RU2507423C2 - Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches - Google Patents

Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches Download PDF

Info

Publication number
RU2507423C2
RU2507423C2 RU2010145348/11A RU2010145348A RU2507423C2 RU 2507423 C2 RU2507423 C2 RU 2507423C2 RU 2010145348/11 A RU2010145348/11 A RU 2010145348/11A RU 2010145348 A RU2010145348 A RU 2010145348A RU 2507423 C2 RU2507423 C2 RU 2507423C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brake
friction
pulley
tape
determined
Prior art date
Application number
RU2010145348/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010145348A (en
Inventor
Александр Иванович Вольченко
Николай Александрович Вольченко
Дмитрий Александрович Вольченко
Василий Степанович Скрипник
Николай Васильевич Кашуба
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 RU2010145348/11A priority Critical patent/RU2507423C2/en
Publication of RU2010145348A publication Critical patent/RU2010145348A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2507423C2 publication Critical patent/RU2507423C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)
  • Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: at quasi-linear law of change of rotation frequency of a brake pulley from the steady-state value to zero at startup of a loaded elevator the operating parameters of a band-and-shoe brake, which are included in the first group, are determined in the following sequence: the brake pulley rotation mode is evaluated; then, braking time, tension of a tight strand of a brake band, maximum and minimum specific loads in friction pairs, a brake moment developed by friction assemblies are determined; besides, brake moment reserve coefficient, power consumption of friction assemblies, forces applied by a drill man to a brake control lever, and efficiency coefficient of the brake are determined. Then, subsequent determination of operating parameters included in the second, the third and the fourth groups relative to a band-and-shoe brake of the boring winch takes place.
EFFECT: possible determination of operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes with interconnected power, thermal and wear-friction properties of their friction pairs and limiting allowable restrictions of speed, dynamic and thermal modes, which provide serviceable state of a boring winch brake system.
4 cl, 34 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 способ определения эксплуатационных параметров серийных ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок, в которых фрикционные накладки прикреплены к тормозной ленте. К эксплутационным параметрам отнесены: усилие натяжения набегающей ветви тормозной ленты; максимальные и минимальные удельные нагрузки, возникающие в парах трения; тормозной момент, развиваемый парами трения; энергоемкость пар трения; общая деформация элементов тормозной системы; усилия, прикладываемые бурильщиком к рычагу управления тормозом; продолжительность цикла торможения и др. [1, 2, аналог]. Однако данные способы определения эксплуатационных параметров не подчинены линейному закону изменения частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля.A known method for determining the operational parameters of serial tape-shoe brakes of drawworks, in which friction linings are attached to the brake band. The operational parameters are as follows: tension force of the running branch of the brake band; maximum and minimum specific loads arising in friction pairs; braking moment developed by friction pairs; energy intensity of friction pairs; general deformation of the elements of the brake system; forces exerted by the driller to the brake control lever; the duration of the braking cycle, etc. [1, 2, analogue]. However, these methods of determining operational parameters are not subject to the linear law of changing the speed of the brake pulley from a steady value to zero.

Известен способ нагревания, естественного и вынужденного охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок для определения количества теплоты, которое генерируется, аккумулируется и рассеивается в окружающую среду от матовых и полированных поверхностей тормозных шкивов [2, прототип]. Однако в данных способах не указываются закономерности, согласно которым аккумулируется теплота в теле тормозного шкива и рассеивается от его поверхностей.There is a method of heating, natural and forced cooling of brake pulleys of tape and shoe brakes of drawworks to determine the amount of heat that is generated, accumulated and dissipated into the environment from matte and polished surfaces of brake pulleys [2, prototype]. However, these methods do not indicate patterns according to which heat is accumulated in the body of the brake pulley and dissipated from its surfaces.

Задача изобретения - разработка способа определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах с взаимосвязанными силовыми, тепловыми и износо-фрикционными свойствами их пар трения и лимитирующими допустимыми ограничениями скоростного, динамического и теплового режимов, обеспечивающих работоспособное состояние тормозной системы буровой лебедки.The objective of the invention is the development of a method for determining operational parameters with a quasilinear regularity of their change in band brakes with the interconnected power, thermal and wear-friction properties of their friction pairs and limiting permissible limitations of speed, dynamic and thermal conditions that ensure the working state of the winch brake system.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенные способы определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок имеют следующие преимущества:Compared with the analogue and prototype, the proposed methods for determining the operational parameters with a quasilinear regularity of their change in the band brake shoe winches have the following advantages:

- позволяет последовательно переходить от первой до четвертой группы эксплуатационных параметров ленточно-колодочных тормозов с учетом их пар трения, фрикционных узлов и конструктивных особенностей при ряде ограничений;- allows you to sequentially switch from the first to the fourth group of operational parameters of tape-shoe brakes taking into account their friction pairs, friction units and design features with a number of limitations;

- наличие ограничений, касающихся не только силовой и тепловой нагруженности фрикционных узлов тормоза, но я ограничений применительно к целой тормозной системе;- the presence of restrictions relating not only to the power and thermal load of the friction brake assemblies, but I have limitations with respect to the whole brake system;

- позволяет устанавливать взаимосвязь между эксплуатационными параметрами ленточно-колодочного тормоза, которые оценивают скоростной, динамический и тепловой режимы как по основных элементам, так и целой тормозной системы;- allows you to establish a relationship between the operational parameters of the tape-shoe brake, which evaluate the speed, dynamic and thermal conditions both for the main elements and for the whole brake system;

- позволяет прослеживать влияние предыдущего эксплуатационного параметра на последующей, особенно это касается износо-фрикционных свойств пар трения тормоза.- allows you to track the influence of the previous operational parameter on the next, especially with regard to the wear-friction properties of brake friction pairs.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточно-колодочном тормозе при квазилинейном законе изменения частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля при спуске загруженного элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных в первую группу применительно к ленточно-колодочному тормозу буровой лебедки выполняют в следующей последовательности: оценивают режим вращения тормозного шкива; определяют: время торможения; натяжение набегающей ветви тормозной ленты; максимальные и минимальные удельные нагрузки в парах трения; тормозной момент, развиваемый фрикционными узлами; коэффициент запаса тормозного момента; энергоемкость фрикционных узлов; усилия, прикладываемые бурильщиком к рычагу управления тормозом; коэффициент полезного действия тормоза. Определение эксплуатационных параметров, сведенных во вторую группу применительно к ленточно-колодочному тормозу буровой лебедки выполняют в следующей последовательности: коэффициент запаса прочности для поперечного сечения тормозной ленты; деформации тормозной ленты при расположении на дуге ее обхвата фрикционных накладок с переменным и постоянным шагом; радиальные деформации фрикционной накладки; оценивают общую деформацию элементов тормозной системы.This goal is achieved by the fact that in a band brake with a quasilinear law of changing the speed of the brake pulley from a steady value to zero during the descent of a loaded elevator, the operational parameters are summarized in the first group as applied to the drawbar brake of a drawworks in the following sequence: brake pulley rotation mode; determine: braking time; tension of the running branch of the brake belt; maximum and minimum specific loads in friction pairs; braking torque developed by friction units; safety factor of braking torque; energy intensity of friction units; forces exerted by the driller to the brake control lever; brake efficiency. The definition of operational parameters, summarized in the second group as applied to the drawbar brake of a drawworks, is performed in the following sequence: safety factor for the cross section of the brake band; deformation of the brake belt when the friction lining is placed on an arc of its girth with variable and constant pitch; radial deformation of the friction lining; evaluate the total deformation of the elements of the brake system.

Определение эксплуатационных параметров, сведенных в третью группу применительно к ленточно-колодочному тормозу буровой лебедки выполняют в следующей последовательности: теплота, температуры и их распределение по толщине обода шкива при квазилинейной закономерности изменения удельных нагрузок во фрикционных узлах тормоза; интенсивность тепловыделения от поверхностей тормозного шкива; коэффициент распределения тепловых потоков между элементами тормозного шкива и фрикционной накладки. При квазилинейных законах изменения: частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля; деформаций тормозной ленты и количества генерируемой, аккумулируемой и рассеиваемой теплоты от фрикционных узлов при спуске элеватора закономерность износа рабочих поверхностей фрикционных накладок (четвертая группа) уподоблена закономерности изменения удельных нагрузок в парах трения тормоза и при этом превалирующее влияние на величину износа накладок оказывает тепловое состояние фрикционных узлов тормоза.Determination of operational parameters, summarized in the third group as applied to the drawbar brake of a drawworks, is carried out in the following sequence: heat, temperatures and their distribution over the thickness of the pulley rim with a quasilinear pattern of specific loads in the friction brake assemblies; the intensity of heat from the surfaces of the brake pulley; heat flux distribution coefficient between the elements of the brake pulley and the friction lining. With quasilinear laws of change: rotational speed of the brake pulley from a steady value to zero; deformations of the brake belt and the amount of generated, accumulated and dissipated heat from the friction assemblies during the descent of the elevator, the pattern of wear of the working surfaces of the friction linings (fourth group) is likened to the patterns of changes in the specific loads in the friction pairs of the brake, and the thermal condition of the friction assemblies predominates the brakes.

На фиг.1 показана кинематическая схема буровой лебедки; на фиг.2 изображена кинематическая схема ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки; на фиг.3 разрез по A-A фиг.2 - поперечный разрез фрикционного узла тормоза; на фиг.4 и 5 показана схема расположения фрикционных накладок на тормозной ленте с постоянным и переменным шагом; на фиг.6 проиллюстрирована закономерность изменения угловой скорости тормозного шкива (ω) при его торможении от времени (τ); на фиг.7 и 8 приведена закономерность изменения среднего значения коэффициента трения (f) и его неравномерности распределения (Δf) по ширине фрикционных накладок (n) вдоль ленты в ленточно-колодочном тормозе БУ-2500 ЭП; на фиг.9 показана закономерность изменения усилий натяжения ленты (5) по длине ленты при постоянном (1) и переменном (2) коэффициенте трения во фрикционных узлах тормоза БУ-2500 ЭП; на фиг.10 представлены закономерности изменения величин отношения S H S C = e f α

Figure 00000001
от угла обхвата (α) накладками рабочей поверхности тормозного шкива (1 - 9,48°; 2 - 37,5°; 3 - 50°; 4 - 75°; 5 - 90°; 6 - 135°; 7 - 180°; 8 - 225°; 9 - 270°) и коэффициента трения между ними в серийных ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок; на фиг.11 показаны закономерности изменения средних значений удельных нагрузок (р) при постоянном (1) и переменном (2) коэффициенте трения при взаимодействии поверхностей накладок с поверхностью шкива по длине тормозной ленты в ленточно-колодочном тормозе БУ-2500 ЭП; на фиг.12 и 13 проиллюстрированы динамика изменения удельных нагрузок (p) и их неравномерности (Δp) по ширине накладок (n) вдоль тормозной ленты в ленточно-колодочном тормозе БУ-2500 ЭП; на фиг.14 и 15 показаны закономерности распределения долевых тормозных моментов, создаваемых каждой фрикционной накладкой, при постоянном ( M f c )
Figure 00000002
и переменном ( M f v )
Figure 00000003
коэффициентах трения и динамика распределения их разности (ΔM) по длине ленты ленточно-колодочного тормоза БУ-2500 ЭП; на фиг.16 проиллюстрирована закономерность изменения работы трения (А), создаваемой фрикционными узлами тормоза, от скорости замедления (ε) его тормозного шкива (при условии построения кривых 1, 2 и 3, что ε12, а ε23); на фиг.17 представлена номограмма для выбора усилия (Fp), прикладываемого бурильщиком к рукоятке рычага управления тормозом, в зависимости от количества свечей (N), скорости спуска инструмента (ω) и энергоемкости ( P r Ш )
Figure 00000004
, которая реализуется фрикционными узлами тормоза буровой лебедки У2-5-5; на фиг.18, 19, 20 показаны схемы сил, действующие: в узле «накладка-лента»; на участке ленты над i-ой накладкой; при определении деформаций участков ленты; на фиг.18, 19 и 20 использованы следующие буквенные и цифровые обозначения: dN, Ni - приращение нормального усилия и его i-oe значение; dFi, Fi - приращение силы трения и ее i-ое значение; 2 - тормозная лента; 3 - фрикционная накладка; на фиг.21 представлены закономерности изменения относительных деформаций (ε1) участков тормозной ленты при расположении по дуге ее обхвата фрикционных накладок с постоянным (1, 1') и переменным (2, 2') шагом: расчетные (1, 2) и экспериментальные (1', 2') данные: 1-8 и
Figure 00000005
- нумерация зазоров между накладками; на фиг.22, 23 и 24 показаны: уточненная схема ленточно-колодочного тормоза; расчетная схема тормоза и положение кривошипа в тормозе; на фиг.25 проиллюстрирована закономерность перемещения сбегающих концов тормозных лент в зависимости от угла поворота рычага управления тормоза; на фиг.26 приведена номограмма для определения угла поворота кривошипа (β) в зависимости от усилия натяжения сбегающей ветви тормозной ленты (прямые 7, 11; 8, 12; 9, 13 и 10, 14-40, 30, 20 и 10 кН), угла ее обхвата (α) и удельной нагрузки (кривые 1, 4; 2, 5 и 3, 6-1,0; 2,5 и 3,6 МПа) при постоянном (4-10) и переменном (1-3, 11-14) коэффициентах трения во взаимодействующих парах трения ленточно-колодочного тормоза БУ-2500 ЭП; на фиг.27 и 28 показаны закономерности изменения скорости скольжения (υ) на фрикционном контакте, поверхностной температуры (t) и температурного градиента (grad t) в металлическом фрикционном элементе при единичном торможении по времени (τТ) на четырех периодах процесса в случае, когда температура поверхности трения не превышает и превышает допустимую для материала фрикционной накладки; на фиг.29 представлена диаграмма роста поверхностной температуры правого (кривая 1) и левого (кривая 2) тормозного шкива при спуске колонны бурильных труб (5, 10, 20…70 - количество свечей, имеющих диаметр 141 мм и длину 25 м - обозначено ступенчатой волнистой кривой) до глубины 1800 м в зависимости от времени спуска и их остывания (кривая 3); на фиг.30 показан перепад температур по толщине обода тормозного шкива для случаев: 1 - внутренняя поверхность обода шкива покрыта теплоизоляцией; изготовления обода тормозного шкива из материалов: 2 - стали 35ХНМ; 3 - стали 35; 4 - меди; на фиг.31 представлена зависимость коэффициента линейного расширения стали от температуры; на фиг.32 проиллюстрирована закономерность увеличения диаметра шкива ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки У2-5-5 в результате теплового расширения; на фиг.32 проиллюстрирована закономерность изменения коэффициента трения серийного углеродного фрикционного композиционного материала (УФКМ) типа «Тармар» в зависимости от удельных нагрузок и температуры на поверхности трения, полученные на машине трения 2168УМТ «Унитриб»; на фиг.34 проиллюстрирована закономерность изменения линейного износа серийных УФКМ типа «Тармар» в зависимости от удельных нагрузок и температуры на поверхности трения, полученные на машине трения 2168УМТ «Унитриб».Figure 1 shows the kinematic diagram of a drawworks; figure 2 shows a kinematic diagram of the tape-shoe brake of a drawworks; figure 3 section along AA figure 2 is a transverse section of the friction unit of the brake; 4 and 5 show the arrangement of friction linings on the brake belt with constant and variable pitch; figure 6 illustrates the pattern of change in the angular velocity of the brake pulley (ω) when it is braking from time (τ); Figures 7 and 8 show the pattern of change in the average value of the coefficient of friction (f) and its uneven distribution (Δf) along the width of the friction linings (n) along the tape in the tape-block brake BU-2500 EP; figure 9 shows the pattern of change in the efforts of the tension of the tape (5) along the length of the tape at a constant (1) and variable (2) coefficient of friction in the friction brake assemblies BU-2500 EP; figure 10 presents the patterns of change in the ratio S H S C = e f α
Figure 00000001
from the angle of coverage (α) by the lining of the working surface of the brake pulley (1 - 9.48 °; 2 - 37.5 °; 3 - 50 °; 4 - 75 °; 5 - 90 °; 6 - 135 °; 7 - 180 ° ; 8 - 225 °; 9 - 270 °) and the coefficient of friction between them in serial tape-shoe brakes of drill winches; figure 11 shows the patterns of change in the average values of specific loads (p) at a constant (1) and variable (2) coefficient of friction during the interaction of the surfaces of the linings with the surface of the pulley along the length of the brake band in the tape-shoe brake BU-2500 EP; on Fig and 13 illustrates the dynamics of changes in specific loads (p) and their unevenness (Δp) along the width of the linings (n) along the brake band in the tape-shoe brake BU-2500 EP; on Fig and 15 shows the patterns of distribution of the shared braking moments created by each friction lining, with a constant ( M f c )
Figure 00000002
and variable ( M f v )
Figure 00000003
friction coefficients and dynamics of the distribution of their difference (ΔM) along the length of the tape of the tape-block brake BU-2500 EP; Fig. 16 illustrates the pattern of change in the work of friction (A) created by the friction brake assemblies on the deceleration rate (ε) of its brake pulley (provided that curves 1, 2 and 3 are constructed that ε 1 > ε 2 and ε 23 ); on Fig presents nomogram for selecting the force (F p ) applied by the driller to the handle of the brake control lever, depending on the number of candles (N), the speed of the tool (ω) and energy consumption ( P r W )
Figure 00000004
, which is implemented by friction brake assemblies of the U2-5-5 winch; on Fig, 19, 20 shows a diagram of the forces acting: in the node "pad-tape"; on the tape section above the i-th pad; when determining the deformation of the tape sections; in FIGS. 18, 19 and 20, the following alphanumeric designations are used: dN, N i — increment of the normal force and its i-oe value; dF i , F i - increment of the friction force and its i-th value; 2 - a brake tape; 3 - friction lining; on Fig presents the patterns of change in the relative deformations (ε 1 ) of the sections of the brake belt when the friction linings are arranged along the arc of its girth with a constant (1, 1 ') and a variable (2, 2') step: calculated (1, 2) and experimental (1 ', 2') data: 1-8 and
Figure 00000005
- numbering of gaps between overlays; on Fig, 23 and 24 shows: an updated diagram of the tape-shoe brake; design calculation of the brake and the position of the crank in the brake; on Fig illustrates the pattern of movement of the runaway ends of the brake bands, depending on the angle of rotation of the brake control lever; Fig.26 shows a nomogram for determining the angle of rotation of the crank (β) depending on the tension force of the runaway branch of the brake band (straight lines 7, 11; 8, 12; 9, 13 and 10, 14-40, 30, 20 and 10 kN) , its girth angle (α) and specific load (curves 1, 4; 2, 5 and 3, 6-1.0; 2.5 and 3.6 MPa) with constant (4-10) and variable (1-3 11-14) the friction coefficients in the interacting friction pairs of the tape-shoe brake BU-2500 EP; on Fig and 28 shows the patterns of change of sliding speed (υ) at the frictional contact, surface temperature (t) and temperature gradient (grad t) in the metal friction element with a single time braking (τ T ) for four periods of the process, when the temperature of the friction surface does not exceed and exceeds the allowable for the material of the friction lining; on Fig presents a growth chart of the surface temperature of the right (curve 1) and left (curve 2) brake pulley when lowering the drill pipe string (5, 10, 20 ... 70 - the number of candles having a diameter of 141 mm and a length of 25 m is indicated by a step wavy curve) to a depth of 1800 m depending on the time of descent and their cooling (curve 3); on Fig shows the temperature difference across the thickness of the rim of the brake pulley for cases: 1 - the inner surface of the rim of the pulley is covered with thermal insulation; manufacturing the brake pulley rim from materials: 2 - 35XHM steel; 3 - steel 35; 4 - copper; on Fig presents the dependence of the coefficient of linear expansion of steel on temperature; on Fig illustrates the pattern of increasing the diameter of the pulley of the band brake shoe winch U2-5-5 as a result of thermal expansion; on Fig illustrates the pattern of change in the coefficient of friction of a serial carbon friction composite material (UFKM) type "Tarmar" depending on the specific loads and temperature on the friction surface obtained on a friction machine 2168UMT "Unitrib"; on Fig illustrates the pattern of linear wear of serial UFKM type "Tarmar" depending on the specific loads and temperature on the friction surface obtained on a friction machine 2168UMT "Unitrib".

