12.4 Розрахунок стрічкового гальма

Гальмівний момент, який створюється стрічковим гальмом в результаті тертя між фрикційними колодками і гальмівними шківами, повинен задовольняти умову

(12.1)

де — обертовий момент, Н м;

— коефіцієнт запасу гальмування.

Обертовий момент залежить від навантаження на гаку і зростає в міру заглиблення свердловини. Розрахункова величина обертового моменту позначається вагою найбільш важкої колони труб, який приймається з невеликим запасом, рівним допустимому навантаженню на гаку:

(12.2)

де — допустиме навантаження на гаку талевого механіз-му бурової установки, Н;

— вага підвісних частин талевого механізму, Н;

— середній діаметр нашивки каната на барабан, м;

— ККД підйомного вала лебідки;

— ККД талевого механізму;

— кратність оснастки талевого механізму.

Запас гальмування приймається залежно від режиму роботи лебідки. Враховується досить рідко використання лебідки при навантаженнях, рівних допустимому навантаженню на гаку, в розрахунках стрічкового гальма достатній коефіцієнт запасу гальмування = 1,5.

Гальмівний момент, який створюється стрічковим гальмом:

(12.3)

де — натяг набігаючого кінця стрічки, Н;

— натяг збігаючого кінця стрічки, Н;

— діаметр гальмівного шківа, м;

— число гальмівних шківів.

Натяг збігаючого кінця стрічки залежить від зусилля на ручці гальма, співвідношення плечей важелів і ККД приводу гальма. Натяг набігаючого кінця стрічки з достатньою для практичних розрахунків точністю визначається по відомій формулі Ейлера, яка встановлює співвідношення між зусиллями на кінцях гнучкої нитки:

(12.4)

де — коефіцієнт тертя між шківом і гальмівною колодкою;

— кут обхвату гальмівного шківа стрічкою, рад.

Після підстановки значень і формула (12.3) приймає вид

(12.5)

Деякі автори рекомендують інші формули для розрахунку гальмівного моменту, одержані з умови рівноваги окремих гальмівних колодок, встановлених в стрічковому гальмі.

Контактне гальмо (в Па) виникає в результаті натягу стрічки між шківом і гальмівними колодками:

(12.6)

де — текучий натяг стрічки, Н;

— ширина гальмівної колодки, м.

Максимальний контактний тиск виникає від натягу набігаючого кінця стрічки ( ):

По дузі обхвату гальмівного шківа контактний тиск змінюється на збігаючому кінці стрічки має мінімальну величину:

Для забезпечення достатньої довговічності фрикційної пари контактний тиск не повинен перевищувати допустимого значення:

По допустимому контактному тиску граничний натяг набігаючого кінця стрічки складає:

Підставляючи значення граничного натягу стрічки у формулу (12.5), можна визначити величину гальмівного моменту стрічкового гальма по допустимому контактному тиску:

(12.7)

Із одержаної формули слідує, що при заданому допустимому контактному тиску, який залежить від матеріалів фрикційної пари, гальмівний момент стрічкового гальма зростає пропорційно ширині і квадрату діаметра гальмівного шківа. Згідно цьому, при проектуванні гальмівний момент лебідок вигідніше збільшувати за рахунок діаметра гальмівних шківів, ніж шляхом збільшення їх ширини. Коефіцієнт тертя фрикційної пари в степеневій залежності впливає на величину гальмівного моменту. Тому гальмівні колодки повинні володіти високими фрикційними властивостями, які зберігаються при нагріванні в результаті тертя.

У випадку відривання однієї із стрічок гальма контактний тиск зростає в двічі, що приводить до прискореного зносу фрикційної пари. Неможна допускати тривалу експлуатацію лебідки з однією гальмівною стрічкою. При проектуванні стрічкових гальм лебідок попередньо вибирають матеріали фрикційної пари, кут обхвату і ширину гальмівної стрічки.

Діаметр гальмівного шківа, згідно формулі (12.7), з врахуванням необхідного гальмівного моменту і допустимого контактного тиску

(12.8)

У табл. 12.2 приведені значення залежно від коефіцієнта тертя і кута обхвату шківів.

Таблиця 12.2 — Значення

Кут обхвату		Коефіцієнт тертя
градус	рад	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4
270	4,71	2,57	3,25	4,10	5,20	6,60
300	5,23	2,85	3,72	4,81	6,24	8,12
330	5,75	3,16	4,25	5,63	7,48	10,01
345	6,02	3,33	4,50	8,09	8,32	11,10

В табл. 12.3 приведений приклад розрахунку гальмівного моменту і розмірів стрічкового гальма бурової лебідки.

Зусилля на гальмівній ручці (в Н) розраховується із рівності моментів відносно осі гальмівного вала (рис. 12.5):

звідси

де — довжина ручки керування гальмом, мм,

— радіус кривоши-па колінчатого вала, мм;

— кут повороту ручки від вертикалі;

— кут між кривошипом і стрічкою;

— ККД важільної системи (при якісному виготовленні шарнірів = 0,90—0,95).

Таблиця 12.3 — Розрахунок гальмівного моменту і вибір розмірів стрічкового гальма бурової лебідки

Вихідні і розрахункові величини	Оди-ниці виміру	Позначення	Спосіб визначення	Числове значення
Максимальне навантаження	Н		Задано	12105
Вага рухомих частин талевої системи	Н		“—”	6104
Кратність оснастки			“—”	8
Діаметр барабана	м			0,7
Коефіцієнт запасу гальмування			Приймаємо	1,5
ККД підйомного вала			По табл. 16.7	0,97
Матеріал колодок			ФК-24А
Коефіцієнт тертя			По табл. 12.1	0,3
Кут обхвату	рад		Приймаємо	4,71
Число гальмівних стрічок			“—”	2
Середній діаметр навивки	м			0,78
Допустимий контактний тиск	Па		Приймаємо	12105
Гальмівний момент	Нм		По формулі (12.2)	0,9105
Ширина гальмівної колодки	м		Приймаємо	0,22
Натяг кінців гальмівної стрічки: збігаючої набігаючої	Н Н		По формулі (12.5) По формулі (12.4)	0,52105 1,64105

Рисунок 12.5 — Схема зусиль, які діють на стрічкове гальмо

Вільний хід стрічки гальма (в мм) залежить від кута обхвату і радіального зазору між колодками і гальмівними шківами: ( — радіальний зазор, мм).

По мірі зносу фрикційної пари збільшується радіальний зазор і відповідно зростають вільний хід стрічки і кут повороту гальмівної ручки. При надмірному збільшенні кута повороту ручки необхідно регулювати радіальний зазор між шківом і гальмівними колодками.

Згідно формулі (12.9), зусилля на ручці гальма залежить від відношення радіуса кривошипа і довжини гальмівного важеля. Із зменшенням цього відношення зусилля, необхідне для гальмування, зменшується. Найбільша довжина важеля складає приблизно 1500 мм і обмежується зручністю керування ручкою. Радіус кривошипа складає не менше 40 мм і повинен бути достатнім для створення радіального зазору між гальмівним шківом і колодками при розгальмовуванні. Зусилля на ручці гальма, згідно ГОСТ 12.2.О41-79, не повинно перевищувати 250 Н.