RU2502900C2 - Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes - Google Patents

Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes Download PDF

Info

Publication number
RU2502900C2
RU2502900C2 RU2012105664/11A RU2012105664A RU2502900C2 RU 2502900 C2 RU2502900 C2 RU 2502900C2 RU 2012105664/11 A RU2012105664/11 A RU 2012105664/11A RU 2012105664 A RU2012105664 A RU 2012105664A RU 2502900 C2 RU2502900 C2 RU 2502900C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
friction
period
brake
friction pairs
pairs
Prior art date
Application number
RU2012105664/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012105664A (en
Inventor
Александр Иванович Вольченко
Николай Александрович Вольченко
Дмитрий Александрович Вольченко
Павел Александрович Поляков
Андрей Владимирович Возный
Original Assignee
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа filed Critical Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
Priority to RU2012105664/11A priority Critical patent/RU2502900C2/en
Publication of RU2012105664A publication Critical patent/RU2012105664A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2502900C2 publication Critical patent/RU2502900C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: thermal-contact interaction of working surfaces between brake pulleys and friction lining generates electric currents governed by sine law of flat electromagnetic wave variation at glow and spark discharge modes. Operating parameters of friction pairs vary in time with different amplitudes described for specific loads by period π, period of dynamic friction factor 2-π, period of surface temperature at heating and forced cooling π/2, as well as solitons, i.e. pulses with different wavelengths of period π in contact gap of friction pairs, wear of pulley rim working surface and that of friction lining π.
EFFECT: possibility to define operating parameters of friction pairs.
10 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.

Известно, что при заданной расчетной схеме ленточно-колодочного тормоза с четным количеством фрикционных накладок, неподвижно установленных на дуге обхвата тормозной лентой рабочей поверхности тормозного шкива, определяют угол β, указывающий положение произвольного радиуса - вектора ρi, относительно оси абсцисс, т.е. точку касания, а за тем и поверхность касания накладки со шкивом, с помощью зависимости вида sin β = 1 / ( δ Н + 8 )

Figure 00000001
, где δН - толщина фрикционной накладки; RН - радиус нерабочей поверхности фрикционной накладки; и по данной формуле выполняют расчеты при условии, что материал накладки не достиг величины допустимого износа [1, аналог]. Однако не указано закономерности изменения эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки.It is known that for a given design scheme of a tape-shoe brake with an even number of friction linings, which are fixedly mounted on an arc of a brake band around the working surface of the brake pulley, an angle β is determined that indicates the position of an arbitrary radius - vector ρ i , relative to the abscissa axis, i.e. the touch point, and then the touch surface of the lining with a pulley, using the dependence of the form sin β = one / ( δ N + 8 )
Figure 00000001
Where δ h - the thickness of the friction lining; R N is the radius of the idle surface of the friction lining; and according to this formula, calculations are performed provided that the lining material has not reached the allowable wear value [1, analogue]. However, the laws of the change in the operational parameters of metal-polymer friction pairs of the drawbar brake of the drawworks are not indicated.

Установлено, что управление нагруженностью пар трения ленточно-колодочного тормоза буровых лебедок производится как за линейными, так и нелинейными законами изменения частоты вращения тормозного шкива в зависимости от времени торможения [2, прототип]. При этом не показано конкретно по какому закону будут изменяться основные эксплуатационные параметры пар трения ленточно-колодочного тормоза.It was found that the control of the load of friction pairs of the tape-shoe brake of drawworks is carried out both according to linear and non-linear laws of changing the frequency of rotation of the brake pulley depending on the braking time [2, prototype]. At the same time, it is not shown specifically according to which law the basic operational parameters of the friction tape brake shoe pairs will change.

Целью настоящего изобретения является разработка способа электродинамического установления закономерностей изменения эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки.The aim of the present invention is to develop a method for the electrodynamic establishment of patterns of change in the operational parameters of metal-polymer friction pairs of tape-shoe brakes of a drawworks.