Согласно фиг.1, 2, 3 и 22 ленточно-колодочный тормоз содержит тормозные ленты 2, на которые могут быть установлены фрикционные накладки 3 с переменным (фиг.4) и постоянным (фиг.5) шагом. Тормозные ленты 2 имеют набегающую (I) и сбегающую (II) ветви, которые подвержены натяжениям SH и SC. Со стороны сбегающей ветви (II) тормозные ленты 2 через тяги 13 и 14 прикреплены к балансиру 11, а со стороны набегающих их ветвей (I) к шатунным шейкам 6 коленчатого вала 10. Последний имеет также кривошипы 9 и 12 с радиусом r. С коленчатым валом 10 связан рычаг управления 1 тормоза, к которому прикладывается усилие Fp бурильщиком к одной из шатунных шеек 6 коленчатого вала 10 присоединен шток пневматического цилиндра 8, который через кран 7 подключен к сети сжатого воздуха. Тормозные ленты 2 с накладками 3 при работе тормоза взаимодействуют со шкивами 4, которые установлены на тормоза взаимодействуют со шкивами 4, которые установлены на барабане 5. На последний наматывается канат (на фиг.1 не показан), входящий в талевую систему спуско-подъемного комплекса буровой установки.According to figures 1, 2, 3 and 22, the tape-shoe brake contains brake bands 2 on which friction linings 3 can be mounted with a variable (figure 4) and constant (figure 5) step. The brake bands 2 have a running (I) and a running (II) branch, which are subject to tension S H and S C. On the side of the runaway branch (II), the brake bands 2 are attached to the balancer 11 through the rods 13 and 14, and on the side of the branches (I) running on them, to the connecting rod journals 6 of the crankshaft 10. The latter also has cranks 9 and 12 with a radius r. A brake control lever 1 is connected to the crankshaft 10, to which a driver F p is applied to one of the connecting rod necks 6 of the crankshaft 10, the rod of the pneumatic cylinder 8 is connected, which is connected to the compressed air network through a valve 7. The brake bands 2 with the linings 3 during operation of the brake interact with the pulleys 4 that are installed on the brakes interact with the pulleys 4 that are mounted on the drum 5. The last rope is wound (not shown in figure 1), included in the hoist system of the hoisting complex drilling rig.

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 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 tape-block brake 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 средней 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 middle 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 running 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 шатунных шеек коленчатого вала 10 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре 8 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 complete 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 connecting rod journals of the crankshaft 10 of the brake. The pressure value of the compressed air in the pneumatic cylinder 8 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 и одновременный обхват ими тормозных шкивов 4. Благодаря шаровым шарнирам передача нагрузок от тормозных лент 2 к балансиру 11 при этом не изменяется.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 and simultaneous girth of the brake pulleys 4. Thanks to ball joints the transfer of loads from the brake bands 2 to the balancer 11 is not changed.

Известно, что наибольшие нагрузки испытывают фрикционные узлы тормоза и канат талевой системы спуско-подъемного комплекса буровой установки при спуске колонны бурильных труб в скважину.It is known that the friction nodes of the brake and the rope of the hoist system of the hoisting complex of the drilling rig are experiencing the greatest loads when the drill string is lowered into the well.

Меняя вес колонны бурильных труб, спускаемой в скважину в буровой установке, а вместе с ним скоростной, динамический и тепловой режимы фрикционных узлов и узлов механического привода, и как следствие, износо-фрикционные свойства их пар трения.By changing the weight of the drill pipe string that is lowered into the well in the drilling rig, and with it the high-speed, dynamic and thermal conditions of the friction units and mechanical drive units, and as a result, the wear-friction properties of their friction pairs.

Покажем наличие существенной связи процессов трения при взаимодействии рабочих поверхностей накладок с рабочей поверхностью тормозного шкива с параметрами механической системы ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, обеспечивающих их работоспособность.We show that there is a significant relationship between the friction processes during the interaction of the working surfaces of the linings with the working surface of the brake pulley with the parameters of the mechanical system of the drawbar brake of the drawworks ensuring their operability.

Уравнение динамического равновесия при спуске загруженного элеватора имеет видThe equation of dynamic equilibrium during the descent of a loaded elevator has the form

M с т М Т М = I б . в . d ω d t , ( 1 )

Figure 00000006
M from t - M T - M = I b . at . d ω d t , ( one )
Figure 00000006

где Mст - статический момент на барабанном валу лебедки от веса бурильной колонны; МТ, М - тормозные моменты, развиваемые гидродинамическим и ленточно-колодочным тормозами; Iб.в. - момент инерции барабанного вала лебедки и приведенных к нему масс; d ω d t

Figure 00000007
- угловое ускорение (замедление) барабанного вала лебедки.where M article - static moment on the drum shaft of the winch from the weight of the drill string; M T , M - braking moments developed by hydrodynamic and tape-shoe brakes; I b.v. - the moment of inertia of the drum shaft of the winch and the masses brought to it; d ω d t
Figure 00000007
- angular acceleration (deceleration) of the drum shaft of the winch.

Анализ уравнения (1) показывает, что в процессе оперативного управления бурильщик может влиять на характер протекания процесса только за счет изменения MТ и M. Однако если бурение ведется до 1500-1700 м, то спуск колонны бурильных труб ведется бурильщиком без использования гидродинамического тормоза. Форма тахограммы процесса изменяется только за счет изменения М, т.е. имеет место закон снижения скорости системы от установившегося значения до нуля.An analysis of equation (1) shows that in the process of operational control, a driller can affect the nature of the process only by changing M T and M. However, if drilling is carried out up to 1500-1700 m, then the drill string is run by the driller without using a hydrodynamic brake. The shape of the process tachogram changes only due to a change in M, i.e. there is a law of reducing the speed of the system from a steady value to zero.

Многообразие режимов спуска загруженного элеватора показало, что использование ленточно-колодочного тормоза может быть сведено к трем типам режимов: квазилинейному, квазикосинусоидальному и квазипараболическому законам снижения скорости на участке замедления.The variety of descent modes of the loaded elevator showed that the use of the tape-shoe brake can be reduced to three types of modes: quasilinear, quasicosinusoidal and quasiparabolic laws of speed reduction in the deceleration section.

Форма тахограммы на участке замедления определяется в конечном счете действующим значением тормозного момента, развиваемого ленточно-колодочным тормозом, который в соответствии с уравнением (1), имеет видThe shape of the tachogram in the deceleration section is ultimately determined by the effective value of the braking torque developed by the band brake, which, in accordance with equation (1), has the form

M = M с т I б . в . d ω d t . ( 2 )

Figure 00000008
M = M from t - I b . at . d ω d t . ( 2 )
Figure 00000008

Остановимся на квазилинейном законе снижения скорости тормозного шкива на участке замедления при спуске загруженного элеватора и установим его влияние на эксплуатационные параметры ленточно-колодочного тормоза лебедки (без учета тормозного момента, развиваемого гидродинамическим тормозом). При этом эксплуатационные параметры тормозной системы погруппируем следующим образом:Let us dwell on the quasilinear law of reducing the speed of the brake pulley in the deceleration section during the descent of the loaded elevator and establish its effect on the operational parameters of the winch belt brake shoe (without taking into account the braking torque developed by the hydrodynamic brake). In this case, the operating parameters of the brake system are grouped as follows:

первая группа:first group:

- режим вращения тормозного шкива;- rotation mode of the brake pulley;

- время торможения;- braking time;

- натяжение ветвей тормозной ленты;- the tension of the branches of the brake tape;

- закономерности изменения удельных нагрузок в парах трения;- patterns of changes in specific loads in friction pairs;

- закономерности изменения тормозных моментов в парах трения;- patterns of change in braking moments in friction pairs;

- коэффициент запаса тормозного момента;- safety factor of braking torque;

- закономерности изменения работы трения фрикционных узлов;- patterns of change in the friction friction units;

- энергоемкость фрикционных узлов;- energy intensity of friction units;

- усилие, прикладываемое к рычагу управления тормозом;- the force exerted on the brake control lever;

- коэффициент полезного действия;- coefficient of performance;

вторая группа:second group:

- коэффициент запаса прочности поперечного сечения тормозной ленты;- safety factor of the cross section of the brake tape;

- деформация тормозной ленты;- deformation of the brake tape;

- деформация фрикционной накладки;- deformation of the friction lining;

- общей деформации элементов тормозной системы;- general deformation of the elements of the brake system;

третья группа:third group:

- теплота, температуры и их распределение по толщине обода тормозного шкива;- heat, temperature and their distribution over the thickness of the rim of the brake pulley;

- интенсивность теплообмена;- heat transfer rate;

- коэффициент распределения тепловых потоков во фрикционных узлах тормоза;- distribution coefficient of heat flux in the friction brake assemblies;

- тепловых деформаций обода тормозного шкива и фрикционной накладки;- thermal deformation of the rim of the brake pulley and friction lining;

четвертая группа:fourth group:

- износ рабочих поверхностей фрикционных накладок от механического и теплового фактора.- wear of the working surfaces of the friction linings from the mechanical and thermal factors.

Рассмотрим первую группу эксплуатационных параметров ленточно-колодочного тормоза при условии, что при спуске загруженного элеватора имеет место квазилинейный закон снижения скорости шкива на участке замедления.Consider the first group of operational parameters of the tape-shoe brake, provided that when the loaded elevator is lowered, a quasilinear law of pulley speed reduction in the deceleration section takes place.

ПЕРВАЯ ГРУППА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВFIRST GROUP OF OPERATIONAL PARAMETERS

Режим вращения тормозного шкиваBrake pulley rotation mode

Изменение коэффициента трения, сил трения, удельных нагрузок и тормозного момента зависит от формы тахограммы, т.е. от закономерностей изменения угловой скорости тормозного шкива (от установившейся ω0 в начале процесса торможения до нуля). Из существующего разнообразия режимов нагружения фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза наиболее часто встречающимся в условиях эксплуатации является квазилинейный закон, тахограмма которого описывается зависимостью видаThe change in the coefficient of friction, friction forces, specific loads and braking torque depends on the shape of the tachogram, i.e. from patterns of change in the angular speed of the brake pulley (from steady-state ω 0 at the beginning of the braking process to zero). Of the existing variety of loading modes of the friction units of the tape-shoe brake, the most frequently encountered under operating conditions is the quasilinear law, the tachogram of which is described by the dependence of the form

ω 1 = ω 0 ( 1 t t К ) , ( 3 )

Figure 00000009
ω one = ω 0 ( one - t t TO ) , ( 3 )
Figure 00000009

где ω1, ω0 и t - текущее и начальное значение угловой скорости тормозного шкива и время реализации первого; ω0mtк, εm - замедление тормозного шкива; tк - продолжительность процесса торможения.where ω 1 , ω 0 and t are the current and initial value of the angular velocity of the brake pulley and the implementation time of the first; ω 0 = ε m t k , ε m - deceleration of the brake pulley; t to - the duration of the braking process.

На фиг.6 проиллюстрирована закономерность изменения угловой скорости шкива при его торможении во времени.Figure 6 illustrates the pattern of change in the angular velocity of the pulley during its braking in time.

