книги из ГПНТБ / Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности

Уравнение баланса энергии, из которого можно определить суммарную работу, затраченную в период включения муфты и пол­

Для определения количества тепла, выделяющегося в процессе включения пневматической фрикционной муфты, необходимо найти величину работы Атр, затраченной на преодоление трения за оба периода сцепления, ограниченных временем ісц

(1.19)

о

где Мф — крутящий момент на фрикционной муфте в функции времени, щ — угловая скорость буксования в функции времени.

При интегрировании уравнений (1.11), (1.13)—(1.15), (1.17)— (1.19) возникают трудности, так как функциональные зависимости подынтегральных моментов и угловых скоростей обычно неизвестны.

с предположениями и допущениями. Хотя это и облегчает интегри­ рование, но не соответствует действительному процессу включения муфт и, следовательно, приводит к условным результатам.

Решение уравнений относительного движения систем в общем виде, а также частные случаи решения этих уравнений и определения работы буксования фрикционных муфг приведены в [6]. Однако этот метод весьма сложен и неудобен для практического использо­ вания.

В ряде исследований даются методы приближенного вычисления работы буксования. Например, в [7] приведен расчет работы буксо­ вания фрикционных муфт гусеничных машин. Однако тяжелые условия работы пневматических фрикционных муфт нефтяных ма­ шин, передающих значительные мощности при большой частоте включений, не позволяют использовать приближенные методы рас­ чета.

Исследования шиннопневматических муфт на заводе «Баррикады» в 1965 г. [4], подтвержденные работами ВНИИнефтемаша в 1969— 1971 гг. дали возможность определить второй параметр процесса

После интегрирования и преобразования работа трения за один цикл включения муфты будет

В формуле (1.22) неизвестно время сцепления ^Сц, для опреде­ ления которого составляем уравнение на оснований графика на рис. 3, б.

Мм.ф ( 2 ) —ЛГустм ... шm„v

(1.23)

Решая уравнение (1.23) совместно с уравнением движения (1.9), находим выражение для определения угловой скорости ведомой части муфты

С 0 2 ( 2 )

После интегрирования и преобразования получаем выражение для вычисления третьего параметра процесса сцепления — угловой скорости вращения муфты в момент сцепления фрикционной пары

На основании формулы (1.3)

Подставляем в выражение (1.25) значение tx

Как показали исследования [4], при дизельном приводе угловая скорость в момент сцепления сос ц в значительной степени опреде­ ляется началом и интенсивностью подачи топлива, т. е. зависит от индивидуальных особенностей оператора. Поэтому величина сос ц имеет большой диапазон значений

При электрическом приводе буровых лебедок от асинхронных электродвигателей разгон ведомой системы из состояния покоя

до угловой скорости установившегося движения должен осуще­ ствляться при постоянно включенной муфте. Однако на практике не единичны случаи, когда для этой цели используется оператив­ ная муфта. Включение привода насосов, генераторов, компрессоров

идругих машин осуществляется с помощью муфт. Исследованиями ВНИИнефтемаша показано, что в этом случае

находим выражение для вычисления четвертого параметра процесса

угловая скорость этой муфты будет увеличиваться пропорционально сокращению момента. Анализ формулы (1.31) показывает, что, на­ пример, при уменьшении момента Муст в 2 раза и соответствующем увеличении угловой скорости соу с т величина работы трения умень­

трения за каждый цикл включения муфты, работающей с дизель-

в процессе выключения муфты, можно рассчитать по той же методике,

позволяет сократить это время в 2—3 раза по сравнению со временем наполнения. В результате этого, а также в связи с меньшим значе­ нием крутящего момента работа трения при выключении муфты будет в несколько раз меньше, чем при включении.

Износ трущихся деталей пневматических фрикционных муфт зависит в основном от удельной работы буксования во время вклю­ чения и выключения привода или от удельной мощности буксования. Величина средней удельной работы буксования определяется из отношения

Для обеспечения сцепления фрикционной пары при включении привода и разгона ведомой системы машины до угловой скорости установившегося движения муфта должна иметь запас по крутящему моменту. Коэффициентом запаса Км называется отношение предель­ ного момента, который может передать муфта, к моменту сопроти­ вления ведомой системы при установившемся движении. Этот коэф­ фициент равен произведению коэффициентов, отражающих условия работы муфты в период ее включения. Величина коэффициента за­ паса должна быть больше единицы

где — коэффициент динамичности нагружения муфты при вклю­ чении; К у. — коэффициент стабильности коэффициента трения; Кв — коэффициент вынужденного увеличения расчетного крутящего мо­ мента муфты при замедленном наполнении ее камеры воздухом.

Целесообразность выбора того или иного типа муфты при кон­ струировании машины можно проверить, рассчитав ее на:

—способность разогнать ведомую систему до угловой скорости установившегося движения в заданное время;

—динамичность нагружения ведомой системы.