Поставленная цель достигается тем, что при контактно-термическом взаимодействии рабочих поверхностей тормозных шкивов и фрикционных накладок генерируются электрические токи, подчиняющиеся синусоидальному закону изменения плоской электромагнитной волне при тлеющем и искровом режимах разрядов, и при этом закономерности изменения эксплуатационных параметров пар трения во времени происходит с различными амплитудами, описываемых для: удельных нагрузок периодом π; динамического коэффициента трения периодом 2π; поверхностных температур при нагревании и вынужденном охлаждении периодом π/2, а также солитонов (импульсов) с различной длиной волны с периодом π в межконтактном зазоре пар трения; износов рабочей поверхности обода шкива и фрикционной накладки периодом π.This goal is achieved by the fact that during contact-thermal interaction of the working surfaces of brake pulleys and friction linings, electric currents are generated that obey the sinusoidal law of variation of a plane electromagnetic wave during smoldering and spark discharge modes, and at the same time, patterns of change in the operational parameters of friction pairs in time occur with various the amplitudes described for: specific loads period π; dynamic coefficient of friction with a period of 2π; surface temperatures during heating and forced cooling with a period of π / 2, as well as solitons (pulses) with different wavelengths with a period of π in the contact gap of friction pairs; wear of the working surface of the pulley rim and friction lining period π.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенный способ имеет следующие отличительные признаки: электродинамическое установление закономерностей изменения эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки позволяет иметь: максимумы и минимумы изменения: удельных нагрузок; динамических коэффициентов трения; поверхностных температур; износов; что даст возможность в дальнейшем управлять их износо-фрикционными свойствами.Compared with the analogue and prototype, the proposed method has the following distinctive features: electrodynamic establishment of patterns of change in the operational parameters of metal-polymer friction pairs of drawworks brake brakes of a drawworks allows you to have: maximums and minimums of change: specific loads; dynamic coefficients of friction; surface temperatures; wear and tear; which will make it possible to further manage their wear-friction properties.

На фиг.1, 2 показаны: общая кинематическая схема и ее фрагмент ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, а на фиг.3 поперечный разрез по А-А фрикционного узла тормоза; условные обозначения: SН, SС - натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты; Fp - усилие, прикладываемое рабочим к рычагу управления тормозом; ω - угловая скорость вращения шкива; rш, r - радиусы: рабочей поверхности шкива и кривошипа коленчатого вала; 1-12 - нумерация фрикционных накладок; на фиг.4 показана связь между синусоидальным законом изменения плоской электромагнитной волны при тлеющем и искровом разрядах, и эксплуатационными параметрами пар трения тормоза: б - амплитудой изменения удельных нагрузок (p, МПа) [π]; изменением поверхностных температур (t, °C) при нагревании (1) и вынужденном охлаждении (2) [π/2]; амплитудами изменения износов (U, мм) обода барабана (а) и фрикционной накладки (б) [π]; на фиг.5 проиллюстрирована эпюра удельных нагрузок при взаимодействии серийной накладки ленты с рабочей поверхностью шкива при rш<rн; условные обозначения: Sн', Sc' - натяжение набегающего и сбегающего участков ветви тормозной ленты; Fтр - сила трения; δ - длина зоны контакта пар трения; b - толщина накладки; rн - радиус рабочей поверхности накладки; f - динамический коэффициент трения; на фиг.6 приведены закономерности изменения во времени (τ) динамического коэффициента трения (f) для пары трения «металл-полимер» (при р=0.3 МПа, V=0/6 м/с); 1,2 - высокочастотная и низкочастотная составляющие «сухого» трения; 3 - кривая при «мокром» трении; 4 - систематизированная синусоидальная кривая; на фиг.7 показаны закономерности изменения кривых нагревания (экспериментальных 1, 2 и расчетных 1', 2') и естественного охлаждения (экспериментальных 1", 2" и расчетных 1'", 2'") при фазовых превращениях в приповерхностных слоях фрикционных материалов (а) ФК-24 (1) и шифра 143 (2); на фиг.8 и 9 показаны солитоновые эффекты на рабочих поверхностях фрикционных накладках при взаимодействии, соответственно, двух бегущих в одном направлении солитонов и связанной пары солитонов; условные обозначения: А, x - амплитуда и ширина волны; τ' - время импульсов; на фиг.10 проиллюстрированы закономерности изменения линейного износа (Ih) рабочих поверхностей фрикционных накладок ФК-24А при минимальной и максимальной удельных нагрузках (p) в парах трения тормоза в зависимости от их поверхностной температуры.In Fig.1, 2 are shown: the general kinematic diagram and its fragment of the tape-shoe brake of a drawworks, and in Fig.3 a cross-section along A-A of the friction brake assembly; legend: S Н , S С - tension of the running and running branches of the brake band; F p - the force exerted by the worker to the brake control lever; ω is the angular speed of rotation of the pulley; r W , r - radii: of the working surface of the pulley and crank of the crankshaft; 1-12 - numbering of friction linings; figure 4 shows the relationship between the sinusoidal law of change of a plane electromagnetic wave during smoldering and spark discharges, and the operational parameters of the brake friction pairs: b - the amplitude of the change in specific loads (p, MPa) [π]; a change in surface temperatures (t, ° C) during heating (1) and forced cooling (2) [π / 2]; the amplitudes of changes in wear (U, mm) of the drum rim (a) and friction lining (b) [π]; figure 5 illustrates the plot of the specific loads in the interaction of the serial lining of the tape with the working surface of the pulley at r W <r n ; legend: S n ', S c ' - the tension of the running and running sections of the branches of the brake band; F ck - the friction force; δ is the length of the contact zone of friction pairs; b is the thickness of the lining; r n is the radius of the working surface of the lining; f is the dynamic coefficient of friction; figure 6 shows the patterns of change over time (τ) of the dynamic coefficient of friction (f) for a metal-polymer friction pair (at p = 0.3 MPa, V = 0/6 m / s); 1,2 - high-frequency and low-frequency components of the "dry"friction; 3 - curve with "wet"friction; 4 - systematized sinusoidal curve; Fig. 7 shows the patterns of variation of the heating curves (experimental 1, 2 and calculated 1 ', 2') and natural cooling (experimental 1 ", 2" and calculated 1 ', 2'") during phase transformations in the surface layers of friction materials (a) FC-24 (1) and code 143 (2); Figs. 8 and 9 show soliton effects on the working surfaces of friction pads during the interaction of, respectively, two solitons traveling in the same direction and a coupled pair of solitons; legend: A, x - amplitude and wavelength; τ 'is the pulse time; figure 10 illustrates the patterns of linear wear (I h ) of the working surfaces of the friction linings FK-24A with minimum and maximum specific loads (p) in the friction pairs of the brake depending on their surface temperature.

