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

Радиальное усилие, действующее на элементарную кольцевую площадку шкива при боковой деформации баллона

о

Усилие на продольную полосу поверхности шкива от осевой деформации баллона при перекосе валов определяем, исходя из расчета действия этого усилия на единицу длины окружности шкива по уравнению (11.23). При этом учитываем, что осевое смещение £

Величина усилия от осевой деформации элемента баллона, име­ ющего ширину В и длину окружности шкива dL, составит

dQ0=q0dL=

или

осей шиннопневматической муфты от действия осевой и боковой деформаций баллона, находим из уравнений (11.52), (11.55) и (11.62)

ющий способность баллона шиннопневматической муфты компенси­ ровать перекос соединенных ею валов, находим из сопоставления уравнений (П.24) и (11.63)

Дополнительные нагрузки на валы соединенных муфтой агрегатов, определенные из уравнений (11.35) и (11.63) при давлении воздуха

вбаллоне 8 кгс/см2 , приведены в табл. 12.

Приведенные в таблице нормы допускаемых отклонений от со­ осности валов, соединенных шиннопневматическими муфтами,

Т а б л и ц а 12

заимствованы из инструкций по монтажу буровых установок, выпу­ скаемых У ралмаш заводом и заводом «Баррикады». Из этой же та­ блицы видно, что при выполнении требований точности монтажа агрегатов в соответствии с нормами на соединяемые муфтами валы действуют -большие дополнительные нагрузки. Фактические откло­ нения от соосности валов на буровых установках превышают допусти­ мые по нормам и достигают 3 мм и 1°. При этом дополнительные нагрузки еще более возрастают.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что компенсирующая способность шиннопневматических муфт, характеризуемая крутиль­ ной, боковой, осевой и угловой податливостью, может быть опре­ делена в каждом конкретном случае с помощью уравнений (II.21), (11.36), (11.49) и (11.64).

Теоретические и экспериментальные исследования ВНИИнефтемаша в 1964—1965 гг. позволили установить относительно низкую податливость шиннопневматических муфт [3]. Таким образом, су­ ществовавшее мнение о большой возможности шиннопневматических муфт компенсировать крутильные колебания валов и их несоос­ ность не подтвердилось.

Для практических расчетов машин и механизмов можно исполь­ зовать параметры муфт, обратные податливости — их жесткость. Величины крутильной, боковой, угловой и осевой жесткости шинно­ пневматических муфт определяют из приведенных ниже зависимо­ стей

1

до •

Пользуясь полученными формулами, легко установить, что экс­ центриситет вала лебедки в комплекте установки БУ-80БрД и вала гидродинамического тормоза, установленного с ней на одной раме, равный 2 мм, даже при использовании шиннопневматической муфты ШПМ-1070 с улучшенными параметрами вызывает появление на консолях этих валов радиальных усилий 2300 кгс. Эти усилия будут изгибать валы и дополнительно нагружать подшипники лебедки

игидротормоза.

Чтобы определить возможность компенсации крутильных коле­ баний муфтой ШПМ-500, достаточно подсчитать, что при нагруже-

следует сказать, что стальной вал диаметром 100 мм и длиной 500 мм под действием такого же момента Мкр = 800 кгс • м закручи-

вается на угол ф = 0,005 рад. Следовательно, крутильная жесткость баллона муфты ШПМ-500 равна крутильной жесткости стального вала диаметром 100 мм и длиной 500 мм.

К о э ф ф и ц и е н т полезного д е й с т в и я ш и н н о п н е в м а т и ч е с к и х муфт

При конструировании буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения и других машин потери энергии в шиннопневматических муфтах ранее не учитывали. Коэффициент полезного действия этих муфт при расчетах энергетического баланса

валов меньше единицы из-за различных потерь энергии. В абсолют­ ных цифрах потери энергии в каждой муфте незначительны, но при последовательном соединении различных агрегатов и передаче боль­ шой мощности эти потери имеют практическое значение.

Несоосность валов у агрегатов, соединенных шиннопневматиче­ ской муфтой, вызывает циклическую деформацию баллона. Энергия, расходуемая на внутреннее трение резины при деформации, снижает к. п. д. муфты. Коэффициент уменьшается еще больше, когда фрик­ ционные колодки муфты проскальзывают по цилиндрической поверх­ ности шкива.

Величина энергии, затраченной на преодоление внутреннего трения в элементах баллона при циклических деформациях резины (гистерезисные потери при переменных нагрузках), снижает к. п. д. примерно на 0,05—0,1% . Однако основные потери в муфте происходят от проскальзывания колодок по поверхности шкива. Проскальзы­ вание может быть из-за превышения величины допускаемого кру­ тящего момента муфты и предельного эксцентриситета ее валов.

