Навантаженість багатопарних фрикційних вузлів гальмівних систем бурових лебідок

РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕНОСТІ БАГАТОПАРНИХ ФРИКЦІЙНИХ ВУЗЛІВ
СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВОГО ГАЛЬМА
БУРОВОЇ ЛЕБІДКИ
2.1. Перехід від однієї до двох пар тертя у фрикційних вузлах гальма
Для стрічково-колодкових гальм, що мають фрикційні вузли різних типів та
працюють у повторно-короткотривалому режимі навантаження, інтервал зміни
середніх питомих навантажень складає 0,3-1,5 МПа, початкових швидкостей
ковзання – 1,0-20,0 м/с, середніх температур поверхонь тертя – 100-1000 °C.
При певній сукупності фізико-механічних властивостей матеріалів, що труться,
швидкостей ковзання, питомих навантажень, поверхневих температур тощо на
поверхнях тертя буде виникати певна шорсткість, що відповідає заданим умовам
тертя. При зміні умов тертя, змінюється і шорсткість поверхонь, що впливає на
інтенсивність зношування пар тертя гальма. Остання може бути істотно зменшена
не лише вибором матеріалів пар тертя, але й раціональним їхнім розташуванням у
спряженнях.
У залежності від твердості (H) та розмірів поверхонь дотику (AH) взаємодіючих
пар тертя, за пропозицією професора Д. Н. Гаркунова [42], доцільно розрізняти
наступні умови розташування фрикційних матеріалів:
Н1>H2; AH1Н1

AH2. (2.2)
Перший випадок відповідає ковзанню робочої поверхні гальмівного шківа,
найменшої номінальної поверхні дотику по внутрішній поверхні фрикційної
накладки, що має меншу твердість, проте більшу поверхню дотику. Таке
розташування поверхонь фрикційних пар тертя будемо називати „прямою парою
тертя”. Остання є у серійному стрічково-колодковому гальмі бурової лебідки.
У прямій парі тертя гребені нерівностей поверхні тертя гальмівного шківа, що
залишились після механічної обробки, розташовуються, в основному, по гвинтовій
лінії, а рух кожної точки поверхні проходить по колу, що викликає збільшений
відрив частинок фрикційного матеріалу від внутрішньої поверхні фрикційної
накладки. При цьому також відбувається зношування робочої поверхні гальмівного
шківа. Доля металевих частинок останнього, що осіли на внутрішній поверхні
накладки, служить чинником інтенсифікації зношування робочої поверхні шківа.
При цьому частина продуктів зношування, розташовуючись між поверхнями тертя,
прискорює зношування обох поверхонь. Крім того, взаємодія твердого матеріалу
робочої поверхні гальмівного шківа з нерухомою м’якою робочою поверхнею
фрикційної накладки сприяє виникненню інтенсивної пластичної деформації у зоні
їхнього контакту. Остання призводить до збільшення номінальної та фактичної
площі контакту, що сприяє підвищенню коефіцієнта тертя, зниженню питомих
навантажень, збільшенню сили тертя, та як наслідок, помітному збільшенню
інтенсивності зношування поверхонь тертя.
З усього вищевикладеного випливає, що всі фізико-механічні процеси, що
відбуваються у матеріалах пар тертя серійних стрічково-колодкових гальм,
обумовлені динамічним перевантаженням їхніх пар тертя, та як наслідок,
достатньо високою тепловою навантаженістю.
Отже, прямі пари тертя в серійному стрічково-колодковому гальмі необхідно
динамічно розвантажити, застосовуючи новий тип фрикційного вузла, у якому
зовнішня та внутрішня поверхні фрикційної накладки виконують функції елементів
зворотно-прямої пари тертя гальма.
2.2. Стрічково-колодкові гальма з багатопарними фрикційними вузлами:
конструкція та робота
Ефективним способом покращення експлуатаційних параметрів стрічково-колодкових
гальм бурових лебідок є збільшення фактичної площі взаємодії їхніх фрикційних
вузлів. Ця обставина, у свою чергу, призведе до збільшення коефіцієнта
взаємного перекриття поверхонь тертя гальма, завдяки використанню зовнішніх та
внутрішніх пар тертя. Дві поверхні (зовнішня та внутрішня) рухомої накладки у
фрикційному вузлі гальма, навантажені кожна нормальною силою N, мають при
однакових умовах більшу поверхню взаємодії в окремо розглянутих парах тертя
„внутрішня поверхня гальмівної стрічки – зовнішня поверхня фрикційної накладки”
та „внутрішня поверхня фрикційної накладки – робоча поверхня гальмівного
шківа”, ніж у парах тертя „внутрішня поверхня нерухомих фрикційних накладок –
робоча поверхня гальмівного шківа”.
Професор А. В. Чичинадзе в одній зі своїх багаточисельних робіт [114, 115]
вказав, що одним із шляхів суттєвого зниження динамічної та теплової
навантаженості пар тертя гальм є розробка багатопарних конструкцій їхніх
фрикційних вузлів. Така рекомендація в повній мірі відноситься і до фрикційних
вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок.
На рис. 2.1 зображене стрічково-колодкове гальмо з багатопарними фрикційними
накладками; на рис. 2.1 а – поперечний розріз фрикційних вузлів
стрічково-колодкового гальма; на рис. 2.1 б, г – вид А на зовнішні та внутрішні
фрикційні вузли, накладки яких встановлені з зазорам та без нього; на рис. 2.1
в, д – розріз Б-Б.
Стрічково-колодкове гальмо з багатопарними фрикційними вузлами складається з
гальмівного шківа 1, що має опуклу робочу поверхню 2, а з боків шківа 1
розташовані реборди 3, 4. Ліва реборда 3 виконана знімною, а права – складає
одне ціле зі шківом 1.
Ліва реборда 3 кріпиться до тіла гальмівного шківа 1 за допомогою гвинтів 5.
Шків 1 розташований на валі 6 бурової лебідки. У гальмівному шківі 1 виконане
поглиблення, яке із внутрішніми поверхнями реборд 3 і 4, та з опуклою робочою
поверхнею шківа 1 і частиною фрикційного елемента 7 утворюють з’єднання типу
„ластівчин хвіст з опуклою поверхнею”. У свою чергу, фрикційний елемент 7
складається з основи 8, до якої за допомогою гвинтів 9 і гайок 10 прикріплена
зовнішня 11 і увігнута внутрішня 12 фрикційні накладки. Основа 8 ф