Согласно кинематической схеме (см. фиг.1) фрикционные накладки 3 установлены на тормозных лентах 2, которые одним концом (со стороны сбегающей ветви II ленты) прикреплены к балансиру 11, а другим (со стороны набегающей ее ветви I) - к мотылевым шейкам 6 и 9 коленчатого вала.According to the kinematic scheme (see Fig. 1), the friction linings 3 are mounted on brake bands 2, which are attached to the balancer 11 at one end (from the side of the runaway branch II of the belt 11) and to the crank necks 6 from the side of the branch of the branch I) and 9 crankshaft.

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. Процесс торможения ленточно-колодочным тормозом (см. фиг.2) характеризуется следующими стадиями: начальной (первой), промежуточной (второй) и заключительной (третьей). Остановимся на каждой из стадий в отдельности.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 belts 2 with friction linings 3 and they sit on the brake pulleys 4. The braking process with a tape-block brake (see figure 2) is characterized by the following stages: initial (first) , intermediate (second) and final (third). Let us dwell on each of the stages separately.

На начальной стадии торможения фрикционные накладки 3, размещенные в набегающей части тормозной ленты 2, взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного шкива 4. Фронт взаимодействия расширяется в сторону фрикционных накладок 3 набегающей ветви (I) тормозной ленты 2.At the initial stage of braking, the friction linings 3 located in the running part of the brake belt 2 interact with the working surface of the brake pulley 4. The front of interaction extends towards the friction linings 3 of the rolling branch (I) of the brake belt 2.

Промежуточная стадия торможения характеризуется дальнейшим распространением фронта взаимодействия в сторону фрикционных накладок 3 сбегающей ветви (II) тормозной ленты 2.The intermediate stage of braking is characterized by the further spread of the interaction front towards the friction linings 3 of the runaway branch (II) of the brake belt 2.

Конечная стадия торможения характеризуется тем, что почти все неподвижные накладки 3 тормозной ленты 2 взаимодействуют с рабочей поверхностью вращающегося шкива 4. Во время притормаживаний последовательность вхождения поверхностей трения в контакт повторяется. Полный цикл торможения завершается остановкой тормозных шкивов 4 с барабаном 5. Управление тормозом буровой лебедки осуществляют также подачей сжатого воздуха через кран 7 бурильщика в пневматический цилиндр 8, шток которого соединен с одной из мотылевых шеек коленчатого вала 10 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре регулируют поворотом крана 7 бурильщика.The final stage of braking is characterized by the fact that almost all the fixed pads 3 of the brake belt 2 interact with the working surface of the rotating pulley 4. During braking, the sequence of friction surfaces coming into contact is repeated. The full braking cycle is completed by stopping the brake pulleys 4 with the drum 5. The control of the winch brake is also carried out by supplying compressed air through the driller's valve 7 to the pneumatic cylinder 8, the rod of which is connected to one of the crank crankshaft necks 10 of the brake. The pressure value of the compressed air in the pneumatic cylinder is regulated by turning the crane 7 of the driller.

