12.5 Динаміка гальмування. Безпечні швидкості опускання

Динамічні навантаження, на гальма бурової лебідки, обумовлені зниженням швидкості поступово рухомих і обертових мас. На рис. 12.6 зображені моменти сил, які діють на гальма під час гальмування. Статистичний момент направлений в сторону обертання барабана лебідки, гальмівний момент – проти обертання і в даній схемі лебідки діє при опусканні за годинниковою стрілкою, а під час піднімання — проти годинникової стрілки. Якщо за умовне сприятливе годинникової стрілки, то рівняння обертового руху можна написати у наступному вигляді:

для гальмування при спуску

(12.9)

для гальмування при підйомі

(12.10)

де — приведений до вала барабана лебідки момент інерції обертових і поступально рухомих мас;

— кутове сповільнення вала барабана лебідки;

— статичний момент;

і — гальмівні моменти відповідно при спусканні і підніманні.

Рисунок 12.6 — Моменти сил, які діють на гальмо в під час гальмування

а — спуск; б — піднімання; і — натяг рухомого кінця відповідно при опусканні і підніманні

Приведений момент інерції визначається із різниці кінетичної енергії приведеної маси і фактично розділених мас з врахуванням втрат на тертя. Для спрощення розрахунків можна знехтувати кінетичною енергією канатних шківів, яка немає суттєвого впливу. У цьому випадку справедливе рівняння

(12.11)

де — кутова швидкість вала барабана;

— маса рухомих частин талевого механізму і підвішеної колони труб;

— швидкість поступового руху мас;

— талевого механізму.

З розглянутого рівняння приведений до вала барабана момент інерції обертових і поступально рухомих мас

Так як залежність між швидкостями барабана лебідки і гака

одержану формулу можна представити у наступному вигляді:

(12.12)

де — середній діаметр навивки каната на барабан;

— кратність оснастки талевого механізму.

Формули для визначення моментів інерції деяких типових деталей приведених в табл. 12.4. Для деталей і вузлів складної конструкції момент інерції визначається експериментальним методом і по маховому моменту

де — маховий момент відносно осі обертання, рівний похідній приведеної ваги обертових деталей підйомного вала на квадрат діаметра приведення, Нм² (наприклад, маховий мо-мент барабана бурової лебідки ЛБУ-1200 К разом з підіймальним валом та іншими обертовими деталями Нм²).

При рівномірному гальмуванні кутове сповільнення вала барабана лебідки

де і — початкова і кінцева кутова швидкість вала барабана лебідки, ;

— час гальмування, .

В результаті гальмування кінцева швидкість стає рівною нулю, тоді маємо

де — початкова частота обертання вала барабана, об/хв.

Статичний момент з врахуванням ККД талевого механізму при опусканні

;

при підйомі

Гальмівний момент при спусканні з формули (12.9)

Після підстановки значень і матимемо

Таблиця 12.4 — Моменти інерції деталей машин

Деталь	Форма деталі	Момент інерції
Суцільний циліндр
Повний циліндр
Шків, блок, шестерня
Муфта
Барабан

Враховуючи, що одержану формулу можна представити в більш вигідному для практичних розрахунків виді

(12.13)

Аналогічним шляхом із формули (12.10) визначається гальмівний момент при підйомі

(12.14)

Із виразів (12.13) і (12.14) слідує, що динамічні моменти, обумовлені інерцією обертових і поступально рухомих мас, приводить до збільшення гальмівного моменту при опусканні і полегшують роботу гальма при підніманні. Із збільшенням швидкості опускання і зменшенням довговічності гальмування гальмівний момент, необхідний для зупинки лебідки, зростає. Для безпечного гальмування слід відокремити величину гальмівного моменту, необхідного для зупинки вантажу, що опускають:

де — гальмівний момент стрічкового гальма бурової лебідки;

— запас гальмування.

Граничну частоту обертання підйомного вала лебідки при опусканні залежно від вантажу на гаку і терміна гальмування можна визначити, користуючись розглянутою умовою із рівняння (12.13):

(12.15)

Із одержаної формули виходить, що при незмінній тривалості гальмування для зберігання запасу гальмування необхідно по мірі збільшення навантаження на гаку зменшувати швидкість спуску.

Вираз (12.15) використовується для розрахунку безпечних швидкостей опускання, які приймають при регулюванні режиму роботи допоміжного гальма бурової лебідки в процесі опускання колон бурильних і обсадних труб різної маси. В табл. 12.5 приведений приклад розрахунку граничних швидкостей опускання, обмежених постійним запасом гальмування.