7.3. Кинематика подъемного механизма

Задача кинематики - определение скоростей и ускорений подъемного механизма. При этом заданными являются высота подъема, кинематическая схема и размеры звеньев подъемного механизма частота вращения и характеристика используемого двигателя.

Тахограмма подъема

Рис.19.

При спускоподъемных операциях высота подъема h несколько превышает длину бурильной свечи l, т.е. h≈1,02l. Это обусловлено возможностью установки бурильной колонны на клинья либо элеватор.

Изменения скорости за время подъема и спуска одной свечи изображаются тахограммой. Для подъемных механизмов характерна трехпериодная тахограмма подъема, имеющая трапецеидальную форму. При линейном нарастании скорости, как показано на рис.19, имеем

а₁=dv/dt=tgγ=const; υ_Н.У=а₁t₁; h₁=υ_Н.У t₁/2= ,

где а₁ - ускорение крюка при разгоне, м/с²; υ_Н.У - начальная установившаяся скорость крюка, м/с; t₁ - продолжительность разгона, с; h₁ - путь крюка в период разгона, м; γ - угол наклона кривой скорости.

Скорость подъема в период установившегося движения

υ_У=πD_Zn_ДВ/60i_ТРi_Т.С,

где D_Z - диаметр навивки каната на барабан лебедки, м; i_TP передаточное число трансмиссии лебедки; i_T.C - кратность оснастки подъемного механизма.

В кинематических расчетах пользуются средней установившейся скоростью подъема

υ_cу=(υ_ву+υ_ку)/2,

где υ_ку - конечная установившаяся скорость подъема крюка, определяемая по диаметру последнего (конечного) слоя навивки каната.

Исходя из средней установившейся скорости, для второго периода подъема имеем

а₂=0; υ_су=соnst; h₂=υ_суt₂;

где а₂ - ускорение крюка, м/с²; t₂ - продолжительность установившегося движения, с; h₂ - путь крюка за период установившегося движения, м.

При линейном изменении скорости торможения имеем

а₂=соnst; υ_ку=а₃ t₂; h₃=υ_куt₃/2=

где а₃ - замедление крюка при торможении, м/с²; υ_ку – скорость крюка в начале торможения, м/с; t₃ - продолжительность торможения, с; h₃ - путь крюка в период торможения, м.

Продолжительность подъема

t=t₁+t₂+t₃

высота подъема в определенном масштабе выражается площадью тахограммы

h=(t+t₂)υ_су/2

Пользуясь коэффициентом λ, продолжительность подъема на заданную высоту можно определить по формуле

t=h/υ_сp=hλ/υ_cу.

Коэффициент заполнения тaxoгpaммы зависит от типа привода подъемного механизма, скорости и высоты подъема крюка. Согласно опытным данным Уралмашзавода, указанная зависимость описывается уравнением .

В зависимости от типа используемого привода с=2,4 – для электрического, дизель-электрического и газотурбоэлектрического; с=3,6 - для дизель-гидравлического и газотурбинного; с=4,8 - для дизель - механического.

Средняя скорость спуска

υ_{сp сп}=υ_{max сп}/λ_сп, где υ_{max сп} - максимальная скорость, достигаемая за период спуска; λ_сп - коэффициент заполнения тахограммы при спуске.

В практических расчетах, согласно рекомендациям Уралмашзавода, максимальная скорость спуска принимается в зависимости от длины свечи l:

l, м……………	18	24	27	36
υmax сп, м/с……	2,5	2,9	3,1	3,6

Коэффициенты заполнения тахограммы λ_сп=2 - при свободном спуске; λ_сп=1,5 - при использовании вспомогательного тормоза.