При неравномерном изнашивании фрикционных накладок 3, установленных на лентах 2, балансир 11 в момент торможения несколько отклоняется от горизонтального положения и выравнивает нагрузки на сбегающей ветви (II) тормозных лент 2, обеспечивая при этом равномерный износ их рабочих поверхностей.When 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 position and evens the load on the runaway branch (II) of the brake belts 2, while ensuring uniform wear of their working surfaces.

Плоская электромагнитная волна при тлеющем и искровом режимах разряда, которая возникает при генерировании электрического тока в парах трения ленточно-колодочного тормоза подчиняется синусоидальному закону ее изменения (см. фиг.4). Линейный износ (Ih) металлического (а) и неметаллического (б) фрикционных элементов характеризуется различными амплитудами их изменения с периодом π. Точно такая же зависимость только для металлополимерных пар трения тормоза является справедливой и для закономерности изменения удельных нагрузок, возникающих между ними (см. фиг.5). Что касается поверхностных температур пар трения и их вынужденного охлаждения, то кривые 1 и 2 (см. фиг.4) характеризуются одинаковой амплитудой их изменения с периодом π/2.A plane electromagnetic wave during smoldering and spark discharge modes, which occurs when an electric current is generated in the friction pairs of a tape brake shoe obeys the sinusoidal law of its change (see Fig. 4). The linear wear (I h ) of the metallic (a) and non-metallic (b) friction elements is characterized by different amplitudes of their change with a period of π. The exact same relationship only for metal-polymer brake friction pairs is also true for the pattern of change in specific loads arising between them (see Fig. 5). As for the surface temperatures of the friction pairs and their forced cooling, curves 1 and 2 (see Fig. 4) are characterized by the same amplitude of their change with a period of π / 2.

Закономерности изменения эпюр удельных нагрузок и их величин в парах трения у взаимосвязи со скоростью скольжения и поверхностной температурой влияют на:The patterns of changes in the diagrams of specific loads and their values in friction pairs in relation to sliding speed and surface temperature affect:

- напряженно-деформированное состояние материалов под действием нормальной силы;- stress-strain state of materials under the action of normal force;

- напряженно-деформированное состояние, вызванное изменением структуры поверхностных и приповерхностных слоев материалов (дефектами);- stress-strain state caused by a change in the structure of the surface and near-surface layers of materials (defects);

- термическое напряженно-деформируемое состояние материалов; скорость изменения динамического коэффициента трения, и как следствие, тормозного момента;- thermal stress-strain state of materials; the rate of change of the dynamic coefficient of friction, and as a consequence, the braking torque;

- время циклов разрушения поверхностей и средние размеры частиц, что от них освобождаются;- the time of the cycles of destruction of surfaces and the average particle sizes that are exempted from them;

- генерируемые прямые и обратные токи при взаимодействии контактирующих поверхностей;- generated forward and reverse currents during the interaction of contacting surfaces;

- работу выхода электронов с металлического фрикционного элемента.- the work function of the electrons from the metal friction element.

В энергетическом аспекте трение представляет собой процесс трансформирования поступающей в систему механической энергии в электрическую, тепловою и другие виды энергии. Перераспределение энергетических потоков на поверхностях пар трения тормозных устройств наблюдаются только в процессах самого трения и поэтому необходимо развивать и использовать in-situ методы исследований.In the energy aspect, friction is the process of transforming the mechanical energy entering the system into electrical, thermal and other types of energy. The redistribution of energy flows on the surfaces of friction pairs of braking devices is observed only in the processes of friction itself, and therefore it is necessary to develop and use in-situ research methods.

Изучение во времени зависимостей динамического коэффициента трения фрикционных узлов тормозных устройств (фиг.6) позволяет констатировать о динамической картине общего баланса подведенной и отведенной к трибосистеме энергии.The study over time of the dependences of the dynamic coefficient of friction of the friction assemblies of the brake devices (Fig. 6) allows us to state a dynamic picture of the overall balance of the energy supplied and allocated to the tribosystem.