Время торможенияBraking time

Время торможения ленточно-колодочным тормозом зависит от текущего веса спускаемой колонны бурильных труб (G), типа лебедки (Iб.в. - момента инерции барабанного вала лебедки и приведенных к нему масс; R - расчетного радиуса барабанного вала лебедки) и износо-фрикционных свойств пар трения тормоза, коэффициента полезного действия тормоза (ηЛ.Т.), кратности талевой системы (i) и ее коэффициента полезного действия (ηТ.С.), типа скважины. Время торможения ленточно-колодочным тормозом определяется, в основном, экспериментальным путем. Приближенно, аналитическим путем время торможения определяется по зависимости видаThe braking time of the tape-block brake depends on the current weight of the drill string being lowered (G), the type of winch (I b.v. - moment of inertia of the drum shaft of the winch and the masses brought to it; R - design radius of the drum shaft of the winch) and wear-friction properties of brake friction pairs, brake efficiency (η L.Т. ), multiplicity of the tackle system (i) and its coefficient of efficiency (η T.S. ), type of well. The braking time of the tape-shoe brake is determined mainly experimentally. Approximately, analytically, the braking time is determined by the dependence of the form

t к = 2 l υ c , ( 4 )

Figure 00000010
t to = 2 l υ c , ( four )
Figure 00000010

где l - длина одной свечи; υc - линейная скорость спуска свечи.where l is the length of one candle; υ c is the linear velocity of the descent of the candle.

Натяжение ветвей тормозной лентыTension of branches of a brake tape

Одним из основных эксплуатационных параметров ленточно-колодочных тормозов является натяжение набегающей (SH) и сбегающей (SC) ветвей тормозной ленты, разность которых является силой трения (FT). Последняя определяется аналогичным образом и для участков тормозной ленты над каждой накладкой представляющих собой узел отдельного тормозного устройства. При этом одно из натяжений тормозной ленты задается определенной величиной, а второе определяется. В основном, определяется натяжение набегающей ветви тормозной ленты по известной зависимости ЭйлераOne of the main operational parameters of tape brake shoes is the tension of the running (S H ) and running (S C ) branches of the brake belt, the difference of which is the friction force (F T ). The latter is determined in a similar way for sections of the brake belt above each lining that represents a separate brake device assembly. In this case, one of the tension of the brake tape is specified by a certain value, and the second is determined. Basically, the tension of the running branch of the brake belt is determined by the well-known Euler dependence

S H = S C e f α , ( 5 )

Figure 00000011
S H = S C e f α , ( 5 )
Figure 00000011

где е - основание натурального логарифма; α - угол обхвата накладками шкива; f - коэффициент трения скольжения в паре «фрикционная накладка-тормозной шкив».where e is the base of the natural logarithm; α is the angle of coverage of the pulley plates; f is the coefficient of sliding friction in a pair of "friction lining-brake pulley".

Известно, что при расчетах эксплуатационных параметров ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок используют средние значения коэффициента трения из определенного интервала для заданной пары трения, Так, например, для материалов ФК-24А - сталь 35ХНЛ он составляет 0,3-0,4. Произведенные расчеты при значениях коэффициента трения 0,3; 0,35 и 0,4 (расхождение между верхним и нижним значениями коэффициента трения составляет 25%), не дают достоверной информации о динамической нагруженности пар трения тормоза. Поэтому для сравнения результатов расчетов по оценке тормозного момента, развиваемого каждой фрикционной накладкой, находящейся на дуге обхвата тормозной ленты, при взаимодействии с рабочей поверхностью тормозного шкива, необходимо иметь значения некоторого среднего коэффициента трения для всех пар «шкив-накладка», а также переменного коэффициента трения, представляющего собой функциональную зависимость коэффициента трения от удельной нагрузки, поверхностной температуры, скорости скольжения и других дестабилизирующих факторов и охватывает определенный интервал изменения коэффициента трения. Определяется коэффициент трения по известным методикам Крагельского И.В., Чичинадзе А.В., Мирзаджанова Д.Б., Джанахметова А.Х. и др. ученых.It is known that when calculating the operational parameters of tape and shoe brakes of drawworks, average values of the friction coefficient from a certain interval for a given pair of friction are used. For example, for materials FK-24A - 35KHNL steel it is 0.3-0.4. The performed calculations with the values of the coefficient of friction of 0.3; 0.35 and 0.4 (the difference between the upper and lower values of the coefficient of friction is 25%), do not give reliable information about the dynamic loading of friction pairs of the brake. Therefore, to compare the calculation results for estimating the braking moment developed by each friction lining located on the arc of the brake belt, when interacting with the working surface of the brake pulley, it is necessary to have values of a certain average coefficient of friction for all pairs of “pulley-lining”, as well as a variable coefficient friction, which is the functional dependence of the coefficient of friction on the specific load, surface temperature, sliding speed and other destabilizing factors and intercepts a certain range of variation of the friction coefficient. The coefficient of friction is determined by the known methods of Kragelsky I.V., Chichinadze A.V., Mirzadzhanova DB, Dzhanakhmetova A.Kh. and other scientists.

На фиг.7 показано изменение среднего значения коэффициента трения и его неравномерности распределения (фиг.8) по ширине фрикционных накладок вдоль тормозной ленты в ленточно-колодочном тормозе БУ-2500 ЭП. Здесь и далее с первого по десятый номер - фрикционные накладки сбегающей ветви тормозной ленты, а с 11-ой до 20-ой - набегающей. Из фиг.7 следует, что коэффициент трения составляет 0,345 под первой накладкой в паре трения и плавно падает до 0,25 на двадцатой накладке. Что касается неравномерности изменения коэффициента трения по ширине накладок вдоль тормозной ленты (фиг.8), то здесь имела место следующая картина. На сбегающей ветви ленты всплески неравномерности изменения коэффициента трения были следующими; максимальные - на 2-ой и 3-ей накладках; средние - на 4, 5, 9 и 10-ой накладках и минимальные - на 1, 6, 7 и 8-ой накладках. На сбегающей ветви ленты наблюдалось следующее: максимальные отклонения коэффициента трения - на 12, 13, 14 и 18-ой накладках, средние - на 16 и 19-ой накладках; минимальные - на 11, 15, 17 и 20-ой накладках.Figure 7 shows the change in the average value of the coefficient of friction and its uneven distribution (Fig. 8) along the width of the friction linings along the brake band in the tape-shoe brake BU-2500 EP. Hereafter, from the first to the tenth number - the friction lining of the runaway branch of the brake band, and from the 11th to the 20th - on the run. From Fig.7 it follows that the coefficient of friction is 0.345 under the first plate in a pair of friction and smoothly drops to 0.25 on the twentieth plate. As for the uneven change in the coefficient of friction along the width of the linings along the brake band (Fig. 8), the following picture took place here. On the runaway branch of the tape, bursts of unevenness of the change in the coefficient of friction were as follows; maximum - on the 2nd and 3rd overlays; the middle ones on the 4th, 5th, 9th and 10th overlays and the minimum ones on the 1st, 6th, 7th and 8th overlays. The following was observed on the runaway branch of the belt: maximum deviations of the friction coefficient on the 12th, 13th, 14th and 18th linings, average ones on the 16th and 19th linings; minimal - on the 11th, 15th, 17th and 20th overlays.

На фиг.9 представлены результаты натяжений тормозной ленты над каждой накладкой тормоза при постоянном (1) и переменным (2) значениях коэффициента трения. Из данных кривых следует, что кривая 2 проходит несколько выше и положе кривых 1, т.е. при переменном коэффициенте трения в парах «накладка-шкив» реализуется большие натяжения тормозной ленты. Здесь же видно, что изменение натяжений по длине ленты над 5-ой и до 16-ой накладки почти постоянно и равно максимальному значению, а к концам ветвей ленты над 1-ой до 4-ой и над 16-ой до 20-ой имеет минимальные значения.Figure 9 presents the results of the tension of the brake band over each brake lining at constant (1) and variable (2) values of the coefficient of friction. From these curves it follows that curve 2 passes slightly higher and more than curves 1, i.e. with a variable coefficient of friction in pairs of "pad-pulley" is realized large tension of the brake belt. Here you can see that the change in tension along the length of the tape over the 5th and up to the 16th lining is almost constant and equal to the maximum value, and to the ends of the branches of the tape over the 1st to 4th and over the 16th to the 20th minimum values.

Покажем влияние угла обхвата накладкой (α) рабочей поверхности шкива и коэффициента трения между ними на величину отношения SH/SC. На фиг.10 представлена зависимость величины отношения SH/SC=eот угла обхвата фрикционными накладками рабочей поверхности тормозного шкива и коэффициента трения. Из данной графической зависимости следует, что с увеличением α и f величина отношения резко увеличивается, что ведет к значительному перепаду удельных нагрузок между парами трения набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты, несмотря на то, что с увеличением угла обхвата каждой накладкой шкива перепад удельных нагрузок между набегающей и сбегающей поверхностями фрикционных накладок уменьшается.We show the influence of the girth angle of the plate (α) of the working surface of the pulley and the friction coefficient between them on the value of the ratio S H / S C. Figure 10 shows the dependence of the ratio S H / S C = e on the angle of coverage of the friction linings of the working surface of the brake pulley and the friction coefficient. From this graphical dependence it follows that with an increase in α and f, the ratio increases sharply, which leads to a significant difference in the specific loads between the friction pairs of the running and running branches of the brake belt, despite the fact that with an increase in the angle of circumference of each pulley plate, the difference in specific loads between the running and running surfaces of the friction linings is reduced.

Удельные нагрузки в парах тренияSpecific loads in friction pairs

В ленточно-колодочном тормозе с фрикционными накладками, расположенными на тормозной ленте максимальные удельные нагрузки возникают в парах трения «накладка-шкив» определяются по зависимости видаIn a tape-shoe brake with friction linings located on the brake belt, the maximum specific loads occur in the friction pairs “slip-pulley” are determined by the dependence of the type

p max = 2 S H R ш b 1 [ p ] , ( 6 )

Figure 00000012
p max = 2 S H R w b one [ p ] , ( 6 )
Figure 00000012

где Rш - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; b1 - ширина фрикционной накладки; [p] - допустимое значение удельной нагрузки для материала накладки.where R W - the radius of the working surface of the brake pulley; b 1 - the width of the friction lining; [p] - permissible value of the specific load for the material of the pad.

Минимальные удельные нагрузки, возникающие в парах трения тормоза определяются по зависимости видаThe minimum specific loads arising in the friction pairs of the brake are determined by the dependence of the type

p m i x = 2 S C R ш b 1 . ( 7 )

Figure 00000013
p m i x = 2 S C R w b one . ( 7 )
Figure 00000013

Закономерности изменения средних значений удельных нагрузок при постоянном (1) и переменном (2) коэффициенте трения при взаимодействии поверхностей накладок с поверхностью шкива по длине тормозной ленты приведены на фиг.11. Из графических зависимостей следует, что различие между удельными нагрузками под накладками, расположенными на концах тормозной ленты (1-5-ой и 19-20-ой) незначительное, а под остальными накладками оно изменяется почти на постоянную величину.The patterns of change in the average values of specific loads at a constant (1) and variable (2) coefficient of friction during the interaction of the surfaces of the linings with the surface of the pulley along the length of the brake belt are shown in Fig. 11. From the graphical dependencies it follows that the difference between the specific loads under the linings located at the ends of the brake band (1-5th and 19-20th) is insignificant, and under the other linings it changes by almost a constant value.

На фиг.12 проиллюстрирована динамика изменения удельных нагрузок под каждой фрикционной накладкой, разделенной на пять зон по длине тормозной ленты, а неравномерность их изменения показана на фиг.13. Максимальные удельные нагрузки, изменяющиеся от 1,65 до 1,75 МПа, действуют на 20-ую накладку, а минимальные - от 0,4 до 0,435 МПа - на первую. Что касается неравномерности изменения удельных нагрузок по длине ленты, то наибольшая неравномерность наблюдается под набегающей ветвью ленты: максимальные значения - на 13, 16, 18 и 19-ой накладках; средние значения - на 12, 14, 15 и 20-ой накладках и минимальные - на 11 и 17-ой накладках. Накладки сбегающей ветви ленты таких больших всплесков неравномерности изменения удельных нагрузок не имеют, кроме 10-ой накладки. Сравнения значения неравномерности изменения удельных нагрузок наблюдаются на 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 9-ой накладках, а минимальные - только на 1-ой и 8-ой накладках.On Fig illustrates the dynamics of changes in specific loads under each friction lining, divided into five zones along the length of the brake belt, and the unevenness of their changes is shown in Fig. 13. The maximum specific loads, varying from 1.65 to 1.75 MPa, act on the 20th plate, and the minimum - from 0.4 to 0.435 MPa - on the first. As for the non-uniformity of changes in specific loads along the length of the tape, the greatest non-uniformity is observed under the oncoming branch of the tape: the maximum values are on the 13th, 16th, 18th and 19th overlays; the average values are on the 12th, 14th, 15th and 20th linings and the minimum are on the 11th and 17th linings. The overlays of the runaway branch of the tape do not have such large bursts of unevenness in the change in specific loads, except for the 10th lining. Comparisons of the values of the non-uniformity of changes in specific loads are observed on the 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th, 7th, and 9th overlays, and the minimum - only on the 1st and 8th overlays.

Тормозной моментBraking moment

Оценка нагруженности ветвей тормозной ленты с накладками, а также рассмотрение каждой накладки с участком тормозной ленты над ней позволяет утверждать, что последнее представляет собой отдельное тормозное устройство, которое в зависимости от его геометрического положения развивает разный тормозной момент.An assessment of the loading of the brake tape branches with the linings, as well as a review of each lining with a portion of the brake belt above it, allows us to state that the latter is a separate brake device, which, depending on its geometric position, develops different braking torque.

На фиг.14 проиллюстрированы распределения долевых тормозных моментов, создаваемых каждой фрикционной накладкой, при постоянном ( M f c )

Figure 00000014
и переменном ( M f v )
Figure 00000015
коэффициентах трения по длине тормозной ленты. Если изобразить в виде графических зависимостей М=f(α) при постоянном и переменном коэффициенте трения, то с математической точки зрения построенные кривые будут представлять собой продифференцированную по углу обхвата шкива лентой с накладками зависимость тормозного момента, а площадь под соответствующей кривой будет равна суммарному тормозному моменту, создаваемого ленточно-колодочным тормозом.On Fig illustrates the distribution of the shared braking moments created by each friction lining, with a constant ( M f c )
Figure 00000014
and variable ( M f v )
Figure 00000015
coefficients of friction along the length of the brake belt. If we depict M = f (α) in the form of graphical dependences at a constant and variable coefficient of friction, then from the mathematical point of view, the curves constructed will be the dependence of the braking moment, differentiated by the angle of the pulley’s circumference with a strip with overlays, and the area under the corresponding curve will be equal to the total braking the moment created by the tape-shoe brake.

Из анализа распределения долевых тормозных моментов видно, что каждая накладка, расположенная на сбегающей ветви тормозной ленты, при переменном коэффициенте трения имеет больший тормозной момент, чем при постоянном. Это объясняется тем, что на сбегающей ветви ленты удельные нагрузки в парах трения минимальные, поэтому коэффициент трения f=0,345-0,31 (фиг.7) больше по значению средней величины f=0,308. По мере возрастания удельных нагрузок в парах трения от набегающей к сбегающей ветви ленты коэффициент трения уменьшается и становится ниже среднего значения (f=0,307-0,253), однако тормозной момент до 14-ой накладки при постоянном коэффициенте трения остается большим тормозного момента при переменном его значении. На 14-ой накладке тормозные моменты равны, а дальше наблюдается увеличение тормозного момента при переменном коэффициенте трения. Из эпюры распределения тормозных моментов по накладкам ленты следует, что суммарный тормозной момент при переменном f равен 67,55 кНм, а при постоянном коэффициенте трения - 67,672 кНм, т.е. их разность составляет - 0,122 кНм.From the analysis of the distribution of shared braking moments, it is seen that each lining located on the runaway branch of the brake belt has a greater braking torque with a variable coefficient of friction than with a constant one. This is due to the fact that on the runaway branch of the belt, the specific loads in the friction pairs are minimal, therefore the friction coefficient f = 0.345-0.31 (Fig. 7) is larger in terms of the average value f = 0.308. As the specific loads in the friction pairs increase from the ribbon running towards the runaway branch, the friction coefficient decreases and becomes lower than the average value (f = 0.307-0.253), however, the braking moment to the 14th lining with a constant coefficient of friction remains large braking moment with its variable value . On the 14th pad, the braking moments are equal, and then there is an increase in braking torque with a variable coefficient of friction. From the diagram of the distribution of braking moments on the strip of the tape it follows that the total braking torque with variable f is 67.55 kNm, and with a constant coefficient of friction - 67.672 kNm, i.e. their difference is 0.122 kNm.

