4. Назначение, типы и конструкции тормозов.

Тормоза буровых лебедок предназначены для торможения барабана или пускового диска при спуско-подъемных операциях. В соответствии с назначением различают тормоза подъема, спуска и вспомогательные или регулирующие.

Тормоза подъема планетарных и дифференциальных лебедок служат для подъема инструмента. Тормоза спуска предназначены для регулирования скорости движения спускаемой колонны, полного ее торможения и удержания в подвешенном состоянии. В качестве тормозов подъема и спуска применяют фрикционные колодочные и ленточные тормоза.

Фрикционные тормоза буровых лебедок должны отвечать следующим требованиям:

1). Обеспечивать надежное быстрое, но плавное торможение;

2). Создавать постоянный тормозной момент при заданной силе торможения;

3). Иметь легкую регулировку и заменяемые элементы трения;

4). Не перегреваться при длительной работе;

5). Иметь небольшие массу и размеры, легкое и удобное управление.

В более тяжелых условиях работают тормоза спуска, так как энергия, развиваемая движущимся грузом, поглощается тормозом и в большинстве случаев полностью превращается в тепловую. Для облегчения работы фрикционных тормозов и удлинения срока их службы установки для бурения скважин на нефть и газ оснащают регулирующими тормозами, ограничивающими скорость спуска бурильной колонны.

4.1 Фрикционные тормоза

В лебедках станков для геологоразведочного бурения наибольшее распространение получили двух колодочные тормоза. На чертеже, приложенном к курсовому проекту, показан колодочный тормоз с ручным управлением.

Тормоза подъема и спуска крепятся к станине и коробке скоростей посредством пружинных кронштейнов.

Каждый тормоз состоит из двух стальных колодок 21 и 22 (с асбестотканными накладками), эксцентрикового валика на игольчатых подшипниках, тяги 24.

Оба тормоза одинаковы по конструкции, но у тормоза спуска есть дополнительное устройство 20, стопорящее рукоятку 19 в требуемом положении.

4.2 Расчет тормозов.

4.2.1 Расчет тормозных моментов.

Тормозной момент при спуске колонны. Усилие, возникающие в лебедочной ветви каната, при остановке спускаемого инструмента, определяется величиной статической нагрузки на крюке и динамической силой, зависящей от ускорения торможения.

При расчете тормозного момента динамические нагрузки учитывают коэффициентом запаса по отношению с крутящему моменту на барабане лебедки от действия статической нагрузки.

Крутящий момент на барабане лебедки:

(4.1)

где Р_л- усилие в лебедочной ветви при спуске колонны от статической нагрузки; D – диаметр навивки каната по среднему слою: D = , где - диаметр каната; D = 450 + 17 + 8,5 = 475,5 мм или D = 0,475 м.

, (4.2)

где Q_ном – вес бурового инструмента номинальной длины; к.п.д. шкива, = 0,96; m – число струн талевой системы, m = 2. По паспортным характеристикам станка ЗИФ-650М глубина бурения равна 500 м и 800 м., диаметр бурения соответственно равен 110 и 59 мм. Следовательно, для расчета выбираются бурильные трубы D= 89 мм (ТБСЛ) и q=11,33 даН/м — вес одного метра трубы для скважины диаметром 110 мм , а также D = 55 мм (ТБСЛ) и = 5,94 даН/м – вес одного метра трубы для скважины диаметром 59 мм. Из этого следует, что для диаметра 59 мм =L_скв* = = 4752 даН; для диаметра 110 мм =L_скв* = = 5665 даН. Для дальнейшего расчета выбираем вес бурильной колонны диаметром 89 мм, так как она имеет наибольшее значение.

даН=26630 Н.

.

Тормозной момент:

(4.3)

где - коэффициент запаса тормозного момента.

Тормозной момент при подъеме колонны. Крутящий момент на барабане лебедки при подъеме инструмента:

(4.4)

где коэффициент дополнительных сопротивлений, ; к.п.д. талевой системы, .

.

Величина момента, который необходимо приложить к тормозной шайбе пускового диска для удержания его в неподвижном состоянии, зависит от схемы планетарного механизма лебедки (рис. 8).

Рис.8. Схема сил, действующих на сателлит планетарной лебедки ЗИФ-650М.

Чтобы удержать пусковой диск, к тормозной шайбе необходимо приложить момент:

(4.5)

где d и d_c – делительный диаметры солнечного колеса и сателлитов.

Заменив и подставив значение , получим:

. (4.6)

Здесь z и z_в – числа зубьев солнечного колеса и зубчатого венца, z_в=63, z=42.

.