Внешняя работа, подводимая к трибосистеме, затрачивается на упругое и пластическое деформирования поверхностных слоев и на образование микротермобатарей, которые работают в режимах микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников, и как следствие, прямого нагревания и охлаждения поверхностных и приповерхностных слоев пар трения тормозных устройств. Другие виды трансформации механической энергии при низких скоростях скольжения пар трения тормозов являются несущественными (например, излучение). Работа трения зависит от площади фактического контакта и от физико-механических и химических свойств поверхностных и приповерхностных слоев материалов пар трения тормозных устройств, которые упрочняются и разупрочняются в процессе трения сравнительно медленно. Поэтому часть кривой 2 (фиг.6) динамического коэффициента трения, которая описывается низкочастотной составляющей, связанная с поступающей в трибосистему механической энергией. Последняя затрачивается на ее перераспределение и обеспечение работы микротермобатарей, которые генерируют электрическую энергию с последующим ее превращением в тепловую в приповерхностных слоях элементов фрикционных узлов тормозных устройств.External work applied to the tribosystem is spent on the elastic and plastic deformation of the surface layers and on the formation of microthermobatteries, which operate in microthermoelectric generators and microthermoelectric refrigerators, and as a result, direct heating and cooling of the surface and near-surface layers of friction pairs of brake devices. Other types of transformation of mechanical energy at low sliding speeds of the friction pairs of the brakes are insignificant (for example, radiation). The work of friction depends on the area of actual contact and on the physicomechanical and chemical properties of the surface and near-surface layers of materials of friction pairs of brake devices that harden and soften relatively slowly. Therefore, part of curve 2 (Fig. 6) of the dynamic coefficient of friction, which is described by the low-frequency component, is associated with the mechanical energy entering the tribosystem. The latter is spent on its redistribution and maintenance of the microthermal batteries, which generate electrical energy with its subsequent transformation into thermal energy in the surface layers of the elements of the friction assemblies of the brake devices.

Природа высокочастотной составляющей (кривая 1 на фиг.6), по нашему мнению, связана с дискретностью контакта, а высокочастотные пики динамического коэффициента трения отвечают мгновенно происходящим энергетическим процессам в контактируемых поверхностным слоях, которые являются источником теплоты и холода, за счет генерирования в них прямых и обратных токов. Кривые 1, 2 и 3 (фиг.6) содержат информацию о влиянии направления тока, генерируемого в парах трения «металл-полимер», на величину динамического коэффициента трения. При прохождении прямых микротоков от контактирующих поверхностей обода тормозного шкива к рабочим поверхностям фрикционных накладок (анодно-поляризованные поверхности накладок) f оказывается всегда больше (см. фиг.6 интервалы времени (510-520) с и (550-570) с для кривых 1 и 2), чем у катодно-поляризованных участках поверхностей накладок, материал которых находится при температурах выше допустимой температуры, и при этом возникают обратные микротоки (см. фиг.6 интервал времени (510-580) с для кривой 3). Причем во всех случаях/снижается с увеличением плотности тока jn на контакте пар трения тормозных устройств. Динамический коэффициент трения катодно-поляризованных участков фрикционных накладок всегда меньше динамического коэффициента трения их анодно-поляризованных участков, т.е. (fa>fk), при возрастании jn изменяется для разных материалов по-разному.The nature of the high-frequency component (curve 1 in Fig. 6), in our opinion, is related to the discreteness of the contact, and the high-frequency peaks of the dynamic friction coefficient correspond to instantly occurring energy processes in the contacting surface layers, which are a source of heat and cold, due to the generation of direct and reverse currents. Curves 1, 2, and 3 (Fig. 6) contain information on the influence of the direction of the current generated in the metal-polymer friction pairs on the value of the dynamic coefficient of friction. When direct microcurrents pass from the contacting surfaces of the rim of the brake pulley to the working surfaces of the friction linings (anode-polarized surfaces of the linings) f is always larger (see Fig. 6 time intervals (510-520) s and (550-570) s for curves 1 and 2) than at the cathode-polarized sections of the surface of the plates, the material of which is at temperatures above the permissible temperature, and in this case reverse microcurrents occur (see Fig. 6 time interval (510-580) s for curve 3). Moreover, in all cases / decreases with increasing current density j n at the contact of the friction pairs of the brake devices. The dynamic coefficient of friction of the cathode-polarized sections of the friction linings is always less than the dynamic coefficient of friction of their anode-polarized sections, i.e. (f a > f k ), as j n increases, it changes differently for different materials.