Чтобы выполнить этот расчет, необходимо определить каждую из составляющих коэффициента запаса муфты. Основная из них — коэффициент динамичности — зависит как от параметров муфты, так и от параметров машины. При отсутствии зазоров в звеньях ведомой системы и при абсолютной жесткости ее элементов величину

она работает по-существу как оперативная муфта с предельным моментом М п р = 1000 кгс • м, т. е. в 2 раза ниже своих возможно­ стей. Если же эта муфта будет смонтирована на машине с целью передавать момент 2000 кгс • м, то время сцепления ее фрикцион­ ной пары увеличится с 4 примерно до 7 с. В результате муфта будет буксовать при включении дольше, чем это допустимо для оператив­ ных муфт. Если она будет работать при повторно-кратковременном режиме включения, то в результате перегрева преждевременно выйдет из строя.

Неоперативные муфты, включаемые менее 5 раз в 1 ч, например муфты привода буровых насосов, могут буксовать более длительное время по сравнению с оперативными, поэтому коэффициент их за­ паса Кка может не учитывать время наполнения камер воздухом. Повышенный нагрев деталей неоперативных муфт за один цикл включения компенсируется' охлаждением в интервале между цик­ лами, увеличенном по времени

Фактические коэффициенты запаса Км оперативных муфт лебе­ док ряда буровых установок приведены в табл. 3.

Необходимо отметить, что за коэффициент запаса муфты во многих работах принимают различные понятия. Например в [1], коэффициентом запаса называется отношение предельного момента муфты к действующему, который должен обеспечить подъем макси­ мального груза. Причем величина этого коэффициента для большин­ ства оперативных муфт лебедок отечественных и ряда зарубежных буровых установок, приведенных в этой же работе, меньше единицы (0,53; 0,629; 0,785 и т. д.). В этом определении есть противоречие,

Т а б л и ц а З

так как при коэффициенте запаса муфты по моменту, меньшем еди­ ницы, привести в движение ведомую систему машины невозможно.

В [7, 10] введены понятия о коэффициенте запаса муфты без объяснения его значения, но в обоих случаях величина этого ко­ эффициента рекомендуется большей чем, единица (1,3—2,5 и 1,25— 3,5 соответственно). Однако методика определения этого коэффи­ циента не приводится. В [5] коэффициентом запаса муфты назван коэффициент, учитывающий нестабильность коэффициента трения. Величина его рекомендуется в пределах 1,1—1,15.

М е т о д и к а р а с ч е т а п а р а м е т р о в и выбор муфт

При конструировании машины и оснащении ее пневматическими фрикционными муфтами необходимо в первую очередь определить их назначение и режим эксплуатации каждой муфты. В зависи­ мости от этого в конкретном случае к муфтам предъявляются особые технические требования. Режим эксплуатации, определяемый в ос­ новном частотой включений, влияет на расчет параметров, поэтому он положен в основу методики выбора с той целью, чтобы обеспе­ чить необходимую работоспособность муфты.

Исходные данные для расчета. К исходным данным, которые необходимы для расчета муфты, относятся:

назначение муфты и режим ее эксплуатации (частота включений); величина крутящего момента, передаваемого муфтой при устано­

вившемся движении и заданных режимах эксплуатации; угловые скорости вращения ведомого вала при установившемся

движении после окончания периода включения для каждого режима эксплуатации;

давление в пневмосистеме управления и вероятное время за­ полнения камеры муфты воздухом;

необходимая долговечность муфты; необходимая податливость муфты в зависимости от назначения.

После предварительного выбора типа муфты следует определить ориентировочный коэффициент запаса по моменту с учетом характе­ ристик машины и муфты по формуле

Км = КЛК^КВ.

Определив моменты сопротивления при установившемся движе­ нии для каждого режима и ориентировочный коэффициент запаса, находим в первом приближении предельный момент муфты

М пр ~ КшМуо,т.

По предельному моменту уточняем необходимый типоразмер

Проверяется соответствие полученных результатов расчета с нор­ мами. Если по расчету коэффициент динамичности нагружения муфты и время сцепления фрикционной пары находятся в пределах

случае выбирается другой типоразмер муфты и расчет повторяют. Учитывая отсутствие в литературе методических указаний о выборе пневматических фрикционных муфт для нефтяных машин и меха­ низмов, ниже дается пример расчета.

Расчет муфты буровой установки. Необходимо выбрать и рас­ считать муфту, предназначенную для оперативного включения

привода подъемного механизма буровой установки БУ-80БрД с дизельгидравлическим приводом. Муфта должна быть смонтирована на валу барабана лебедки. Исходные данные для расчета определяем с учетом параметров установки по нормали Н900—66.

Для муфты барабанного вала вопросы компенсации неточности монтажа не рассматриваются (см. главу I I ) .

Ориентировочные коэффициенты запаса по моменту!

* и И = £ д В Д = 1,7-1,2-2 = 4,1 Кьт = £ Д В Д , = 1,2 • 1,2 • 2 = 2,87 КиШ = КлК,Кв = 1 . 1 , 2 . 1 = 1,2

Необходимые величины предельных моментов муфты в первом приближении

ЛГ„ Р М = 4,1.1280 = 5250 кгс-м Л/пр-8о = 2,88 • 4430 = 12 700 кгс • м M n p l 4 0 = 1,2-8100= 9700 к г с м

На основании предварительных данных по расчету выбираем шиннопневматическую муфту МШ-1070 (параметры муфты приведены в главе I I ) . Предельные моменты этой муфты при соответствующей частоте вращения равны 10500, 11400 и 11500 кгс • м.

Время заполнения камеры воздухом по расчету tB — 8 с.