Сторож Ярослав Богданович. Стабілізація навантаженості фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок

brief description

Сторож Ярослав Богданович. Стабілізація навантаженості фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок : Дис... канд. техн. наук: 05.05.12 / Івано-Франківський національний технічний ун-т нафти і газу. — Івано-Франківськ, 2006. — 248арк. : рис. — Бібліогр.: арк. 200-212

Сторож Я.Б. "Стабілізація навантаженості фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок".- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.12 - машини нафтової і газової промисловості. - Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. Івано-Франківськ, 2006.
Робота присвячена підвищенню ефективності роботи фрикційного вузла стрічково-колодкових гальм шляхом стабілізації навантаженості фрикційного вузла на основі моделювання його напружено-деформованого стану та зношування на режимах спуску бурильної колони та буріння й обґрунтування методик розрахунків конструктивних і експлуатаційних параметрів гальма. Створені та досліджені математичні моделі фрикційного вузла аналітична ділянки гальмівної стрічки, скінчено-елементна фрикційної накладки при її зношуванні та скінчено-елементна фрикційного вузла в розімкненому стані та на початку гальмування в широкому діапазоні зміни його конструктивних параметрів і навантажень. Дано обґрунтування вдосконалених конструктивних рішень на основі стабілізації навантаженості деталей фрикційного вузла.
Наведені результати стендових експериментальних досліджень, виконаних для перевірки адекватності математичних моделей і працездатності дослідної конструкції ділянки фрикційного вузла, а також дана оцінка натурних параметрів фрикційних вузлів гальм із застосуванням методів теорії подібності й аналізу розмірностей.
Запропоновані уточнені методики розрахунку основних конструктивних та експлуатаційних параметрів фрикційних вузлів гальма.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове розв'язання наукового завдання, що виявляється у встановленні закономірностей взаємозв'язку конструктивних параметрів, силової навантаженості, НДС та зношування фрикційного вузла стрічково-колодкових гальм бурових лебідок на режимах спуску бурильної колони та буріння з метою підвищення ефективності його роботи шляхом стабілізації його навантаженості й обґрунтування аналітичних методик визначення конструктивних та експлуатаційних параметрів. Проведені дослідження дали змогу:
1. Вперше створити для фрикційного вузла та його елементів наступні моделі:
математичну для НДС ділянки гальмівної стрічки над і між фрикційними накладками та при цьому встановити, що наявність проміжку між накладками зумовлює появу в стрічці згинального моменту і додаткових напружень згину, а також викликає значну нерівномірність розподілу сил при взаємодії неробочих поверхонь стрічка накладка”;
багатофакторну математичну для ділянки гальмівної стрічки над і між фрикційними накладками залежно від факторів відгуку деформації стрічки, коефіцієнта розподілу сил між стрічкою та накладкою, згинальних моментів, еквівалентних напружень і відношень згинальних та еквівалентних напружень у найбільш навантажених поперечних перерізах стрічки з урахуванням зусилля натягу стрічки та конструктивних параметрів фрикційного вузла: циліндричної жорсткості, товщини та довжини стрічки між накладками, радіуса робочої поверхні гальмівного шківа;
скінчено-елементну для НДС фрикційної накладки, навантаженої радіальними і тангенціальними силами з боку поверхонь стрічки та шківа;
скінчено-елементну деформації фрикційного вузла з урахуванням його ваги та дії пристроїв регулювання радіального зазора між робочими поверхнями накладок і шківа.
2. Вперше встановити закономірності зміни для фрикційного вузла та його елементів:
розподілу сил між робочими поверхнями накладки та шківа в процесі її зношування під дією постійного натягу гальмівної стрічки та при зміні натягу в межах 3,0-100,0% від 160 кН;
раціональних: циліндричної жорсткості та товщини гальмівної стрічки при її ширині 220 мм для гальм з радіусом шківа 500-725 мм за критерієм найбільшої ефективності використання матеріалу стрічки.

Вперше встановити раціональні зусилля для відтяжок стрічок (Р1=759,10 Н;Р2=426,13 Н) за критерієм найменшого поля розсіяння радіального зазора та вплив розміщення пристроїв регулювання радіального зазора на дузі охоплення гальмівної стрічки для керування взаємодією ділянок накладок, які першими входять у контакт з гальмівним шківом.

4. Вперше отримати аналітичні залежності для визначення у фрикційних вузлах стрічково-колодкового гальма, його елементах і гальма в цілому:
розмірів фаски на неробочій поверхні фрикційної накладки для вирівнювання розподілу питомих навантажень та її зношування по довжині;
кроку розміщення накладок на дузі охоплення гальмівної стрічки з використанням комплексної умови: найбільшого ресурсу накладок, їхнього рівномірного навантаження, рівновеликої міцності стрічки та з урахуванням раціонального розміщення пристроїв регулювання радіального зазора між парами тертя.
5. Розробити уточнений метод визначення конструктивних і експлуатаційних параметрів фрикційних вузлів:
для гальм з радіусом шківа 500-725 мм при коефіцієнті тертя 0,25-0,50 з підвищенням точності розрахунків на 1,1-13,2%;
з урахуванням повороту накладок внаслідок нерівномірного зношування їхніх робочих поверхонь і підвищенням точності розрахунків на 2,3-2,9%;
з урахуванням фасок на неробочих поверхнях фрикційних накладок;
напружень у гальмівній стрічці як у тонкостінній оболонці.
6. Встановити наступні закономірності процесів зношування робочих поверхонь фрикційних накладок:
зношування відбувається, в основному, на двох стадіях: припрацювання та усталеного процесу. Для першої стадії характерним є істотно нестабільний розподіл питомих навантажень по довжині накладки з найбільшими його значеннями на її краях. Для стадії усталеного зношування залежність вказаних вище параметрів є лінійною з найбільшим значенням питомого навантаження на краю набігаючої ділянки робочої поверхні накладки;
нерівномірний розподіл питомих навантажень, і як наслідок, зношування робочої поверхні накладки по довжині, особливо при зміні навантаження та під час припрацювання, пов’язані з низькою жорсткістю накладки (ділянки фрикційного вузла), нерівномірним розподілом сил у контакті „стрічка накладка” та консольним кріпленням накладок до стрічки.

Запропонувати удосконалені конструкції фрикційного вузла головного гальма бурових лебідок, стабілізація розподілу питомих навантажень у яких:

по довжині фрикційних накладок з 63,8% до 3,6% призводить до зменшення інтенсивності їхнього зношування до 11%;
по дузі охоплення стрічки за умови використання режиму гальмування, звичного при експлуатації серійної конструкції, дає змогу зменшити еквівалентні напруження в поперечному перерізі набігаючої гілки стрічки до 65,9%, підвищити ресурс комплекту накладок до 27,3% та досягти економії фрикційного матеріалу накладок з розрахунку на однакову проходку до 39,7%, а за умови підвищення інтенсивності гальмування на 27,3% отримати економію матеріалу накладок до 10,0%.