На фиг.6 приведена систематизированная синусоидальная кривая с одинаковой амплитудой с периодом 2π, которая описывает высокочастотную (кривая 1) и низкочастотную (кривая 2) составляющие «сухого» трения.Figure 6 shows a systematized sinusoidal curve with the same amplitude with a period of 2π, which describes the high-frequency (curve 1) and low-frequency (curve 2) components of the "dry" friction.

Таким образом, переполяризация участков фрикционных накладок в парах трения тормозных устройств вызывает инверсию микротоков и изменение их величин, и как следствие, изменение динамического коэффициента трения, характеризующего энергетические процессы в их поверхностных и приповерхностных слоях пар трения.Thus, the repolarization of the friction lining sections in the friction pairs of the brake devices causes inversion of microcurrents and a change in their values, and as a result, a change in the dynamic coefficient of friction characterizing the energy processes in their surface and near-surface layers of friction pairs.

Электрические токи, генерируемые на поверхности трения взаимодействующих металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза, нагревают их приповерхностные слои и проникают в них вглубь. Таким образом, генерируемые на поверхности трения токи способствуют возникновению поверхностной температуры, а проникающая вглубь пар трения теплота способствует развитию объемной температуры. Возникающие при взаимодействии пар трения разрядные токи способствуют развитию температур вспышки.The electric currents generated on the friction surface of the interacting metal-polymer friction pairs of the tape-shoe brake heat their surface layers and penetrate deep into them. Thus, the currents generated on the friction surface contribute to the appearance of surface temperature, and the heat penetrating deep into the friction pairs contributes to the development of volumetric temperature. The discharge currents arising during the interaction of friction pairs contribute to the development of flash points.

На фиг.7 представлены закономерности изменения кривых нагревания и вынужденного охлаждения при фазовых превращениях в приповерхностных слоях фрикционных материалов ФК-24А (1) и шифра 143 (2), испытанных на модельном ленточно-колодочном тормозе в стендовых условиях. Из графических зависимостей, приведенных на фиг.7 следует, что поверхностные температуры при нагревании и вынужденном охлаждении пар трения тормоза имеют одинаковые амплитуды с периодом π/2.Figure 7 presents the patterns of changes in the heating and forced cooling curves during phase transformations in the surface layers of friction materials FK-24A (1) and code 143 (2), tested on a model tape-shoe brake under bench conditions. From the graphical dependencies shown in Fig.7, it follows that the surface temperature during heating and forced cooling of the friction pairs of the brake have the same amplitude with a period of π / 2.

На графических зависимостях (см. фиг.7) представлены кривые нагревания при фазовых превращениях в приповерхностных слоях фрикционных материалов шифров ФК-24А и 143. В качестве связующего компонента в первом материале использована формальдегидная смола, а во втором - каучук.The graphical dependences (see Fig. 7) show the heating curves during phase transformations in the surface layers of the friction materials of the codes ФК-24А and 143. The formaldehyde resin is used as a binder component in the first material, and rubber in the second.

Установлено, что экспериментальные значения температур (от 250 до 475°С) эффектов превращения несколько ниже расчетных значений в интервале времени от 515 до 1050 с. Наибольшее расхождение между расчетными и экспериментальными значениями температур (до 40°С) наблюдалось для материала шифра 143 при нагружении пар трения тормоза продолжительностью 750 с. Расчетные и экспериментальные значения температур естественного охлаждения приповерхностных слоев указанных материалов отличаются незначительно.It was found that the experimental temperatures (from 250 to 475 ° C) of the transformation effects are slightly lower than the calculated values in the time interval from 515 to 1050 s. The largest discrepancy between the calculated and experimental temperatures (up to 40 ° C) was observed for cipher material 143 when loading brake friction pairs for a duration of 750 s. The calculated and experimental values of the temperatures of natural cooling of the surface layers of these materials differ slightly.

При естественном охлаждении на конденсированное состояние элементарных объемов приповерхностных слоев фрикционных накладок (находящихся при температуре выше допустимой для их материалов) влияет наличие солитонов (см. фиг.8 и 9), т.е. структурно устойчивых уединенных волн в нелинейной диспергирующей среде. Солитон ведет себя подобно частицам. При взаимодействии между собой или с некоторыми другими возмущениями (силой трения) солитоны не разрушаются, а расходятся, сохраняя свою структуру неизменной. Структура солитона поддерживается стационарной за счет баланса между действием нелинейной системы и дисперсии.During natural cooling, the presence of solitons (see Figs. 8 and 9) affects the condensed state of the elementary volumes of the surface layers of friction linings (which are at a temperature higher than that acceptable for their materials) structurally stable solitary waves in a nonlinear dispersive medium. Soliton behaves like particles. When interacting with each other or with some other disturbances (friction force), the solitons do not collapse, but diverge, keeping their structure unchanged. The soliton structure is maintained stationary due to the balance between the action of the nonlinear system and dispersion.