На фиг.15 показана динамика распределения разности тормозных моментов ( Δ M = M f v M f c )

Figure 00000016
при переменном и постоянном коэффициентах трения, создаваемых каждой парой трения тормоза.On Fig shows the dynamics of the distribution of the difference in braking moments ( Δ M = M f v - M f c )
Figure 00000016
with variable and constant friction coefficients created by each brake friction pair.

Проанализируем разность ΔM, которая имеет место на накладках сбегающей ветви ленты. Разность тормозных моментов положительная и достигает максимальной величины на 10-ой накладке. На набегающей ветви ленты разность тормозных моментов уменьшается и на 14-ой накладке равна нулю и далее до 20-ой накладки она отрицательна, поскольку как уже отмечалось выше, тормозной момент, развиваемый накладками набегающей ветви ленты, меньше при переменном, чем при постоянном коэффициенте трения.Let us analyze the difference ΔM, which takes place on the overlays of the runaway branch of the tape. The difference in braking torque is positive and reaches its maximum value on the 10th pad. On the running branch of the tape, the difference between the braking moments decreases and on the 14th lining it is zero and then until the 20th lining it is negative, since, as noted above, the braking moment developed by the overlays of the running branch of the tape is less with a variable than with a constant coefficient of friction .

Тормозной момент, развиваемый фрикционными узлами ленточно-колодочного тормоза определяется по зависимости видаThe braking torque developed by the friction units of the band brake shoe is determined by the type

n i = 1 M T = n i = 1 F T R ш , ( 8 )

Figure 00000017
n i = one M T = n i = one F T R w , ( 8 )
Figure 00000017

где FT - сила трения, возникающая на поверхностях взаимодействия фрикционных узлов тормоза.where F T is the friction force arising on the interaction surfaces of the friction brake assemblies.

Развиваемый тормозной момент парами трения, должен сравниться с наибольшим тормозным моментом, определяем из условия прикладывания к талевому канату разрывного усилияDeveloped braking torque by friction pairs, must be compared with the greatest braking torque, determined from the condition of applying breaking strength to the hoist rope

M T max = F T к [ k к ] [ r b + a 1 ( z 1 1 ) ] ; ( 9 )

Figure 00000018
M T max = F T to [ k to ] [ r b + a one ( z one - one ) ] ; ( 9 )
Figure 00000018
M T max > > M , ( 10 )
Figure 00000019
M T max > > M , ( 10 )
Figure 00000019

где F T к

Figure 00000020
- разрывная нагрузка талевого каната; [kк] - коэффициент запаса прочности каната; rb - радиус навивки каната на барабан лебедки; a 1 - расстояние между центрами сечений канатов в смежных слоях их навивки; z1 - количество слоев навивки каната на барабан лебедки.Where F T to
Figure 00000020
- breaking load of the hoist rope; [k to ] is the safety factor of the rope; r b is the radius of the winding of the rope on the winch drum; a 1 - the distance between the centers of the cross sections of the ropes in adjacent layers of their winding; z 1 - the number of layers of winding the rope on the winch drum.

Коэффициент запаса тормозного моментаSafety factor

Коэффициент запаса тормозного момента (βм) определяется с помощью зависимости видаThe safety factor of the braking torque (β m ) is determined using the dependence of the form

β м = M T M с т [ β м ] , ( 11 )

Figure 00000021
β m = M T M from t [ β m ] , ( eleven )
Figure 00000021

где Mст - статический момент на барабанном валу лебедки от веса бурильной колонны; [βм] - допустимая величина коэффициента запаса тормозного момента.where M article - static moment on the drum shaft of the winch from the weight of the drill string; [β m ] - the allowable value of the safety factor of the braking torque.

Величина возможных динамических нагрузок в элементах спуско-подъемного механизма в значительной степени зависит от коэффициента запаса тормозного момента, вводимого в расчет при проектировании тормозных систем. Чем больше этот коэффициент, тем с большим замедлением будет осуществляться торможение, а следовательно, большие удельные нагрузки в парах трения и большее количество теплоты будет генерироваться на их поверхностях, а также большие динамические нагрузки могут возникать в канате. Коэффициент запаса тормозного момента принимается равным k=1,5-2,0. Однако строгого обоснования значения данного коэффициента в литературе не приводится, поэтому величину его выбирают из соображений безопасности ведения спуско-подъемных операций.The magnitude of the possible dynamic loads in the elements of the hoisting mechanism largely depends on the safety factor of the braking torque, which is taken into account when designing the brake systems. The larger this coefficient, the slower the braking to be carried out with greater deceleration, and therefore, large specific loads in the friction pairs and a greater amount of heat will be generated on their surfaces, as well as large dynamic loads can occur in the rope. The safety factor of the braking torque is taken equal to k = 1.5-2.0. However, a rigorous justification of the value of this coefficient in the literature is not given, therefore, its value is chosen for reasons of safety of hoisting operations.

Коэффициент запаса тормозного момента ленточно-колодочного тормоза, в основном, зависит от приведенной к крюку массы барабана лебедки. Значительная часть избыточного тормозного момента расходуется на гашение кинетической энергии вращающегося барабана лебедки, а не спускаемой колонны бурильных труб. При определении коэффициента запаса тормозного момента следует исходить из оптимального значения замедления, обеспечиваемого ленточно-колодочным тормозом, как с точки зрения возникающих динамических нагрузок, так и затрат времени на операцию торможения.The safety factor of the braking torque of the tape-shoe brake mainly depends on the mass of the winch drum brought to the hook. A significant part of the excess braking torque is spent on damping the kinetic energy of the rotating winch drum, and not the descent drill pipe string. When determining the safety factor of the braking torque, one should proceed from the optimal value of deceleration provided by the band brake, both from the point of view of the emerging dynamic loads and the time required for the braking operation.

Если уменьшить приведенную массу барабана лебедки на 35-45%, то коэффициент запаса тормозного момента будет составлять k=2,0-2,1, а ленточно-колодочные тормоза в этом случае будут обеспечивать максимальное замедление загруженного крюка ε=1,5 м/с2.If we reduce the reduced mass of the winch drum by 35-45%, then the safety factor of the braking torque will be k = 2.0-2.1, and tape-shoe brakes in this case will provide maximum deceleration of the loaded hook ε = 1.5 m / from 2 .

Работа тренияFriction work

Работа трения в процессе торможения тормозного шкива описывается уравнениемThe friction during braking of the brake pulley is described by the equation

A = 0 t к M ω d t , ( 12 )

Figure 00000022
A = 0 t to M ω d t , ( 12 )
Figure 00000022

где M и ω - текущее значения тормозного момента и угловой скорости шкива.where M and ω are the current values of the braking torque and the angular speed of the pulley.

Зависимость работы трения при торможении тормозного шкива от его замедления представлена на фиг.16.The dependence of the friction during braking of the brake pulley from its deceleration is presented in Fig.16.

Энергоемкость фрикционных узлов тормозаEnergy intensity of brake friction assemblies

Энергоемкость фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза определяется после завершения процесса торможенияThe energy intensity of the friction units of the band brake shoe is determined after the completion of the braking process

P r ш = р m n R ш 2 b 1 α f 1 V r к i 1 10 3 r H max [ P r ш ] , ( 13 )

Figure 00000023
P r w = R m n R w 2 b one α f one V r to i one 10 3 r H max [ P r w ] , ( 13 )
Figure 00000023

где p m = p max + p min 2

Figure 00000024
- средние удельные нагрузки на поверхностях пар трения; А1=nb1Rшα - теоретическая площадь взаимодействия внутренних поверхностей фрикционных накладок и рабочей поверхности тормозного шкива; V r к
Figure 00000025
- средняя скорость спуска нагруженного элеватора, которая зависит от длины свечи, спускаемой в скважину; i1 - передаточное отношение механического привода тормоза; r H max
Figure 00000026
- максимальный радиус навивки каната на барабан.Where p m = p max + p min 2
Figure 00000024
- average specific loads on the surfaces of friction pairs; And 1 = nb 1 R w α - the theoretical area of interaction of the inner surfaces of the friction linings and the working surface of the brake pulley; V r to
Figure 00000025
- the average speed of the descent of the loaded elevator, which depends on the length of the candle, lowered into the well; i 1 - gear ratio of the mechanical brake drive; r H max
Figure 00000026
- the maximum radius of the winding of the rope on the drum.

Допустимая энергоемкость фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза [ P r ш ] = 800 к В т м 2

Figure 00000027
.Permissible power consumption of friction units of the tape-shoe brake [ P r w ] = 800 to AT t m 2
Figure 00000027
.

Усилия, прикладываемого к рычагу управления тормозомThe force exerted on the brake control lever

Усилия, прикладываемые бурильщиком к рычагу управления ленточно-колодочным тормозом определяется по зависимости видаThe efforts exerted by the driller to the control lever of the tape-block brake is determined by the dependence of the type

F p = S C k к [ r б + α 1 ( z 1 ) ] ( e n α f R ш R 0 1 ) R ш i 1 η [ F p ] , ( 14 )

Figure 00000028
F p = S C k to [ r b + α one ( z - one ) ] ( e n α f R w R 0 - one ) R w i one η [ F p ] , ( fourteen )
Figure 00000028

где R0 - радиус внутренней поверхности тормозной ленты; η - коэффициент полезного действия механического привода тормоза.where R 0 is the radius of the inner surface of the brake tape; η is the efficiency of the mechanical brake drive.

При этом допускаемое усилие, прикладываемое бурильщиком к рычагу управления тормозом составляет [Fp]=(300-400) Н.In this case, the allowable force exerted by the driller to the brake control lever is [F p ] = (300-400) N.

На фиг.17 приведена номограмма для выбора силы Fp, которая прикладывается к рычагу управления тормозом и позволяет управлять спуском бурильной колонны, состоящей из N-го количества свечей за счет изменения угловой скорости тормозного шкива с использованием энергоемкости фрикционных узлов тормоза ( P r ш )

Figure 00000029
буровой лебедки У2-5-5. Порядок определения Fp на фиг.17 показано пунктирными линиями (N=30 свечей; ω=10 с-1; Fp=300 Н и P r ш = 3225
Figure 00000030
кВт/м2).Fig. 17 shows a nomogram for selecting the force F p , which is applied to the brake control lever and allows controlling the descent of the drill string, consisting of the N-th number of candles due to changes in the angular velocity of the brake pulley using the energy consumption of the friction brake assemblies ( P r w )
Figure 00000029
U2-5-5 winch. The determination procedure for F p in Fig. 17 is shown by dashed lines (N = 30 candles; ω = 10 s −1 ; F p = 300 N and P r w = 3225
Figure 00000030
kW / m 2 ).

Коэффициент полезного действия тормозаBrake performance

Коэффициент полезного действия ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок определяется отношением массы колонны бурильных труб к общей сумме затормаживаемых приведенных массThe efficiency of the band brake shoe winches is determined by the ratio of the mass of the drill pipe string to the total amount of braked reduced masses

η Л . Т . = m б . т . m П . М . . ( 15 )

Figure 00000031
η L . T . = m b . t . m P . M . . ( fifteen )
Figure 00000031

Анализ работы буровых установок различных классов показывает, что указанное соотношение изменяется в пределах 0,12-0,25, т.е. является очень низким.Analysis of the operation of drilling rigs of various classes shows that this ratio varies within the range of 0.12-0.25, i.e. is very low.

Увеличение соотношения указанных масс возможно путем уменьшения момента инерции барабана лебедки и, в частности, за счет уменьшения диаметра и толщины обода его тормозных шкивов.An increase in the ratio of these masses is possible by reducing the moment of inertia of the winch drum and, in particular, by reducing the diameter and thickness of the rim of its brake pulleys.

При этом толщина обода (δ) тормозного шкива определяется через регламентируемый его момент инерции (Iш)The thickness of the rim (δ) of the brake pulley is determined through its regulated moment of inertia (I W )

δ = 2 I ш g π ( R ш 4 R в 4 ) γ

Figure 00000032
, δ = 2 I w g π ( R w four - R at four ) γ
Figure 00000032
,

где g - ускорение свободного падения; Rв - радиус внутренней поверхности тормозного шкива; γ - удельный вес материала обода шкива.where g is the acceleration of gravity; R in - the radius of the inner surface of the brake pulley; γ is the specific gravity of the pulley rim material.

Диаметр тормозного шкива определяется из условия достижения ленточно-колодочным тормозом момента, обеспечивающего спуск колонны бурильных труб максимального веса, а также удержании их на весу.The diameter of the brake pulley is determined from the condition that the tape-shoe brake reaches the moment that allows the drill string to run at maximum weight, as well as keeping them on weight.

ВТОРАЯ ГРУППА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВSECOND GROUP OF OPERATIONAL PARAMETERS

Коэффициент запаса прочности поперечного сечения тормозной лентыSafety factor of the brake belt cross section

Коэффициент запаса прочности (nT) поперечного сечения тормозной ленты определяют по зависимости видаThe safety factor (n T ) of the cross section of the brake tape is determined by the dependence of the type

n T = σ 1 σ a k δ ε β л + ψ σ σ max [ n T ] , ( 16 )

Figure 00000033
n T = σ - one σ a k δ ε β l + ψ σ σ max [ n T ] , ( 16 )
Figure 00000033

где σ-1 - предел выносливости при симметрическом цикле нагружения; σа, σmах - амплитуда и максимальные напряжения цикла; kδ - эффективный коэффициент концентрации напряжений; ψσ - коэффициент, зависящий от материала ленты; ε и βл - коэффициенты, учитывающие размеры поперечного сечения ленты и класс чистоты ее рабочей поверхности.where σ -1 is the endurance limit for a symmetric loading cycle; σ a , σ max - amplitude and maximum stress of the cycle; k δ is the effective stress concentration coefficient; ψ σ is the coefficient depending on the material of the tape; ε and β l are coefficients that take into account the dimensions of the cross section of the tape and the cleanliness class of its working surface.

Максимальное напряжение в поперечном сечении тормозной ленты определяем по зависимости видаThe maximum voltage in the cross section of the brake tape is determined by the type

σ max = S i δ л ( в л m П в П ) , ( 17 )

Figure 00000034
σ max = S i δ l ( at l - m P at P ) , ( 17 )
Figure 00000034

где Si - растягивающее усилие, действующее в поперечном сечении тормозной ленты; δл, вл - толщина и ширина тормозной ленты; mП, вП - количество пазов в поперечном сечении ленты и ширина одного паза.where S i is the tensile force acting in the cross section of the brake band; δ l , in l - thickness and width of the brake tape; m P , in P - the number of grooves in the cross section of the tape and the width of one groove.

При этом допустимое значение коэффициента запаса прочности тормозной ленты [nT]=2.Moreover, the allowable value of the safety factor of the brake tape [n T ] = 2.

Деформации тормозной лентыBrake belt deformation

Выражение для определения полного удлинения тормозной ленты при расположении на дуге ее обхвата фрикционных накладок с переменным шагом имеет следующий видThe expression for determining the complete elongation of the brake band when the friction lining with a variable pitch is located on the arc of its girth has the following form

Δ l = S С R 0 E A л [ 1 f ( e f α 1 ) ( 1 + e f α + e 2 f α + + e f α ( n 1 ) ) + + e f α ( β 1 + e f α β 2 + + e ( n 2 ) f α β n 1 ) + 1 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] ; ( 18 )

Figure 00000035
Δ l = S FROM R 0 E A l [ one f ( e f α - one ) ( one + e f α + e 2 f α + ... + e f α ( n - one ) ) + + e f α ( β one + e f α β 2 + ... + e ( n - 2 ) f α β n - one ) + one 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] ; ( eighteen )
Figure 00000035

где АЛ - площадь поперечного сечения тормозной ленты; βi - угол между торцами соседних фрикционных накладок; lC и lH - длина сбегающей и набегающей ветвей ленты.where A L is the cross-sectional area of the brake tape; β i is the angle between the ends of adjacent friction linings; l C and l H - the length of the runaway and oncoming branches of the tape.

