РОЗДІЛ 2
ПРОЦЕСИ НАГРІВАННЯ ТА ОХОЛОДЖЕННЯ ФРИКЦІЙНИХ ВУЗЛІВ СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВОГО ГАЛЬМА З РУХОМИМИ
НАКЛАДКАМИ
2.1. Особливості конструкції і робота стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками
Різноманітність існуючих конструкцій стрічково-колодкових гальм (звичайний, диференційний, сумарний і двохсторонньої дії) з їх істотними недоліками: значними зусиллями, які згинають гальмівний вал, що дорівнюють по величині геометричній сумі натягів набігаючої й збігаючої гілок гальмівної стрічки; різким захопленням гальмівного шківа фрикційними накладками, яке супроводжується поштовхами й значними вібраціями; зменшеною ефективністю при зміні напрямку обертання гальмівного шківа; недостатньою гнучкістю гальмівної стрічки, що робить практично неможливим вирівнювання питомих навантажень на взаємодіючих поверхнях гальма, закономірності їх розподілу й, відповідно, і зношення відповідають приблизно зміні функції еf?; підвищеним, нерівномірним зношенням фрикційних накладок і в екстремальних режимах експлуатації руйнуванням стальної гальмівної стрічки; недостатньою ефективністю природного охолодження [29, 37]. При цьому необхідно відмітити, що з аналізу ряду конструкцій гальм від звичайного до двохсторонньої дії випливає, що вони істотно ускладнились. Усе вищенаведене і примусило звернутися до нової конструкції стрічково-колодкового гальма.
При розробці стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками повинна витримуватись умова того, що процес гальмування повинен бути плавним, без зривів (стрибків) при взаємодії пар тертя різних фрикційних вузлів, а також те, що їхній контакт повинен бути пружнім для гальм бурових лебідок, особливо під час утримання колони бурових труб на вазі при спуско-піднімальних операціях і нарощуванні бурової колони в процесі буріння.
Розглянемо нетрадиційну конструкцію гальма, яка має рухомі фрикційні накладки по відношенню до гальмівної стрічки. При цьому вони з'єднані між собою пружними елементами і у вигляді кільця надягаються на бігову доріжку шківа. Замикання гальма здійснюється зусиллями, прикладеними до кінців гальмівної стрічки.
Що стосується зносо-фрикційних властивостей окисних плівок, які виникають на внутрішніх поверхнях фрикційних накладок, то вони в значній мірі залежать від активності їхнього контакту з киснем повітря. Зменшення концентрації останнього в зоні тертя за рахунок посадки з натягом фрикційних накладок на робочу поверхню гальмівного шківа обумовлює формування тонких ненасичених структур, добре зв'язаних з основним матеріалом.
Стрічково-колодкове гальмо з рухомими фрикційними накладками працює наступним чином: в незамкненому стані шків 1 (рис. 2.1) вільно обертається разом із підпружиненими до нього накладками 3. На початку гальмування до певного часу накладки 3 обертаються разом зі шківом 1. Робочою поверхнею є поверхня 5. Із збільшенням сили натягу гальмівної стрічки 7 рух накладок припиняється і робочою стає поверхня 4. При подальшому затягуванні стрічки 7 гальмо працює аналогічно серійному стрічково-колодковому гальму. Після розгальмовування накладки 3 обертаються разом зі шківом 1.
На рис. 2.2 показані сили, які діють на фрикційну накладку, при наступних умовних позначеннях: Ni1 i Ni2 - нормальні сили, що діють з боку шківа і гальмівної стрічки; Fi1 i Fi2 - сили тертя між накладкою і, відповідно, шківом і гальмівною стрічкою; Sп - сила розтягу пружини.
Рис. 2.1. Схема стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними
накладками: 1, 2 - гальмівний шків і його робоча поверхня; 3, 4, 5 -
фрикційна накладка з внутрішньою та зовнішньою поверхнями;
6 - циліндрична пружина; 7 - гальмівна стрічка з робочою
поверхнею; 8 - циліндричні стрижні.
Рис. 2.2. Схема сил, що діють на зовнішню і внутрішню поверхні фрикційної
накладки.
Дослідження функціональних можливостей стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками бурової лебідки починається з вибору його розрахункової схеми, тобто умовної моделі. Відповідно до гальмівного шківа: геометрично він є циліндричною оболонкою, вільною з одного боку і пружно спряжену та закріплену до фланця барабана. Система сил, що діє на шків, традиційно вважається нормально розподіленою. Розглянемо можливі випадки навантаження кільця (поперечний переріз гальмівного шківа), яке знаходиться під дією: рівномірне розподілених по колу відцентрових сил інерції, які виникають при обертанні кільця навколо свого центра симетрії.
Розглянемо гальмівний шків при різних режимах його роботи.
Перший навантажувальний режим - фрикційні накладки з допомогою натягу посаджені на нерухомий гальмівний шків. У даному випадку прийнято рахувати, що сили взаємодії в контакті шківа і накладок нормальні (радіальні) по напрямку (рис. 2.3 а).
Другий навантажувальний режим - вільне обертання гальмівного шківа разом з підпружиненими до нього фрикційними накладками і барабаном. При цьому в контакті шківа і накладок виникають відцентрові сили інерції (рис. 2.3 б). Тому гальмівний шків і розраховується саме на дію таких сил, тобто обгрунтовано приймають силову схему з рівномірно розташованими по колу радіальними навантаженнями (рис. 2.3 б).
Третій (початкова стадія гальмування) навантажувальний режим - гальмівна стрічка притискається до зовнішньої поверхні фрикційних накладок, які обертаються разом з гальмівним шківом (перша стадія гальмування). Вважаємо, що в контакті внутрішньої поверхні гальмівної стрічки і зовнішніх поверхонь фрикційних накладок, які попадають під стрічку, при цьому діють сили тертя, які дорівнюють добутку коефіцієнта тертя на величину нормальних сил.
Встановлено, що взаємодія внутрішньої поверхні гальмівної стрічки із зовнішніми поверхнями фрикційних накладок відбувається в тому випадку,
Рис. 2.3 а,б. Гальмівний шків з фрикційними накладками при різних режимах
роботи: а - в нерухомому стані; б - при вільному обертанні.
Рис. 2.4 a,б. Епюри питом
- Київ+380960830922