Установлено, что солитоны могут сохранять свою структуру длительное время при наличии небольшого затухания или в результате плавного цилиндрического искривления фронта волны в пространстве между взаимодействующими парами трения тормозных устройств.It was established that solitons can retain their structure for a long time in the presence of a slight attenuation or as a result of a smooth cylindrical curvature of the wave front in the space between the interacting friction pairs of the braking devices.

Солитоны, как и частицы, могут образовывать связанные состояния из двух или более импульсов (фиг.8 и 9).Solitons, like particles, can form bound states from two or more pulses (Figs. 8 and 9).

В системе из многих солитонов происходит сложное стохастическое движение частиц в пространстве между взаимодействующими парами трения тормозных устройств. Согласно фиг.8 и 9 солитоны в межконтактном зазоре пар трения тормоза распространяются с различными амплитудами, имеющими разную длину волны, с периодом π.In a system of many solitons, a complex stochastic movement of particles in the space between the interacting friction pairs of brake devices occurs. According to Figs. 8 and 9, the solitons in the contact gap of the friction pairs of the brake propagate with different amplitudes having different wavelengths with a period π.

Закономерности изменения линейного износа (Ih, мм) рабочих поверхностей фрикционных накладок ФК-24А при минимальной и максимальной удельной нагрузке (p) в парах трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки У2-5-5 в зависимости от их поверхностной температуры (t) наглядно иллюстрируются на фиг.10. Из последней следует, что с увеличением поверхностной температуры в зоне контакта пар трения тормоза линейный износ рабочей поверхности фрикционной накладки уменьшается. При этом износы рабочей поверхности обода шкива и фрикционной накладки изменяются по различным амплитудам с периодом π.Patterns of linear wear (I h , mm) of the working surfaces of the friction linings FK-24A at the minimum and maximum specific load (p) in the friction pairs of the band brake shoe of the U2-5-5 winch depending on their surface temperature (t) are illustrated in FIG. 10. From the latter it follows that with an increase in the surface temperature in the contact zone of the friction pairs of the brake, the linear wear of the working surface of the friction lining decreases. In this case, the wear of the working surface of the pulley rim and friction lining vary in different amplitudes with a period of π.

Таким образом, на основе электродинамики установлены закономерности изменения эксплуатационных параметров пар трения ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок, изменяющиеся с различными амплитудами с периодом от π/2 до 2π.Thus, on the basis of electrodynamics, regularities have been established for changing the operational parameters of friction pairs of tape and shoe brakes of drawworks, varying with different amplitudes with a period from π / 2 to 2π.

Источники информацииInformation sources

1. Пат. России 2357131 С2, кл. F16D 49/08 за 2009 г. [аналог].1. Pat. Russia 2357131 C2, cl. F16D 49/08 for 2009 [analogue].

2. Винницкий М.М. Рациональное управление спускоподъемными операциями / М.М. Винницкий. - М.: Недра, 1978. - С.103-105 [прототип].2. Vinnitsky M.M. Rational management of hoisting operations / M.M. Vinnitsa. - M .: Nedra, 1978. - P.103-105 [prototype].

Claims (1)