Для тормозной ленты с равномерным шагом расположения накладок, когда β12=…=βn-1=β уравнение (18) принимает следующий видFor a brake tape with a uniform spacing of the pads, when β 1 = β 2 = ... = β n-1 = β, equation (18) takes the following form

Δ l = S С R 0 E A л [ 1 f ( e f α 1 ) ( 1 + e f α + e 2 f α + + e f α ( n 1 ) ) + + β e f α ( 1 + e f α + + e ( n 2 ) f α ) + 1 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] . ( 19 )

Figure 00000036
Δ l = S FROM R 0 E A l [ one f ( e f α - one ) ( one + e f α + e 2 f α + ... + e f α ( n - one ) ) + + β e f α ( one + e f α + ... + e ( n - 2 ) f α ) + one 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] . ( 19 )
Figure 00000036

На фиг.18, 19 и 20 показаны схемы сил, действующие: в узле накладка-лента на участке ленты над i-ой накладкой; при определении деформаций участков ленты; 1 - тормозная лента; 2 - фрикционная накладка.On Fig, 19, and 20 shows a diagram of the forces acting: in the site of the patch-tape on the tape over the i-th patch; when determining the deformation of sections of the tape; 1 - a brake tape; 2 - friction lining.

Закономерности изменения относительных деформаций участков тормозной ленты при расположении по дуге ее обхвата фрикционных накладок с постоянным (1, 1') и переменным (2, 2') шагом: расчетные (1, 2) и экспериментальные (1', 2') данные: 1-8 и

Figure 00000005
- нумерация зазоров между накладками; представлены на фиг.21.Regularities of changes in the relative deformations of sections of the brake belt when the friction linings are placed along the arc of its girth with a constant (1, 1 ') and a variable (2, 2') step: calculated (1, 2) and experimental (1 ', 2') data: 1-8 and
Figure 00000005
- numbering of gaps between overlays; presented in Fig.21.

Деформации фрикционной накладкиFriction pad deformations

Каждая фрикционная накладка в ленточно-колодочном тормозе испытывает напряжения сжатия в радиальном направлении, возникающие от сил реакции тормозной ленты и шкива, а также напряжения изгиба в окружном направлении, появляющиеся от воздействия силы трения рабочей и нерабочей поверхности накладки по шкиву и ленте.Each friction lining in the tape-brake brake experiences compression stresses in the radial direction arising from the reaction forces of the brake belt and pulley, as well as bending stresses in the circumferential direction, arising from the frictional force of the working and non-working surfaces of the lining on the pulley and belt.

Радиальные деформации фрикционной накладки описываются зависимостью видаThe radial deformations of the friction lining are described by a dependence of the form

Δ δ = δ H i = 1 n S C i α i E H B 1 , ( 20 )

Figure 00000037
Δ δ = δ H i = one n S C i α i E H B one , ( twenty )
Figure 00000037

где δH - толщина фрикционной накладки; ЕH - модуль упругости материала накладки.where δ H is the thickness of the friction lining; E H is the modulus of elasticity of the lining material.

Общая деформация элементов тормозной системыGeneral deformation of the brake system elements

Общая деформация элементов тормозной системы, компенсированной углами β1 и β2 поворота кривошипного вала ленточно-колодочного тормоза определяется по зависимостям видаThe total deformation of the elements of the brake system, compensated by the angles β 1 and β 2 rotation of the crank shaft of the tape-shoe brake is determined by the dependencies of the form

β 1 = Δ Л + Δ Т r + 64 M в р l G π d 4 ; ( 21 )

Figure 00000038
β one = Δ L + Δ T r + 64 M at R l G π d four ; ( 21 )
Figure 00000038
β 2 = Δ Л + Δ Т r 64 M в р l G π d 4 , ( 22 )
Figure 00000039
β 2 = Δ L + Δ T r - 64 M at R l G π d four , ( 22 )
Figure 00000039

где ΔЛ, ΔТ - деформации тормозных лент и их тяг; r - радиус кривошипа коленчатого вала; Mвр=M - момент вращения, равный тормозному моменту в конце торможения для различных типов фрикционных узлов тормоза; l - расстояние между кривошипами; G - модуль сдвига; d - диаметр тормозного вала.where Δ L , Δ T - deformation of brake bands and their rods; r is the radius of the crank of the crankshaft; M BP = M is the torque equal to the braking torque at the end of braking for various types of friction brake assemblies; l is the distance between the cranks; G is the shear modulus; d is the diameter of the brake shaft.

Из графической зависимости, представленной на фиг.26 следует, что при угле поворота ψ>30° рычага управления бурильщиком перемещение сбегающих концов тормозных лент (ΔSПС) остается почти постоянным при незначительном колебании высоты положения (Δδ) балансира.From the graphical dependence presented in Fig. 26, it follows that when the angle of rotation ψ> 30 ° of the control lever of the driller, the displacement of the runaway ends of the brake bands (ΔS PS ) remains almost constant with a slight fluctuation in the position height (Δδ) of the balancer.

Расчеты по оценке общей деформации элементов тормозной системы были выполнены применительно к ленточно-колодочному тормозу БУ-2500 ЭП при следующих исходных данных: l1=0,22 м; l2=3,1 м; l3=0,31 м; r=0,08 м; R=0,59 м; α=70°; AЛ=1,1·10-2 м2; f=0,3; EЛ=2·105 Н/мм2; EН=0,1·105 Н/мм2; CТ=690 МН/м; Cl=0,13 МН/м.Calculations to assess the total deformation of the elements of the brake system were performed in relation to the tape-shoe brake BU-2500 EP with the following initial data: l 1 = 0.22 m; l 2 = 3.1 m; l 3 = 0.31 m; r = 0.08 m; R = 0.59 m; α = 70 °; A L = 1.1 · 10 -2 m 2 ; f = 0.3; E L = 2 · 10 5 N / mm 2 ; E N = 0.1 · 10 5 N / mm 2 ; C T = 690 MN / m; C l = 0.13 MN / m.

Номограмма состоит из двух взаимосвязанных семейств, в левой части которой (фиг.27) показано семейство графических зависимостей суммарного тормозного момента ленточно-колодочного тормоза БУ-2500 ЭП от максимального угла обхвата шкива лентой с накладками при удельных нагрузках 1,5 МПа (кривые 1, 4), 1,0 МПа (кривые 2, 5) и 0,5 МПа (кривые 12), 40 кН (прямые 7, 11), при этом прямые 1, 8, 9 и 10 отвечают постоянному коэффициенту трения, а прямые 11, 12, 13 и 14 - переменному.The nomogram consists of two interconnected families, the left side of which (Fig. 27) shows a family of graphical dependencies of the total braking torque of the tape brake shoe БУ-2500 ЭП from the maximum angle of the pulley grip tape with overlays at specific loads of 1.5 MPa (curves 1, 4), 1.0 MPa (curves 2, 5) and 0.5 MPa (curves 12), 40 kN (straight lines 7, 11), while straight lines 1, 8, 9 and 10 correspond to a constant coefficient of friction, and straight lines 11 , 12, 13, and 14 to the variable.

Для примера определим по номограмме угол поворота кривошипа, вызванного деформациями элементов тормоза, для случая φ0=4,0 рад, p=1,5 МПа, SC=30 кН, коэффициент трения постоянный. Из точки на оси абсцисс, соответствующей φ0=4,0 рад, проводим вертикальную линию до пересечения с кривой 4. Из полученной точки опускаем перпендикуляр на ось ординат (тормозных моментов) и получаем значение M=72 кНм. Продлив перпендикуляр в правую часть номограммы до пересечения с прямой 8 и опустив из полученной точки перпендикуляр на ось абсцисс, получим значение угла поворота кривошипа β=5,3·10-5 рад, вызванного деформациями элементов ленточно-колодочного тормоза.For example, let us determine from the nomogram the angle of rotation of the crank caused by deformations of the brake elements, for the case φ 0 = 4.0 rad, p = 1.5 MPa, S C = 30 kN, the friction coefficient is constant. From the point on the abscissa axis corresponding to φ 0 = 4.0 rad, draw a vertical line until it intersects curve 4. From the obtained point, lower the perpendicular to the ordinate axis (braking moments) and obtain the value M = 72 kNm. Extending the perpendicular to the right side of the nomogram to the intersection with straight line 8 and lowering the perpendicular from the obtained point to the abscissa axis, we obtain the value of the crank angle β = 5.3 · 10 -5 rad caused by deformations of the band brake shoe elements.

ТРЕТЬЯ ГРУППА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВTHIRD OPERATING PARAMETERS GROUP

Теплота, температуры и их распределение по толщине обода тормозного шкиваHeat, temperature and their distribution over the thickness of the rim of the brake pulley

Энергетический баланс трибосистемы описывается уравнением вида (зависимость установленная А.В. Чичинадзе)The energy balance of the tribosystem is described by an equation of the form (dependence established by A.V. Chichinadze)

W T = Q + Δ E , ( 23 )

Figure 00000040
W T = Q + Δ E , ( 23 )
Figure 00000040

где Q - энергия теплообмена фрикционных узлов с окружающей средой; ΔЕ - изменение внутренней энергии, складывающей из энергии, идущей на изменение структуры материала и энергии нагревания фрикционных узлов.where Q is the heat transfer energy of the friction units with the environment; ΔЕ is the change in internal energy, which is the sum of the energy used to change the structure of the material and the heating energy of the friction units.

Исходя из зависимости (23) необходимо знать количество теплоты, идущее на нагревание и охлаждение тормозного шкива. Согласно разработанного способа нагревания и охлаждения тормозных шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки при оценке их теплового баланса количество теплоты определяется в четыре этапа [3]. На первом этапе осуществляется нагревание, например, электрическим путем, теплоизолированного от окружающей среды и нетеплоизолированного шкивов. Разность количеств теплоты составит ее потери на радиационный и естественный конвективный теплообмен в окружающую среду. На втором этапе определяются тепловые потери от уже нагретого шкива в окружающую среду радиационным и естественным конвективным теплообменом. На третьем этапе происходит нагревание теплоизолированного выступа шкива от фланца барабана и нетеплоизолированного шкива, что позволяет определить потери теплоты кондуктивным теплообменом. На четвертом этапе производится вынужденное охлаждение шкива от его заданного теплового состояния при постоянной частоте вращения шкива, определяя таким образом интенсивность радиационного и вынужденного конвективного охлаждения матовых и полированных (рабочих) поверхностей тормозных шкивов.Based on the dependence (23), it is necessary to know the amount of heat used for heating and cooling the brake pulley. According to the developed method of heating and cooling the brake pulleys of the drawbar brake of a drawworks when evaluating their heat balance, the amount of heat is determined in four stages [3]. At the first stage, heating is carried out, for example, by electric means, heat-insulated from the environment and non-heat-insulated pulleys. The difference in the quantities of heat will be its loss due to radiation and natural convective heat transfer to the environment. At the second stage, heat losses from an already heated pulley to the environment are determined by radiation and natural convective heat transfer. At the third stage, the thermally insulated protrusion of the pulley from the drum flange and the non-thermally insulated pulley is heated, which makes it possible to determine the heat loss by conductive heat transfer. At the fourth stage, the pulley is forcedly cooled from its predetermined thermal state at a constant pulley rotation frequency, thus determining the intensity of radiation and forced convective cooling of the matte and polished (working) surfaces of the brake pulleys.

Таким образом, способы нагревания и охлаждения тормозных шкивов реализуются в лабораторных и промышленных условиях, т.е. при их нахождении в статике и динамике.Thus, methods for heating and cooling brake pulleys are implemented in laboratory and industrial conditions, i.e. when they are in statics and dynamics.

Фрикционные узлы ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок работают в апериодическом, циклическом режиме торможения. При таком режиме работы (ty=tT+toxл) теплота, генерируемая на поверхности трения, частично расходуется на нагревание, в основном, металлических фрикционных элементов, частично отводится в окружающую среду (конвекцией и излучением) и в соприкасающиеся с элементами трения детали (кондуктивный теплообмен). Температура элементов трения при этом от цикла к циклу возрастает до достижения установившегося значения, когда за цикл торможения количество теплоты, генерируемое на поверхности трения за время tT будет равно количеству теплоты, отводимого в окружающую среду и в соприкасающиеся с элементами трения детали.Friction units of tape and shoe brakes of drawworks operate in aperiodic, cyclic braking mode. With this mode of operation (t y = t T + t oxl ), the heat generated on the friction surface is partially spent on heating, mainly metal friction elements, partially removed to the environment (by convection and radiation) and to parts in contact with the friction elements (conductive heat transfer). The temperature of the friction elements in this case increases from cycle to cycle until a steady-state value is reached when during the braking cycle the amount of heat generated on the friction surface during time t T will be equal to the amount of heat removed to the environment and to the parts in contact with the friction elements.

Дальнейшее увеличение тепловой нагруженности рабочих деталей тормоза до уровня превышающего допустимую температуру для материала фрикционных накладок может вызвать критическую установившуюся температуру пар трения. При этом температурный напор между внутренней и рабочей поверхностями обода тормозного шкива будет минимальным (теплообмен с окружающей средой минимальный), а установившееся тепловое состояние пар трения будет поддерживаться длительное время за счет выгорания связующих компонентов в материале фрикционных накладок.A further increase in the thermal load of the working parts of the brake to a level exceeding the permissible temperature for the material of the friction linings can cause a critical steady-state temperature of the friction pairs. In this case, the temperature head between the inner and working surfaces of the rim of the brake pulley will be minimal (heat exchange with the environment is minimal), and the steady state thermal friction pairs will be maintained for a long time due to burnout of the binder components in the material of the friction linings.

Согласно фиг.27 произведем анализ единичного торможения, реализуемого на модельном тормозном стенде с учетом изменения скорости скольжения на фрикционном контакте, температур (ниже допустимой для каждого фрикционного материала и градиента температуры, разбив весь процесс торможения по времени на четыре периода.According to Fig.27, we will analyze the single braking implemented on the model brake stand taking into account changes in the sliding speed at the friction contact, temperatures (below the permissible temperature for each friction material and temperature gradient, dividing the entire braking process in time into four periods.

Первый период - 0≤τ≤τ1, характеризуется высокими скоростями скольжения (температурная вспышка на микроконтакте уже достаточно высока, а объемная температура еще не изменяется), низкими температурами рабочей и нерабочей поверхностей обода тормозного шкива и низкими микроградиентами по нормали. Продолжительность периода определяется нарастанием удельной нагрузки на фрикционном контакте. Продолжительность данного периода мала, и согласно экспериментальных исследований, не превышает 3% от общей продолжительности торможения.The first period, 0≤τ≤τ 1 , is characterized by high sliding speeds (the temperature flash on microcontact is already quite high, and the volumetric temperature has not changed yet), low temperatures of the working and non-working surfaces of the rim of the brake pulley, and low normal micro-gradients. The duration of the period is determined by the increase in the specific load on the friction contact. The duration of this period is short, and according to experimental studies, does not exceed 3% of the total duration of braking.

Второй период - τ1≤τТ2, характеризуется высокими скоростями скольжения, увеличивающимися удельными нагрузками, высокими значениями температур рабочей и нерабочей поверхностей обода тормозного шкива, а также градиентами температур (произошел прогрев обода шкива); при этом температурная вспышка переходит через максимум, а объемная температура возрастает.The second period, τ 1 ≤τ T2 , is characterized by high sliding speeds, increasing specific loads, high temperatures of the working and non-working surfaces of the rim of the brake pulley, and temperature gradients (the rim of the pulley was heated); in this case, the temperature flash passes through a maximum, and the volumetric temperature increases.

Третий период - τ2≤τТ3. В этот промежуток времени при торможении скорости скольжения на фрикционном контакте достаточно высоки, удельные нагрузки являются установившимся, наиболее высокая температура поверхности трения (почти квазистабильная), температурный градиент стремительно падает, так как быстро растет объемная температура, а температурная вспышка резко снижается.The third period is τ 2 ≤τ T3 . During this period of time, when braking, the sliding velocities at the frictional contact are quite high, the specific loads are steady-state, the highest temperature of the friction surface (almost quasistable), the temperature gradient drops rapidly, as the volumetric temperature increases rapidly, and the temperature flash decreases sharply.

