего конца тормозной ленты 2.Serial tape-shoe brakes of a drawworks operate as follows. By moving the handle 1, the crankshaft 10 is rotated, as a result of which the driller tightens the brake bands 2 with the friction linings 3 and they sit on the brake pulleys 4. Moreover, almost all the fixed brake linings 3 of the brake bands 2 interact with the working surface of the rotating brake pulley 4. The full cycle braking ends by stopping the brake pulleys 4 with the drum 5. In case of uneven wear of the friction linings 3 mounted on the belts 2, the balancer 11 at the time of braking slightly deviates from the horizontal ntalnogo 2 position, while providing a uniform and simultaneous girth of the pulley 4. Brake With Ball joints transfer loads from the brake bands 2 to 9 wherein the rocker is not altered. In this case, as the friction material wears out, each lining will shift in the direction of the running end of the brake band 2.

При определении расчетным путем рационального количества фрикционных накладок 3, устанавливаемых с разным постоянным зазором на набегающей (I) и сбегающей (II) ветвях тормозной ленты, определяют коэффициент взаимного перекрытия контактирующих поверхностей отдельно для каждой из ее ветвей. Поскольку коэффициент взаимного перекрытия пропорционален произведению площадей контактирующих поверхностей трения, то отношение

равно отношению удельных нагрузок, возникающих на набегающей (I) (p_H) и сбегающей (II) (p_C) ветвях тормозной ленты. Таким образом, по величине отношения

можно определить, на сколько больше фрикционных накладок необходимо установить на набегающей ветви (I) ленты 2, чем на сбегающей (II).When calculating the rational number of friction linings 3 installed with different constant clearance on the incoming (I) and escaping (II) branches of the brake belt, the coefficient of mutual overlap of the contacting surfaces separately for each of its branches is determined. Since the mutual overlap coefficient is proportional to the product of the areas of the contacting friction surfaces, the ratio

equal to the ratio of specific loads arising on the running (I) (p _H ) and running (II) (p _C ) branches of the brake belt. Therefore, the largest ratio

you can determine how much more friction linings you need to install on the oncoming branch (I) of the belt 2 than on the runaway (II).

Первый этап заключается в таком размещении фрикционных накладок по рабочей длине тормозной ленты, которое позволяет однозначно наметить границу ее набегающей и сбегающей ветвей. Согласно фиг.4 на концах тормозной ленты 2 устанавливаем фрикционные накладки (а) и (б), а также одну накладку (в) в ее средней части, половины которой относятся к концу набегающей (I) и началу сбегающей (II) ветвей ленты 2. Установка фрикционной накладки (в) в средней части ленты 2 связана с тем, что при замыкании тормоза рабочая поверхность именно этой накладки первой начнет взаимодействовать с рабочей поверхностью тормозного шкива 4.The first stage consists in the placement of the friction linings along the working length of the brake band, which allows you to uniquely outline the border of its oncoming and descending branches. According to figure 4 at the ends of the brake tape 2 we install the friction lining (a) and (b), as well as one lining (c) in its middle part, half of which belong to the end of the oncoming (I) and the beginning of the runaway (II) branches of the tape 2 The installation of the friction lining (c) in the middle part of the belt 2 is due to the fact that when the brake closes, the working surface of this particular lining will first begin to interact with the working surface of the brake pulley 4.

Второй этап заключается в определении величины постоянного шага между торцами фрикционных накладок (а) и (б) на набегающей ветви (I) тормозной ленты 2. Сначала согласно фиг.5 определяют центральный угол

между торцами накладок (а) и (в). Для этого используют зависимость видаThe second step is to determine the value of the constant step between the ends of the friction linings (a) and (b) on the incident branch (I) of the brake belt 2. First, according to FIG. 5, the central angle is determined

between the ends of the pads (a) and (b). For this, a dependence of the form

где l - расстояние по дуге ленты 2 между торцами накладок (а) и (в); D - диаметр тормозной ленты (D=d_ш+2h_н); d_ш - диаметр тормозного шкива; h_н - толщина фрикционной накладки 3. В дальнейшем пользуются значением произведения ширины фрикционной накладки 3 на количество накладок (n), которые будут размещены на угле α₁. После чего от общей длины l набегающей ветви (I) ленты 2 отнимают длину, которую занимает намеченное количество накладок (n). Для распределения длины, которая осталась для постоянных зазоров между фрикционными накладками (а) для набегающей ветви ленты, используем зависимость видаwhere l is the distance along the arc of the tape 2 between the ends of the plates (a) and (b); D is the diameter of the brake tape (D = d _w + 2h _n ); d _W - the diameter of the brake pulley; h _n - the thickness of the friction lining 3. In the future, use the value of the product of the width of the friction lining 3 by the number of lining (n), which will be placed at an angle α ₁ . Then from the total length l of the running branch (I) of the tape 2, the length is taken, which takes the intended number of pads (n). To distribute the length that remains for constant gaps between the friction linings (a) for the incident branch of the tape, we use a dependence of the form

где l_H - длина набегающей ветви ленты; b_н - ширина фрикционной накладки (а). На этом второй этап заканчивается.where l _H is the length of the incident branch of the tape; b _n - the width of the friction lining (a). At this second stage ends.

Третий этап заключается в определении величины постоянного шага между торцами фрикционных накладок (в) и (б) на сбегающей ветви (II) тормозной ленты, который определяется из формулыThe third stage is to determine the value of the constant step between the ends of the friction linings (c) and (b) on the runaway branch (II) of the brake belt, which is determined from the formula

где l_C- длина сбегающей ветви ленты с (m) накладками на ней.where l _C is the length of the runaway branch of the tape with (m) overlays on it.