Способ электродинамического установления закономерностей изменения эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки, содержащих барабан лебедки, покоящейся на подъемном валу, с торцов барабана установлены тормозные шкивы, рабочие поверхности которых огибают тормозные ленты с установленными на их дуге обхвата с равномерным шагом фрикционными накладками, разделенными между собой распорными планками, при этом концы сбегающих ветвей тормозных лент через тяги присоединены к балансиру, а концы набегающих ветвей - к мотылевым шейкам коленчатого вала, который связан через передаточное устройство с рычагом управления тормозом, отличающийся тем, что при контактно-термическом взаимодействии рабочих поверхностей тормозных шкивов и фрикционных накладок генерируются электрические токи, подчиняющиеся синусоидальному закону изменения плоской электромагнитной волны при тлеющем и искровом режимах разрядов, и при этом закономерности изменения эксплуатационных параметров пар трения во времени происходят с различными амплитудами, описываемыми для: удельных нагрузок периодом π, динамического коэффициента трения периодом 2π, поверхностных температур при нагревании и вынужденном охлаждении периодом π/2, а также солитонов - импульсов с различной длиной волны с периодом π в межконтактном зазоре пар трения, износов рабочей поверхности обода шкива и фрикционной накладки периодом π. A method for the electrodynamic determination of patterns of change in the operational parameters of metal-polymer friction pairs of tape winch brakes of a drill hoist containing a drum of a winch resting on a lifting shaft, brake pulleys are installed from the ends of the drum, the working surfaces of which surround the brake bands with friction linings installed on their bow arc with a uniform pitch , separated by spacer bars, while the ends of the runaway branches of the brake bands through rods attached to the balance ru, and the ends of the oncoming branches to the crank necks of the crankshaft, which is connected via a transmission device to the brake control lever, characterized in that during contact-thermal interaction of the working surfaces of the brake pulleys and friction linings, electric currents are generated that obey the sinusoidal law of variation of a plane electromagnetic wave under smoldering and spark discharge regimes, and at the same time, the patterns of change in the operational parameters of friction pairs in time occur with different amplitudes itodes described for: specific loads with a period of π, dynamic coefficient of friction with a period of 2π, surface temperatures during heating and forced cooling with a period of π / 2, and also solitons - pulses with different wavelengths with a period of π in the contact gap of friction pairs, wear of the working surface of the rim pulley and friction lining period π.
RU2012105664/11A 2012-02-20 2012-02-20 Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes RU2502900C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105664/11A RU2502900C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105664/11A RU2502900C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012105664A RU2012105664A (en) 2013-08-27
RU2502900C2 true RU2502900C2 (en) 2013-12-27

Family

ID=49163375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012105664/11A RU2502900C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2502900C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3450242A (en) * 1967-02-07 1969-06-17 Stoeckicht Alexander W Fluid pressure engaged friction coupling
DE2516292A1 (en) * 1974-04-16 1975-11-06 Sabes & Cie BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE
RU2279579C2 (en) * 2004-08-30 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
RU2357131C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determination of zone of initial interaction of friction pairs in belt-block brakes of draw works
RU2357130C2 (en) * 2007-03-27 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3450242A (en) * 1967-02-07 1969-06-17 Stoeckicht Alexander W Fluid pressure engaged friction coupling
DE2516292A1 (en) * 1974-04-16 1975-11-06 Sabes & Cie BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE
RU2279579C2 (en) * 2004-08-30 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
RU2357130C2 (en) * 2007-03-27 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works
RU2357131C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determination of zone of initial interaction of friction pairs in belt-block brakes of draw works

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012105664A (en) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016141760A1 (en) Steel wire rope interlayer friction detection apparatus and method for winding-type hoist
RU2502900C2 (en) Method of electrodynamic definition of operating parameters of metal-polymer friction pairs of drilling winch belt-shoe brakes
RU2529327C2 (en) Method of combined surface hardening
CN104338577B (en) Novel sand making machine
Sun et al. Fretting fatigue of 42CrMo4 steel at ultrasonic frequency
JP4910045B2 (en) Push belt test method
KR102468227B1 (en) Sheave knurling tool and method of operating
CN103603903A (en) High-strength corrosion-resistant car brake pad
RU2507423C2 (en) Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches
RU2007128252A (en) METHOD FOR DETERMINING THE ORIGINAL ZONE OF INTERACTION OF FRICTION COUPLES OF TAPE-SHAFT BRAKES OF A DRILL WINCH
Okorn et al. Analysis of energy efficiency of a test rig for air springs
Delgado et al. Failure analysis of a machine support for fique fibre processing
Hakami et al. Wear of rubber material in conveyor belt system
CN102352897B (en) Brake for main drive motor of hard rock heading machine
BE1025111B9 (en) Rotating drum driven by asynchronous electric motors
ATE534486T1 (en) METHOD FOR OPERATING A DOUBLE SIDE GRINDING MACHINE AND DOUBLE SIDE GRINDING MACHINE
RU2513959C2 (en) Band-shoe brake with combined band of draw works
Hakami et al. Tribology of elastomers
Kirichek et al. Structural changes in steel during hardening by deformation wave
CN104006128A (en) Efficient CVT with high torque
WO2015076827A1 (en) Resurfacing of belt for elevator system
Nguyen et al. Numerical Simulation of Fretting Fatigue for Endless Rope Winch Drum
CN203197706U (en) Device for peeling off wear-resistant rubber sleeve of elevator load-bearing composite band
CN207175982U (en) A kind of safety and firmness device of grain slag dehydration equipment
CN206069218U (en) A kind of Manual track locking device of crane

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140221