Четвертый период - τ3≤τT. В этот период процесса торможения скорости скольжения на фрикционном контакте очень низки (близки к нулю, удельная нагрузка постоянная, температура поверхности трения обода тормозного шкива плавно снижается и приближается к объемной температуре, температурный градиент очень мал, температурная вспышка практически равна нулю. Продолжительность этого периода составляет 5-8% от общего лимита времени.The fourth period is τ 3 ≤τ T. During this period of the braking process, the sliding speeds at the friction contact are very low (close to zero, the specific load is constant, the temperature of the friction surface of the rim of the brake pulley smoothly decreases and approaches the volumetric temperature, the temperature gradient is very small, the temperature flash is practically zero. The duration of this period is zero. 5-8% of the total time limit.

Перейдем к анализу единичного торможения, реализуемого в модельном стенде с учетом изменения скорости скольжения на фрикционном контакте, температур (выше допустимой для данного фрикционного материала) и градиента температуры, опираясь на первоначальную разбивку всего процесса торможения по времени на четыре периода (см. рис.7б). При этом закономерность изменения скорости скольжения на фрикционном контакте осталась прежней, т.е. линейной. В этом случае разбивки всего процесса торможения по времени на четыре периода нивелируется для поверхностных температур рабочей и нерабочей поверхности обода тормозного шкива, а также градиентов температур (со знаком "+" показано температурный градиент в сторону увеличения температур, т.е. для частично открытой рабочей поверхности обода тормозного шкива, когда накладки находятся на тормозной ленте; со знаком "-" показано температурный градиент в сторону уменьшения температур, т.е. для почти закрытой рабочей поверхности обода тормозного шкива фрикционными накладками). Из всего вышеизложенного следует, что даже при увеличении удельных нагрузок на фрикционном контакте наблюдается стабилизация поверхностных температур при незначительном изменении градиента температур обода тормозного шкива.Let us proceed with the analysis of unit braking implemented in the model bench taking into account changes in the sliding speed at the friction contact, temperatures (higher than the permissible value for the friction material) and the temperature gradient, based on the initial breakdown of the entire braking process in time for four periods (see Fig. 7b ) In this case, the regularity of the change in the sliding velocity at the frictional contact remained the same, i.e. linear. In this case, the breakdown of the entire braking process in time for four periods is leveled for the surface temperatures of the working and non-working surfaces of the rim of the brake pulley, as well as temperature gradients (with a “+” sign the temperature gradient is shown in the direction of increasing temperatures, ie for a partially open working the surface of the rim of the brake pulley, when the pads are on the brake belt, with the sign “-” shows the temperature gradient in the direction of decreasing temperatures, ie for an almost closed working surface of the rim of the brake w kiva friction linings). From the foregoing, it follows that even with an increase in the specific loads on the friction contact, stabilization of surface temperatures is observed with a slight change in the temperature gradient of the rim of the brake pulley.

Экспериментальные данные по нагреванию и охлаждению тормозных шкивов, полученные Б.А. Злобиным, представлены на фиг.29. Из последней следует, что рост поверхностной температуры правого (кривая 1) и левого (кривая 2) тормозного шкива при спуске колонны бурильных труб в скважину имеет квазилинейный характер и уподоблена закономерности изменения удельных нагрузок во фрикционных узлах тормоза. Такую же закономерность имеет и кривая 3 при остывании тормозных шкивов.Experimental data on heating and cooling of brake pulleys obtained by B.A. Zlobin presented in Fig.29. It follows from the latter that the increase in the surface temperature of the right (curve 1) and left (curve 2) brake pulley when the drill string is lowered into the borehole is quasilinear in nature and likened to patterns of change in specific loads in the friction brake assemblies. Curve 3 also has the same pattern when cooling brake pulleys.

Расчет поверхностных температур фрикционных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок производится по известным методикам Чичинадзе А.В., Мирзаджанова Д.Б., Джанахметова А.Х., Вольченко А.И. и других ученых.Calculation of the surface temperatures of friction pairs of friction tape-shoe brakes of drill hoists is carried out according to well-known methods Chichinadze A.V., Mirzadzhanova DB, Dzhanakhmetova A.Kh., Volchenko A.I. and other scientists.

Распределение (перепад) температур по толщине обода тормозного шкива (см. фиг.30) зависит от материала, из которого он изготовлен и его теплофизических свойств (теплоемкости, коэффициентов температуропроводности и теплопроводности), толщины обода и количества теплоты подведенного к полированной (рабочей) поверхности шкива. При этом необходимо заметить, что с увеличением толщины обода тормозного шкива наблюдается рост температурного перепада между его поверхностями, а следовательно, и интенсивность теплообмена от матовых поверхностей.The temperature distribution (differential) over the thickness of the rim of the brake pulley (see Fig. 30) depends on the material from which it is made and its thermophysical properties (heat capacity, thermal diffusivity and thermal conductivity), rim thickness and the amount of heat supplied to the polished (working) surface pulley. It should be noted that with an increase in the thickness of the rim of the brake pulley, an increase in the temperature difference between its surfaces and, consequently, the intensity of heat transfer from matte surfaces are observed.

Интенсивность теплообменаHeat transfer rate

Интенсивность теплообмена от поверхностей тормозного шкива определяется по зависимостям вида при:The heat transfer rate from the surfaces of the brake pulley is determined by the dependencies of the form when:

естественном и вынужденном конвективном теплообменеnatural and forced convective heat transfer

α к = Q 1 Q 2 A ш τ 0 ( t 1 t 2 ) ; ( 24 )

Figure 00000041
α to = Q one - Q 2 A w τ 0 ( t one - t 2 ) ; ( 24 )
Figure 00000041

радиационном теплообменеradiation heat transfer

α л = с л i [ ( T 1 100 ) 4 ( T 2 100 ) 4 ] T 1 T 2 , ( 25 )

Figure 00000042
α l = from l i [ ( T one one hundred ) four - ( T 2 one hundred ) four ] T one - T 2 , ( 25 )
Figure 00000042

где Q1, Q2 и t1(T1), t2(T2) - количество теплоты и отвечающие им температуры поверхности тормозного шкива, которые он имеет перед началом охлаждения и в конце его завершения; Аш - суммарная площадь поверхностей (матовых и полированных) теплообмена тормозного шкива; τ0 - время охлаждения; с л i

Figure 00000043
- коэффициент излучения материала тормозного шкива, В т ( м 2 К 4 )
Figure 00000044
.where Q 1 , Q 2 and t 1 (T 1 ), t 2 (T 2 ) - the amount of heat and the corresponding surface temperature of the brake pulley that it has before cooling and at the end of its completion; And w is the total surface area (matte and polished) of heat transfer of the brake pulley; τ 0 is the cooling time; from l i
Figure 00000043
- emissivity of the material of the brake pulley, AT t ( m 2 TO four )
Figure 00000044
.

Коэффициент излучения теплоты от полированной поверхности, которой является рабочая поверхность обода тормозного шкива в 3,31 раза меньше, чем аналогичный коэффициент для матовых поверхностей шкива. В то же время соотношение площадей полированной поверхности к матовой, например, в тормозных шкивах буровой лебедки У2-5-5 составляет 2,64.The coefficient of emission of heat from a polished surface, which is the working surface of the rim of the brake pulley, is 3.31 times less than the same coefficient for the matte surfaces of the pulley. At the same time, the ratio of the areas of the polished surface to the matte, for example, in the brake pulleys of the U2-5-5 winch is 2.64.

Как следует из зависимостей (24) и (25) составляющие сложного теплообмена напрямую зависят от температуры охлаждаемых поверхностей тормозного шкива.As follows from dependences (24) and (25), the components of complex heat transfer directly depend on the temperature of the cooled surfaces of the brake pulley.

Коэффициент распределения тепловых потоков между трущимися поверхностями фрикционных узловThe distribution coefficient of heat flux between the friction surfaces of the friction units

Коэффициент распределения тепловых потоков между трущимися поверхностями фрикционных узлов, имеющих большие размеры контакта, в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок определяется по зависимости видаThe distribution coefficient of heat fluxes between the rubbing surfaces of friction units with large contact sizes in the tape-shoe brakes of the drawworks is determined by the dependence of the form

k Т . П . = α с р α с р + α с р ' , ( 26 )

Figure 00000045
k T . P . = α from R α from R + α from R '' , ( 26 )
Figure 00000045

где ∑αcp - средняя приведенная теплоотдача металлических фрикционных элементов ленточно-колодочного тормоза; ∑αср' - средняя приведенная теплоотдача фрикционных накладок, расположенных на дуге обхвата тормозной ленты.where ∑α cp is the average reduced heat transfer of the metal friction elements of the band brake; Срα sr '- the average reduced heat transfer of the friction linings located on the arc of the brake band.

Анализ распределения теплового потока между двумя трущимися телами показывает, что при работе с фрикционным материалом на асбестовой основе (вальцованная лента, асбестовая тканная лента) только незначительная часть теплового потока (3-4%) расходуется на нагревание фрикционной накладки, основная же часть его (96-97%) проходит через тормозной шкив (по данным М.П. Александрова).An analysis of the heat flux distribution between two rubbing bodies shows that when working with friction material based on asbestos (rolled tape, asbestos woven tape), only a small part of the heat flux (3-4%) is spent on heating the friction lining, while the bulk of it (96 -97%) passes through the brake pulley (according to M.P. Aleksandrov).

При использовании фрикционных материалов металлокерамического типа (на медной или железной основе) через фрикционную накладку проходит значительно большая часть теплового потока, а часть его, проходящая через тормозной шкив снижается, соответственно, до 62,0% (при стальном шкиве) и до 79,0% (при чугунном шкиве) [по данным М.П. Александрова].When using friction materials of a ceramic-metal type (on a copper or iron base), a much larger part of the heat flux passes through the friction pad, and part of it passing through the brake pulley decreases, respectively, to 62.0% (with a steel pulley) and to 79.0 % (with cast iron pulley) [according to M.P. Alexandrova].

Тепловые деформации обода тормозного шкива и фрикционной накладкиThermal deformation of the rim of the brake pulley and friction lining

Тепловые радиальные деформации обода шкива определяют по зависимости видаThe thermal radial deformation of the pulley rim is determined by the dependence of the type

W t = δ ш α t ш Δ t [ 1 x l + V 0 ( β к l ) β к l [ V 0 2 ( β к l ) + 4 V 1 ( β к l ) V 3 ( β к l ) ] V 1 ( β к l ) V 1 ( β к l ) β к l [ V 0 2 ( β к l ) + 4 V 1 ( β к l ) V 3 ( β к l ) ] V 0 ( β к l ) ] , ( 27 )

Figure 00000046
W t = δ w α t w Δ t [ one - x l + V 0 ( β to l ) β to l [ V 0 2 ( β to l ) + four V one ( β to l ) V 3 ( β to l ) ] V one ( β to l ) - V one ( β to l ) β to l [ V 0 2 ( β to l ) + four V one ( β to l ) V 3 ( β to l ) ] V 0 ( β to l ) ] , ( 27 )
Figure 00000046

где δш - толщина обода тормозного шкива; α t ш

Figure 00000047
- коэффициент линейного расширения материала обода тормозного шкива; Δt - повышение поверхностной температуры обода тормозного шкива; V0кl), V1кl), V3кl) - функции А.И.Крылова; x - текущее значение ширины обода шкива; l - ширина обода шкива; β к = δ 2 k 4 ( k 2 1 ) 48 R ш 6 4
Figure 00000048
- вспомогательный коэффициент; k-oe - уравнение системы.where δ W - the thickness of the rim of the brake pulley; α t w
Figure 00000047
- coefficient of linear expansion of the material of the rim of the brake pulley; Δt is the increase in the surface temperature of the rim of the brake pulley; V 0to l), V 1to l), V 3to l) - functions of A.I. Krylov; x is the current pulley rim width; l is the width of the rim of the pulley; β to = δ 2 k four ( k 2 - one ) 48 R w 6 four
Figure 00000048
- auxiliary factor; k-oe is the equation of the system.

Из зависимости (27) следует, что основное влияние на тепловые радиальные деформации обода тормозного шкива оказывают перепад температур между его поверхностями и коэффициент линейного расширения материала обода тормозного шкива.From dependence (27) it follows that the main influence on the thermal radial deformation of the rim of the brake pulley is exerted by the temperature difference between its surfaces and the coefficient of linear expansion of the material of the rim of the brake pulley.

Зависимость (27) в упрощенном виде имеет следующий видDependence (27) in a simplified form has the following form

W t = δ ш α t ш Δ t . ( 28 )

Figure 00000049
W t = δ w α t w Δ t . ( 28 )
Figure 00000049

Сравнение расчетных данных, полученных по зависимостям (27) и (28) показало, что их отклонение не превышает 3-4%, Поэтому для оценки тепловых радиальных деформаций обода тормозного шкива и рекомендуется использовать зависимость (28).A comparison of the calculated data obtained according to dependences (27) and (28) showed that their deviation does not exceed 3-4%, therefore, it is recommended to use dependence (28) to estimate the thermal radial deformations of the rim of the brake pulley.

Вследствие теплового расширения диаметр поверхности трения тормозного шкива увеличивается, а фрикционных накладок уменьшается, что обеспечивает еще более полное прилегание контактирующих поверхностей. Радиусы рабочей поверхности шкива ( R r ш )

Figure 00000050
и поверхности трения фрикционных накладок ( R r н )
Figure 00000051
в результате термического расширения будут равныDue to thermal expansion, the diameter of the friction surface of the brake pulley increases, and the friction linings are reduced, which provides an even more complete fit of the contacting surfaces. Pulley Working Radii ( R r w )
Figure 00000050
and friction surfaces of friction linings ( R r n )
Figure 00000051
as a result of thermal expansion will be equal

R r ш = R ш + Δ δ r ш = R ш + δ ш α t ш Δ t ; ( 29 )

Figure 00000052
R r w = R w + Δ δ r w = R w + δ w α t w Δ t ; ( 29th )
Figure 00000052

R r н = R н + Δ δ r н = R н δ н α t н Δ t , ( 30 )

Figure 00000053
R r n = R n + Δ δ r n = R n - δ n α t n Δ t , ( thirty )
Figure 00000053

где Rн - радиус рабочей поверхности накладки; α t н

Figure 00000054
- коэффициент линейного расширения материала накладки.where R n is the radius of the working surface of the lining; α t n
Figure 00000054
- coefficient of linear expansion of the lining material.

Можно принять, что поверхностная температуру под накладками при торможении по периметру беговой дорожки шкива распределена равномерно, причем, чем больше частота вращения шкива, тем равномернее температурное поле. Следовательно, форма поперечного сечения шкива в результате теплового расширения не изменится. Температурное поле фрикционных накладок, которые в тангенциальном направлении неподвижны, уподоблено эпюре удельных нагрузок: максимальные температуры поверхности трения накладок наблюдаются на набегающей ветви тормозной ленты, минимальные - на сбегающей, т.е. Δt для накладок обеих ветвей ленты различно. И это различие тем ощутимее, чем более нагружен тормозной механизм. Следовательно, отрицательная составляющая выражения (30) будет больше по модулю для накладок набегающей ветви ленты. В связи с этим полный контакт сопряженных поверхностей будет достигнут раньше на набегающей ветви тормозной ленты, чем на сбегающей.It can be assumed that the surface temperature under the pads during braking along the perimeter of the treadmill of the pulley is evenly distributed, and the higher the frequency of rotation of the pulley, the more uniform the temperature field. Therefore, the cross-sectional shape of the pulley as a result of thermal expansion will not change. The temperature field of the friction linings, which are stationary in the tangential direction, is likened to a specific load diagram: the maximum temperatures of the friction surface of the linings are observed on the oncoming branch of the brake band, the minimum on the oncoming branch, i.e. Δt for the overlays of both branches of the tape is different. And this difference is all the more tangible, the more loaded the brake mechanism. Consequently, the negative component of expression (30) will be larger in magnitude for the overlays of the incident branch of the tape. In this regard, full contact of the mating surfaces will be achieved earlier on the oncoming branch of the brake belt than on the runaway.