Третий этап ничем существенным не отличается от второго этапа. Использовав зависимость (1), в которой α₁=α₂, а также выражение (3), в которое необходимо подставлять вместо n обозначение m (количество накладок на сбегающей ветви (II) тормозной ленты 2). На этом третий этап завершается.The third stage is no different from the second stage. Using dependence (1), in which α ₁ = α ₂ , as well as expression (3), in which it is necessary to substitute the designation m instead of n (the number of overlays on the runaway branch (II) of the brake belt 2). This is the third stage ends.

На фиг.7 проиллюстрирован пример компоновки накладок на дуге обхвата тормозной ленты и ее основные и дополнительная подрессорные оттяжки. В тормозной ленте 2 выполнены продольные прорези 12, в которые установлены крепежные усики 13, с помощью которых каждая накладка 3 установлена на ленте 2. При этом каждая накладка 3 на набегающей ветви (I) и сбегающей ветви (II) тормозной ленты 2 ограничена с обеих ее торцов упорной планкой 14.Figure 7 illustrates an example of the layout of the linings on the arc of the grip of the brake belt and its main and additional suspension springs. In the brake belt 2, longitudinal slots 12 are made, in which the mounting antennae 13 is installed, by means of which each lining 3 is mounted on the belt 2. Moreover, each lining 3 on the running branch (I) and the running branch (II) of the brake belt 2 is bounded on both its ends by a persistent level 14.

При этом величина постоянного зазора между фрикционными накладками (б) сбегающей ветви (II) тормозной ленты 2 намного больше, нежели величина постоянного зазора между накладками (б) ее набегающей ветви (I).In this case, the constant gap between the friction linings (b) of the runaway branch (II) of the brake belt 2 is much larger than the constant gap between the linings (b) of its ramp (I).

В связи с тем, что весовая нагрузка на набегающую ветвь (I) тормозной ленты 2 увеличилась на величину отношения

для ее быстрого отвода от тормозного шкива 4, а также обеспечивая поддержания постоянного зазора между парами трения тормоза наряду с основными подрессорными оттяжками 15 применяют дополнительную 16.Due to the fact that the weight load on the incident branch (I) of the brake belt 2 increased by the value of the ratio

for its quick removal from the brake pulley 4, as well as ensuring the maintenance of a constant gap between the friction pairs of the brake, along with the main sprung braces 15, an additional 16 is used.

Таким образом, для целенаправленного перераспределения удельных нагрузок между набегающей и сбегающей ветвями тормозной ленты с учетом ее эксплуатационной возможности необходимо правильно определить расчетным путем количество фрикционных накладок, приходящихся на набегающую и сбегающую ветви тормозной ленты, и установить величины постоянных зазоров между накладками.Thus, for the purposeful redistribution of specific loads between the running and running branches of the brake belt, taking into account its operational ability, it is necessary to correctly determine by calculation the number of friction linings falling on the running and running branches of the brake belt, and to establish the values of the constant gaps between the plates.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Александров М.П., Лысяков А.Г., Федосеев В.П. и др. Тормозные устройства (справочник). - М.: Машиностроение, 1985. - 308 с. (рис.3.18, стр.121) [аналог].1. Alexandrov M.P., Lysyakov A.G., Fedoseev V.P. etc. Braking devices (reference book). - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 308 p. (Fig. 3.18, p. 121) [analog].

2. Злобин Б.А. Скоростная проводка скважин и резервы новой техники. - М.: Недра, 1977 - 309 с. (рис.100, стр.302) [прототип].2. Zlobin B.A. High-speed drilling of wells and reserves of new equipment. - M .: Nedra, 1977 - 309 p. (Fig. 100, p. 302) [prototype].

3. Вольченко Н.А. Динамика многопарных фрикционых узлов. - Ростов-на-Дону: Северо-Кавказский научный центр Высш. шк., 2005. - 238 с. (рис.6.7а, б, в, стр.206) [прототип].3. Volchenko N.A. Dynamics of multi-pair friction units. - Rostov-on-Don: North Caucasian Scientific Center Higher. school, 2005 .-- 238 p. (Fig.6.7a, b, c, p. 206) [prototype].

Claims

1. The method of controlling the specific loads on the branches of the brake band of the drawbar brake of a drawworks containing a brake pulley, a brake band with friction linings mounted on the on and off branches of the brake band, sprung braces for adjusting the gap between the working surfaces of the friction assemblies and a drive in that, depending on the diameter of the brake pulley and the angle of grasp of its working surface, the ratio of the mutual coverings, characterized by areas of overlap of the working surfaces of the lining of the running and running branches of the tape of the working surface of the brake pulley, which is equal to the ratio of the specific loads developing on the lining of the branches, according to which it is judged how much more lining should be on the running branch of the tape compared to the running, why to determine the constant step between the friction linings on each of the branches of the tape at its ends set on the pad, and in its middle part - the pad, half of which refer to the end of the running branch of the tape and the beginning of the running branch of the tape, and then the arcs of the girth of branches are determined to be equal, and then the length of the overlays of the running and running branches are subtracted from the total length of the girth arc and divided by the number of gaps between the overlays.

2. The method of controlling the specific loads on the branches of the brake band of the drawbar brake of a drawworks according to claim 1, characterized in that, depending on the ratio of the number of friction linings on the ram and ram branches, an additional spring brace is introduced on its ram ram to ensure a constant clearance between brake friction pairs.