На фиг.31 показана зависимость коэффициента линейного расширения стали от поверхностной температуры изделия с учетом температурной поправки. Динамика изменения диаметров поверхностей трения шкива и накладок в зависимости от их температуры представлена на фиг.32. Из последнего следует, что при отсутствии прирабатываемости равенство диаметров трущихся поверхностей может быть достигнуто при температуре 660°С, которая является выше допустимой для материала фрикционных накладок. Коэффициенты линейного расширения материалов шкива и накладок различаются на порядок, поэтому расширение (при нагревании) и сужение (при остывании) тормозного шкива проходит значительно интенсивнее, чем накладок. Диаметр поверхности трения (dП) накладок набегающей ветви ленты (DH), имеющих более высокую температуру, уменьшается на большую величину, чем диаметр поверхности трения накладок сбегающей ветви (DC). В результате приработки имеем DC≈dП≈dш. При остывании наибольшее изменение диаметра поверхности трения произойдет опять-таки на накладках набегающей ветви, и при полном охлаждении рабочих деталей тормоза диаметр поверхности трения накладок набегающей ветви будет больше DС и оба эти параметра будут больше dш. Таким образом, повторное нагружение тормоза произойдет при большей разности диаметров поверхности трения шкива и накладок, причем максимум разности указанных параметров будет на набегающей ветви ленты. Следовательно, зона контакта накладок со шкивом на набегающей ветви будет уже зоны контакта сбегающей ветви. Это обусловливает перераспределение удельных нагрузок по ширине накладок.On Fig shows the dependence of the coefficient of linear expansion of steel from the surface temperature of the product, taking into account the temperature correction. The dynamics of changes in the diameters of the friction surfaces of the pulley and linings depending on their temperature is presented in Fig. 32. From the latter it follows that in the absence of running-in, the equality of the diameters of the rubbing surfaces can be achieved at a temperature of 660 ° C, which is higher than acceptable for the material of the friction linings. The linear expansion coefficients of the pulley materials and linings differ by an order of magnitude, therefore, the expansion (when heated) and the narrowing (when cooling) of the brake pulley is much more intense than the linings. The diameter of the friction surface (d P ) of the overlays of the running branch of the tape (D H ) having a higher temperature decreases by a larger amount than the diameter of the surface of friction of the overlays of the running branch (D C ). As a result of running-in, we have D C ≈d П ≈d ш . When cooling, the largest change in the diameter of the friction surface will occur again on the lining of the running branch, and when the working parts of the brake are completely cooled, the diameter of the friction surface of the lining of the running branch will be more than D C and both of these parameters will be greater than d w . Thus, the reloading of the brake will occur with a larger difference in the diameters of the friction surface of the pulley and the linings, and the maximum difference of the indicated parameters will be on the incident branch of the belt. Therefore, the contact zone of the pads with a pulley on the oncoming branch will be narrower than the contact zone of the running branch. This causes the redistribution of specific loads across the width of the pads.

Существенное влияние на величины коэффициентов трения и удельные нагрузки в парах трения тормоза оказывает их тепловое состояние. На фиг.33 представлена закономерность изменения коэффициента трения материала УФКМ типа «Тармар» при удельных нагрузках p от 0,5 до 1,2 МПа на поверхности трения, полученное на машине трения 2168 УМТ «Унитриб» от поверхностной температуры (по данным А.В. Чичинадзе).A significant effect on the values of the friction coefficients and specific loads in the friction pairs of the brake is exerted by their thermal state. On Fig presents the regularity of the change in the coefficient of friction of the Tarmar type UFKM material at specific loads p from 0.5 to 1.2 MPa on the friction surface obtained on the friction machine 2168 UMT “Unitrib” from the surface temperature (according to A.V. Chichinadze).

Как видно из фиг.33 при t=50-70°C коэффициент трения f=0,18-0,2, а при нагревании до t=200-400°C наблюдается его рост до f=0,26-0,32. При дальнейшем увеличении t до 1000°C коэффициент трения плавно снижается до f=0,2-0,22.As can be seen from Fig. 33 at t = 50-70 ° C, the friction coefficient f = 0.18-0.2, and when heated to t = 200-400 ° C, its growth is observed to f = 0.26-0.32 . With a further increase in t to 1000 ° C, the friction coefficient smoothly decreases to f = 0.2-0.22.

ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВFOURTH GROUP OF OPERATIONAL PARAMETERS

Квазилинейный износ фрикционных накладокQuasilinear wear of friction linings

В усталостном износе материала фрикционных накладок существенное влияние оказывает тепловой и механический факторы. Тепловая усталость вызывается повторными нагреваниями и охлаждениями, которые создают циклические напряжения в материале поверхности накладки и срезающие температурные градиенты. Кроме того, воздействие тепловой энергии способствует разложению составляющих компонентов материала накладки. Механическая усталость вызывается повторными напряжениями в условиях резкого торможения ленточно-колодочным тормозом имеет место микросрез, который представляет собой относительно внезапное разрушение фрикционного материала накладки, предварительно ослабленного тепловым воздействием. Установлено, что привалирующее влияние на величину износа накладок оказывает тепловое состояние фрикционных узлов тормоза.In the fatigue wear of the material of the friction linings, thermal and mechanical factors have a significant effect. Thermal fatigue is caused by repeated heating and cooling, which create cyclic stresses in the material of the surface of the lining and cutting temperature gradients. In addition, exposure to thermal energy contributes to the decomposition of the constituent components of the patch material. Mechanical fatigue is caused by repeated stresses under conditions of sharp braking by the tape-block brake, a micro cut occurs, which is a relatively sudden destruction of the friction material of the lining, previously weakened by thermal exposure. It is established that the thermal condition of the brake friction assemblies exerts a predominant influence on the wear of the linings.

На фиг.34 представлена закономерность изменения линейного износа УФКМ типа «Тармар» при удельных нагрузках p от 0,5 до 1,2 МПа на поверхности трения, полученное на машине трения 2168 УМТ «Унитриб» от поверхностной температуры (по данным А.В. Чичинадзе).On Fig presents the pattern of linear wear of UFKM type "Tarmar" at specific loads p from 0.5 to 1.2 MPa on the friction surface obtained on a friction machine 2168 UMT "Unitrib" from the surface temperature (according to A.V. Chichinadze).

Наибольший износ имеет место при низких температурах t=100-200°C и составляет Ih=(4,0-6,5)·10-8 м/м. При температурах t=450-1000°C интенсивность линейного износа очень мала и изменяется в пределах Ih=(0,05-2,0)·10-8 м/м. При этом закономерность износа рабочих поверхностей фрикционных накладок уподоблена закономерности изменения удельных нагрузок в парах трения тормоза (см. фиг.11).The greatest wear occurs at low temperatures t = 100-200 ° C and is I h = (4.0-6.5) · 10 -8 m / m. At temperatures t = 450-1000 ° C, the linear wear rate is very small and varies within I h = (0.05-2.0) · 10 -8 m / m. In this case, the pattern of wear of the working surfaces of the friction linings is likened to the pattern of change in specific loads in the friction pairs of the brake (see Fig. 11).

Таким образом, проиллюстрированы расчетно-экспериментальные способы определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.Thus, the computational and experimental methods for determining the operational parameters with a quasilinear pattern of their change in the band brake shoe winches are illustrated.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account during the examination:

1. Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М.: Недра, 1985. - 452 с. [аналог].1. Ilsky A.L., Mironov Yu.V., Chernobyl A.G. Calculation and design of drilling equipment. - M .: Nedra, 1985 .-- 452 p. [analog].

2. Александров М.П., Лысяков А.Г., Федосеев В.Н., Новожилов Н.В. Тормозные устройства: Справочник. - М.: Машиностроение, 1986. - 311 с. [аналог].2. Alexandrov M.P., Lysyakov A.G., Fedoseyev V.N., Novozhilov N.V. Braking Devices: Reference. - M.: Mechanical Engineering, 1986. - 311 p. [analog].

3. Пат. 2279579 С2 РФ МПК7 F16D 65/813 от 10.02.2006 [прототип].3. Pat. 2279579 C2 RF IPC 7 F16D 65/813 dated 02/10/2006 [prototype].

Claims (4)

1. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок, содержащих барабан лебедки, покоящийся на подъемном валу, и на который навивается канат талевой системы, и с торцов которого установлены тормозные шкивы, рабочие поверхности которых огибают тормозные ленты с установленными на их дуге обхвата фрикционными накладками с постоянным и переменным шагом, и при этом концы сбегающих ветвей тормозных лент через тяги присоединены к балансиру, а их концы набегающих ветвей - к мотылевым шейкам коленчатого вала, который связан через передаточное устройство с рычагом управления тормозом, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля при спуске загруженного элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных в первую группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
- режим вращения тормозного шкива описывается зависимостью вида:
ω 1 = ω 0 ( 1 t t К ) , ( 1 )
Figure 00000055

где ω1, ω0 и t - текущее и начальное значение угловой скорости тормозного шкива и время реализации первого; ω0mtк; εm - замедление тормозного шкива; tк - продолжительность процесса торможения;
- время торможения определяется по зависимости вида:
t к = 2 l υ c , ( 2 )
Figure 00000056

где l - длина одной свечи; υc - линейная скорость спуска свечи;
- натяжение набегающей ветви (SH) тормозной ленты определяется по зависимости вида:
S H = S C e f α , ( 3 )
Figure 00000057

где SC - натяжение сбегающей ветви тормозной ленты; e - основание натурального логарифма; α - угол обхвата накладками шкива; f - коэффициент трения скольжения в паре «накладка-шкив»;
- максимальные (pmax) и минимальные (pmin) удельные нагрузки, действующие на набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты в парах трения определяются по зависимостям вида:
p max = 2 S H R ш b 1 [ p ] ; ( 4 )
Figure 00000058
p min = 2 S C R ш b 1 , ( 5 )
Figure 00000059

где Rш - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; b1 - ширина фрикционной накладки; [p] - допустимое значение удельной нагрузки для материала накладки;
- тормозного момента, развиваемого фрикционными узлами ленточно-колодочного тормоза, определяется по зависимости вида:
n i = 1 M T = n i = 1 F T R ш < < M T max , ( 6 )
Figure 00000060

где FT - сила трения, возникающая на поверхностях взаимодействия фрикционных узлов тормоза; M T max
Figure 00000061
- наибольший тормозной момент,
определяемый из условия прикладывания к талевому канату разрывного усилия;
M T max = F T к [ k к ] [ r b + α 1 ( z 1 1 ) ] ; ( 7 )
Figure 00000062

где F T к
Figure 00000063
- разрывная нагрузка талевого каната; [kк] - коэффициент запаса прочности каната; rb - радиус навивки каната на барабан лебедки; α1 - расстояние между центрами сечений канатов в смежных слоях их навивки; z1 - количество слоев навивки каната на барабан лебедки;
- коэффициента запаса тормозного момента (βм), определяемого с помощью зависимости вида:
β м = M T M с т [ β м ] , ( 8 )
Figure 00000064

где Mст - статический момент на барабанном валу лебедки от веса бурильной колонны; [βм] - допустимая величина коэффициента запаса тормозного момента;
- работы трения, выполняемой фрикционными узлами тормоза, определяется по зависимости вида:
A = 0 t к M ω d t , ( 9 )
Figure 00000065

где M и ω - текущий значения тормозного момента и угловой скорости шкива;
- энергоемкости фрикционных узлов тормоза ( P r ш )
Figure 00000066
, определяемой по зависимости вида:
P r ш = р m n R ш 2 b 1 α f 1 V r к i 1 10 3 r H max [ P r ш ] , ( 10 )
Figure 00000067

где p m = p max + p min 2
Figure 00000068
- средние удельные нагрузки на поверхностях пар трения; А1=nb1Rшα - теоретическая площадь взаимодействия внутренних поверхностей фрикционных накладок и рабочей поверхности тормозного шкива; V r к
Figure 00000069
- средняя скорость спуска нагруженного элеватора, которая зависит от длины свечи, спускаемой в скважину; il - передаточное отношение механического привода тормоза; r H max
Figure 00000070
- максимальный радиус навивки каната на барабан,
при этом допустимая энергоемкость фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза [ P r ш ] = 8000 к В т м 2
Figure 00000071
;
- усилия (Fp), прикладываемые бурильщиком к рычагу управления ленточно-колодочным тормозом, определяется по зависимости вида:
F p = S C k к [ r б + α 1 ( z 1 ) ] ( e n α f R ш R 0 1 ) R ш i 1 η [ F p ] , ( 11 )
Figure 00000072

где R0 - радиус внутренней поверхности тормозной ленты; η - коэффициент полезного действия механического привода тормоза, при этом допускаемое усилие, прикладываемое бурильщиком к рычагу управления тормозом составляет [Fp]=(300-400)H;
- коэффициента полезного действия ленточно-колодочного тормоза, определяемого по зависимости вида:
η Л . Т . = m б . т . m П . М . , ( 12 )
Figure 00000073

где mб.т.- масса колонны бурильных труб; ∑mП.М. - общая сумма затормаживаемых приведенных масс к барабанному валу лебедки;
и при этом эксплуатационные параметры SH и SC pmax и pmin, а также n i = 1 M T
Figure 00000074

определяются как для n-го количества отдельных тормозных устройств, так и для целого ленточно-колодочного тормоза при постоянном и переменном коэффициентах трения в его фрикционных узлах.
1. A method for determining operational parameters with a quasilinear regularity of their change in band-brake brakes of drill hoists containing a winch drum resting on a lifting shaft, and on which a rope of the hoist system is wound, and from the ends of which brake pulleys are installed, the working surfaces of which envelope brake bands with friction linings with constant and variable pitch mounted on their circumference arc, and the ends of the runaway branches of the brake bands through the rods attached to the balancer, and their ends of descending branches - to the crank crankshaft necks, which is connected through the transmission device to the brake control lever, characterized in that, with a quasilinear law, the speed of the brake pulley changes from the established value to zero when the loaded elevator is lowered, the operational parameters are reduced to the first group -block brake perform in the following sequence:
- the rotation mode of the brake pulley is described by the dependence of the form:
ω one = ω 0 ( one - t t TO ) , ( one )
Figure 00000055

where ω 1 , ω 0 and t are the current and initial value of the angular velocity of the brake pulley and the implementation time of the first; ω 0 = ε m t k ; ε m - deceleration of the brake pulley; t to - the duration of the braking process;
- the braking time is determined by the dependence of the form:
t to = 2 l υ c , ( 2 )
Figure 00000056

where l is the length of one candle; υ c is the linear velocity of the descent of the candle;
- the tension of the oncoming branch (S H ) of the brake tape is determined by the dependence of the form:
S H = S C e f α , ( 3 )
Figure 00000057

where S C is the tension of the runaway branch of the brake tape; e is the base of the natural logarithm; α is the angle of coverage of the pulley plates; f is the coefficient of sliding friction in a pair of "slip-pulley";
- maximum (p max ) and minimum (p min ) specific loads acting on the incoming and outgoing branches of the brake belt in friction pairs are determined by the dependencies of the form:
p max = 2 S H R w b one [ p ] ; ( four )
Figure 00000058
p min = 2 S C R w b one , ( 5 )
Figure 00000059

where R W - the radius of the working surface of the brake pulley; b 1 - the width of the friction lining; [p] is the allowable value of the specific load for the lining material;
- the braking torque developed by the friction units of the tape-shoe brake is determined by the dependence of the form:
n i = one M T = n i = one F T R w < < M T max , ( 6 )
Figure 00000060

where F T is the friction force arising on the interaction surfaces of the friction brake assemblies; M T max
Figure 00000061
- the greatest braking moment,
determined from the condition of applying breaking strength to the hoist rope;
M T max = F T to [ k to ] [ r b + α one ( z one - one ) ] ; ( 7 )
Figure 00000062

Where F T to
Figure 00000063
- breaking load of the hoist rope; [k to ] is the safety factor of the rope; r b is the radius of the winding of the rope on the winch drum; α 1 - the distance between the centers of the cross sections of the ropes in adjacent layers of their winding; z 1 - the number of layers of winding the rope on the winch drum;
- safety factor of braking torque (β m ), determined using the dependence of the form:
β m = M T M from t [ β m ] , ( 8 )
Figure 00000064

where M article - static moment on the drum shaft of the winch from the weight of the drill string; [β m ] is the allowable value of the safety factor of the braking torque;
- the friction work performed by the friction brake assemblies is determined by the dependence of the form:
A = 0 t to M ω d t , ( 9 )
Figure 00000065

where M and ω are the current values of the braking torque and the angular velocity of the pulley;
- energy consumption of friction brake assemblies ( P r w )
Figure 00000066
determined by the dependence of the form:
P r w = R m n R w 2 b one α f one V r to i one 10 3 r H max [ P r w ] , ( 10 )
Figure 00000067

Where p m = p max + p min 2
Figure 00000068
- average specific loads on the surfaces of friction pairs; And 1 = nb 1 R w α - the theoretical area of interaction of the inner surfaces of the friction linings and the working surface of the brake pulley; V r to
Figure 00000069
- the average speed of the descent of the loaded elevator, which depends on the length of the candle, lowered into the well; i l - gear ratio of the mechanical brake drive; r H max
Figure 00000070
- the maximum radius of the winding of the rope on the drum,
while the allowable energy consumption of the friction units of the tape-shoe brake [ P r w ] = 8000 to AT t m 2
Figure 00000071
;
- efforts (F p ) applied by the driller to the control lever of the tape-block brake is determined by the dependence of the form:
F p = S C k to [ r b + α one ( z - one ) ] ( e n α f R w R 0 - one ) R w i one η [ F p ] , ( eleven )
Figure 00000072

where R 0 is the radius of the inner surface of the brake tape; η is the efficiency of the mechanical brake drive, while the allowable force applied by the driller to the brake control lever is [F p ] = (300-400) H;
- the efficiency of the tape-shoe brake, determined by the dependence of the form:
η L . T . = m b . t . m P . M . , ( 12 )
Figure 00000073

where m b.t. - mass of the drill pipe string; ∑m P.M. - the total amount of braked reduced masses to the drum shaft of the winch;
while operating parameters S H and S C p max and p min , and n i = one M T
Figure 00000074

are determined both for the nth number of individual braking devices, and for the whole tape-shoe brake with constant and variable friction coefficients in its friction units.
2. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.1, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения деформаций тормозной ленты (при установке на ее дуге обхвата фрикционных накладок с постоянным и переменным шагом) при спуске элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных во вторую группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
- коэффициент запаса прочности (nT) для поперечного сечения тормозной ленты определяется по зависимости вида
n T = σ 1 σ a k δ ε β л + ψ σ σ max [ n T ] , ( 13 )
Figure 00000075

где σ-1 - предел выносливости при симметрическом цикле нагружения; σа, σmax - амплитуда и максимальные напряжения цикла; kδ - эффективный коэффициент концентрации напряжений; ψσ - коэффициент, зависящий от материала ленты; ε и βл - коэффициенты, учитывающие размеры поперечного сечения ленты и класс чистоты ее рабочей поверхности; [nT] - допустимое значение коэффициента запаса прочности тормозной ленты, [nT]=2,0;
- деформации тормозной ленты описываются зависимостями (14) и (15) при расположении на дуге ее обхвата накладок с шагом:
переменным
Δ l = S С R 0 E A л [ 1 f ( e f α 1 ) ( 1 + e f α + e 2 f α + + e f α ( n 1 ) ) + + e f α ( β 1 + e f α β 2 + + e ( n 2 ) f α β n 1 ) + 1 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] ; ( 14 )
Figure 00000076

постоянным (при условии, когда β12=…=βn-1=β)
Δ l = S С R 0 E A л [ 1 f ( e f α 1 ) ( 1 + e f α + e 2 f α + + e f α ( n 1 ) ) + + β e f α ( 1 + e f α + + e ( n 2 ) f α ) + 1 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] , ( 15 )
Figure 00000077

где Aл - площадь поперечного сечения тормозной ленты; βi - угол между торцами соседних фрикционных накладок; lC и lH - длина сбегающей и набегающей ветвей ленты;
- радиальные деформации фрикционной накладки определяются с помощью зависимости вида:
Δ δ = δ H i = 1 n S C i α i E H B 1 , ( 16 )
Figure 00000078

где δН - толщина фрикционной накладки: EH - модуль упругости материала накладки;
- общая деформация элементов тормозной системы определяется по зависимости вида:
β 1 = Δ Л + Δ Т r + 64 M в р l G π d 4 ; ( 17 )
Figure 00000079
β 2 = Δ Л + Δ Т r 64 M в р l G π d 4 , ( 18 )
Figure 00000080

где ΔЛ, ΔT - деформации тормозных лент и их тяг; r - радиус кривошипа коленчатого вала; Mвр=M - момент вращения, равный тормозному моменту в конце торможения для различных типов фрикционных узлов тормоза; l - расстояние между кривошипами; G - модуль сдвига; d - диаметр тормозного вала.
2. The method for determining operational parameters in case of a quasilinear pattern of their change in the band brake of the drawworks according to claim 1, characterized in that when the quasilinear law changes the deformation of the brake belt (when installing on its arc the girth of the friction linings with constant and variable pitch) at the descent of the elevator, the definition of operational parameters, summarized in the second group, tape-shoe brake is performed in the following sequence:
- safety factor (n T ) for the cross section of the brake tape is determined by the dependence of
n T = σ - one σ a k δ ε β l + ψ σ σ max [ n T ] , ( 13 )
Figure 00000075

where σ -1 is the endurance limit for a symmetric loading cycle; σ a , σ max - amplitude and maximum stress of the cycle; k δ is the effective stress concentration coefficient; ψ σ is the coefficient depending on the material of the tape; ε and β l are coefficients that take into account the dimensions of the cross section of the tape and the cleanliness class of its working surface; [n T ] is the permissible value of the safety factor of the brake tape, [n T ] = 2.0;
- deformations of the brake tape are described by dependencies (14) and (15) when located on the arc of its girth of the linings with a step:
variables
Δ l = S FROM R 0 E A l [ one f ( e f α - one ) ( one + e f α + e 2 f α + ... + e f α ( n - one ) ) + + e f α ( β one + e f α β 2 + ... + e ( n - 2 ) f α β n - one ) + one 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] ; ( fourteen )
Figure 00000076

constant (provided that β 1 = β 2 = ... = β n-1 = β)
Δ l = S FROM R 0 E A l [ one f ( e f α - one ) ( one + e f α + e 2 f α + ... + e f α ( n - one ) ) + + β e f α ( one + e f α + ... + e ( n - 2 ) f α ) + one 2 R 0 ( l C + l H e n f α ) ] , ( fifteen )
Figure 00000077

where A l - the cross-sectional area of the brake tape; β i is the angle between the ends of adjacent friction linings; l C and l H - the length of the runaway and oncoming branches of the tape;
- the radial deformation of the friction lining is determined using the dependence of the form:
Δ δ = δ H i = one n S C i α i E H B one , ( 16 )
Figure 00000078

where δ H is the thickness of the friction lining: E H is the elastic modulus of the lining material;
- the total deformation of the elements of the brake system is determined by the dependence of the form:
β one = Δ L + Δ T r + 64 M at R l G π d four ; ( 17 )
Figure 00000079
β 2 = Δ L + Δ T r - 64 M at R l G π d four , ( eighteen )
Figure 00000080

where Δ L , Δ T - deformation of brake bands and their rods; r is the radius of the crank of the crankshaft; M BP = M is the torque equal to the braking torque at the end of braking for various types of friction brake assemblies; l is the distance between the cranks; G is the shear modulus; d is the diameter of the brake shaft.
3. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.2, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения количества теплоты, которое генерируется на поверхности фрикционных узлов, а потом аккумулируется в них и позже рассеивается от них в окружающую среду при спуске элеватора температурное поле фрикционных накладок, которые в тангенциальном направлении неподвижны, уподоблено эпюре удельных нагрузок, определение эксплуатационных параметров, сведенных в третью группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
- интенсивность тепловыделения от поверхностей тормозного шкива определяется по зависимости вида при: естественном и вынужденном конвективном теплообмене
α к = Q 1 Q 2 A ш τ 0 ( t 1 t 2 ) ; ( 19 )
Figure 00000081

радиационном теплообмене
α л = с л i [ ( T 1 100 ) 4 ( T 2 100 ) 4 ] T 1 T 2 , ( 20 )
Figure 00000082

где Q1, Q2 и t1(T1), t2(T2) - количество теплоты и отвечающие им температуры поверхности тормозного шкива, которые он имеет перед началом охлаждения и в конце его завершения; Аш - суммарная площадь поверхностей (матовых и полированных) теплообмена тормозного шкива; τ0 - время охлаждения; с л i
Figure 00000083
- коэффициент излучения материала тормозного шкива, В т ( м 2 К 4 ) ;
Figure 00000084

- коэффициент распределения тепловых потоков между трущимися поверхностями фрикционных узлов, имеющих большие размеры контакта, определяются по зависимости вида:
k Т . П . = α с р α с р + α с р ' , ( 21 )
Figure 00000085

где ∑αср - средняя приведенная теплоотдача металлических фрикционных элементов ленточно-колодочного тормоза; ∑αcp' - средняя приведенная теплоотдача фрикционных накладок, расположенных на дуге обхвата тормозной ленты;
- тепловые радиальные деформации обода шкива определяют по зависимости вида
W t = δ ш α t ш Δ t , ( 22 )
Figure 00000086

где δш - толщина обода тормозного шкива; α t ш
Figure 00000087
- коэффициент линейного расширения материала обода тормозного шкива; Δt - перепад температур между поверхностями обода шкива.
3. The method for determining operational parameters with a quasilinear pattern of change in the band brake of the drawworks according to claim 2, characterized in that, with the quasilinear law, changes in the amount of heat that is generated on the surface of the friction units, and then accumulated in them and later dissipated from them into the environment when the elevator is lowered, the temperature field of the friction linings, which are stationary in the tangential direction, is likened to the specific load diagram, the definition of operational pa ametrov tabulated third group belt drum brake operate in the following sequence:
- the intensity of heat from the surfaces of the brake pulley is determined by the dependence of the type for: natural and forced convective heat transfer
α to = Q one - Q 2 A w τ 0 ( t one - t 2 ) ; ( 19 )
Figure 00000081

radiation heat transfer
α l = from l i [ ( T one one hundred ) four - ( T 2 one hundred ) four ] T one - T 2 , ( twenty )
Figure 00000082

where Q 1 , Q 2 and t 1 (T 1 ), t 2 (T 2 ) - the amount of heat and the corresponding surface temperature of the brake pulley that it has before cooling and at the end of its completion; And w is the total surface area (matte and polished) of heat transfer of the brake pulley; τ 0 is the cooling time; from l i
Figure 00000083
- emissivity of the material of the brake pulley, AT t ( m 2 TO four ) ;
Figure 00000084

- the distribution coefficient of heat flows between the friction surfaces of the friction units having large contact sizes are determined by the dependence of the form:
k T . P . = α from R α from R + α from R '' , ( 21 )
Figure 00000085

where ср α sr is the average reduced heat transfer of metal friction elements of the tape-shoe brake; ∑α cp 'is the average reduced heat transfer of the friction linings located on the arc of the brake belt;
- thermal radial deformation of the pulley rim is determined by the type
W t = δ w α t w Δ t , ( 22 )
Figure 00000086

where δ W - the thickness of the rim of the brake pulley; α t w
Figure 00000087
- coefficient of linear expansion of the material of the rim of the brake pulley; Δt is the temperature difference between the surfaces of the pulley rim.
4. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.2 или 3, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения, частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля, деформаций тормозной ленты и количества генерируемой, аккумулируемой и рассеиваемой теплоты от фрикционных узлов при спуске элеватора закономерность изменения износа рабочих поверхностей фрикционных накладок (четвертая группа) уподоблена закономерности изменения удельных нагрузок в парах трения тормоза, и при этом превалирующее влияние на величину износа накладок оказывает тепловое состояние фрикционных узлов тормоза. 4. A method for determining operational parameters in the case of a quasilinear pattern of change in the band brake of the drawworks according to claim 2 or 3, characterized in that in the case of a quasilinear law changes in the speed of rotation of the brake pulley from a steady value to zero, deformations of the brake belt and the amount of generated , accumulated and dissipated heat from the friction units during the descent of the elevator, the pattern of change in wear of the working surfaces of the friction pads (fourth group) is likened to a pattern and changes in specific loads in the friction pairs of the brake, and the prevailing effect on the amount of wear on the linings is exerted by the thermal state of the friction brake assemblies.
RU2010145348/11A 2010-11-08 2010-11-08 Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches RU2507423C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010145348/11A RU2507423C2 (en) 2010-11-08 2010-11-08 Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010145348/11A RU2507423C2 (en) 2010-11-08 2010-11-08 Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010145348A RU2010145348A (en) 2012-05-20
RU2507423C2 true RU2507423C2 (en) 2014-02-20

Family

ID=46230124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010145348/11A RU2507423C2 (en) 2010-11-08 2010-11-08 Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2507423C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117150869B (en) * 2023-10-31 2024-01-09 中国航发四川燃气涡轮研究院 Design method for metal matrix composite blisk fracture simulation test

Citations (6)

* 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
JP2003194120A (en) * 2001-12-25 2003-07-09 Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd Cooling device of brake or clutch
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
RU2357132C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads on strands of brake belt of belt-block brake in 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 (6)

* 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
JP2003194120A (en) * 2001-12-25 2003-07-09 Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd Cooling device of brake or clutch
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
RU2357132C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads on strands of brake belt of belt-block brake in draw works

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010145348A (en) 2012-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2692968C1 (en) Instrument and dynamic stress control method in multilayer twisted rope and drum in super deep well
Kaczmarczyk et al. Transient vibration phenomena in deep mine hoisting cables. Part 2: Numerical simulation of the dynamic response
US10781797B2 (en) Wind turbine comprising a yaw bearing system
CN104122198B (en) A kind of friction lining-hoisting cable dynamic friction transmission test device and method
US20170328001A1 (en) Rope made of textile fibre material
Wahid et al. Energy method for experimental life prediction of central core strand constituting a steel wire rope
Pal et al. Failure analysis of wire rope of ladle crane in steel making shop
Zhang et al. Investigation on the fretting fatigue behaviors of steel wires under different strain ratios
CN105258929B (en) A kind of test method of PE rope and cord clip ball switching performance
Xu et al. Fretting wear behaviors of hoisting rope wires in acid medium
RU2507423C2 (en) Method for determining operating parameters at quasi-linear law of their change in band-and-shoe brakes of boring winches
Ilin et al. Conceptual bases of intensification of mining operations in mines of Ukraine based on monitoring and condition management of mine hoisting systems
Waterhouse¹ Fretting in steel ropes and cables-a review
Moradi et al. Failure analysis of a drilling wire rope
Nabijou et al. Frictional performance of wire and fibre ropes bent over sheaves
Durak et al. Experimental study of the tribological properties of an elevator’s brake linings
Wang et al. Determination of fretting parameters of hoisting rope in coalmine and fretting-fatigue behavior of steel wires
Ma et al. Experimental investigation of friction and slip at the traction interface of rope and sheave
RU2357130C2 (en) Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works
Hu et al. Experimental study on effect of additional torsional load on bending fatigue behavior and failure mechanism of steel wire rope
KR20190129833A (en) Temperature Evaluation Method in Active Rotating Compensation Rope
Dahlberg et al. Surface stresses at an axisymmetric asperity in a rolling contact with traction
RU2386061C2 (en) Definition method of heat flow sharing coefficient between friction pairs of different kinds of frictional units in band-block brakes of draw works (versions)
RU2489619C2 (en) Stabilisation method of operating parameters of band-shoe brakes of drilling winches with fixed straps on brake band
RU2534158C2 (en) Determination of geometrical parameters of draw work band-shoe brake braking pulleys

Legal Events

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

Effective date: 20130806