Предельным эксцентриситетом муфты следует назвать такой эксцентриситет ее валов, превышение величины которого может вызвать проскальзывание колодок по поверхности шкива. Экс­ центриситет валов муфты приводит к появлению в баллоне деформа­ ций такого же характера, как и при скручивании. Эта деформация вызывает появление тангенциальных сил Ту, стремящихся сдвинуть

Тангенциальные силы складываются в том случае, когда имеют одно направление. В плоскости, перпендикулярной плоскости экс­ центриситета, эти силы имеют максимальное значение (рис. 26, в). На другой стороне шкива тангенциальные силы равны разнице

Определить величину тангенциальных сил, действующих на каждую единицу длины окружности шкива, можно по формуле (11.29). Максимальная тангенциальная сила будет при ф = я/2

Тангенциальная сила, возникающая при передаче муфтой полез­ ного крутящего момента МкР, из расчета на единицу длины окруж­ ности шкива

Рис. 26. Эпюры тангенциальных сил, действующих на шкив шиннопневматиче­ ской муфты.

а — при эксцентриситете валов; б — от крутящего момента; в — от суммарных танген­

циальных сил.

Эпюра суммарных тангенциальных сил показана на рис. 26, в для случая, когда Ткр ] > 7\р. Величину тангенциального усилия от крутящего момента, действующего на колодки муфты, находим

Чтобы не было скольжения колодок, для каждой из них должно быть выдержано условие

Лоп. (11.70) Подставляем значение усилий из формул (11.68) и (11.69) в фор­

откуда находим предельную величину эксцентриситета

На рис. 27 приведены кривые зависимости предельного эксцен­

емм

Рис, 27. Предельные зна­ чения эксцентриситета ва­ лов муфты ШПМ-500 при

р = 8 кгс/сма и MiКр

400 кгс-м.

fZOO ті,of/мин

Если эксцентриситет муфты е превышает предельную величину епр, то максимальное тангенциальное усилие Г™8*, действующее на часть колодок муфты, будет больше допускаемого. В результате этого каждая колодка, проходя зону максимальных тангенциальных усилий при вращении муфты, будет поочередно проскальзывать по поверхности шкива. Такое проскальзывание будет и в том случае, когда окружное усилие, передаваемое муфтой, меньше предельного допускаемого окружного усилия.

где v1 — окружная скорость поверхности трения ведущей части муфты; i>2 — окружная скорость поверхности трения ведомой части муфты.

Снижение величины коэффициента полезного действия шинно­ пневматической муфты пропорционально сокращению скорости вра­ щения ведомого вала из-за проскальзывания колодок

шкив деформирует баллон и смещается в боковом направлении на расстояние, равное эксцентриситету е. Если же к шкиву приложить момент Мч в радиальной плоскости, то под его действием баллон будет деформироваться, а оси муфты и шкива сме­ стятся относительно друг друга на угол у.

Эта обратимость ис­ пользована при разра­ ботке конструкции стенда СМ-500, общий вид . и схема которого показаны на рис. 28 и 29.

Изменяя направление действия силы QR на угол В от вертикальной оси стенда, можно нагрузить муфту дополнительно кру­ тящим моментом МК р, ве­ личина которого опреде­ ляется из выражения

состоит из следующих основных узлов: шиннопневматической муфты ШПМ-500 1, закрепленной между обоймами рычагов, ее баллон имеет хлопчатобумажный шестислойный корд марки 9Т по

чины этой нагрузки; контргруза 4 для уравновешивания шкива и кронштейна; опорного основания 5; двух гидродомкратов 6 (см. рис. 29) для создания момента на шкив в горизонтальной плоскости; рамы 7 (см. рис. 29) для крепления гидродомкратов; системы питания пнев­ матической муфты воздухом с компрессором и баллоном высокого давления 8; системы питания гидродомкратов маслом с прессом

икрутящих моментах Мкр = 100, 200, 300, 400 и 500 кгс • м. Радиальную нагрузку на шкив муфты QR создавали с помощью

винтового механизма. Величину ее измеряли динамометром с уче­ том поправок по таблице тарировки. Боковое смещение шкива е под действием силы QR измеряли индикатором, закрепленным на ободе баллона. В каждом эксперименте индикатор устанавливали под углом р, соответствующим углу направления силы Q R .

Вэкспериментах при давлении воздуха в баллоне 6 кгс/см2

максимальная нагрузка на шкив QR ограничивалась 800 кгс в связи с тем, что при больших нагрузках появлялось окружное проскаль­ зывание части фрикционных колодок по поверхности шкива. При давлении воздуха в баллоне 8 кгс/см2 максимальная нагрузка со­ ставляла 900 кгс. Все эксперименты повторяли не менее 3 раз каждый.

При определении экспериментальной зависимости QR = f(e, рл) давление в баллоне устанавливали на заданную величину, после чего нагрузку последовательно увеличивали ступенями по 100 кгс на каждой. При максимальном значении силы и фиксации наиболь­ шего смещения шкива е нагрузку снижали также ступенями до нуля в обратной последовательности. Интервалы времени между циклами нагружения муфты вместе с замером радиального смещения шкива

этим же углом закрепляли индикатор для измерения бокового сме­ щения шкива е. После установления необходимого давления воз­ духа в баллоне муфту нагружали радиальной силой QR И создавали момент Мкр, затем фиксировали боковое смещение шкива е и на­ грузку полностью снимали.

На следующей ступени, уже под другим углом ($, нагружение муфты повторялось в том же порядке. Интервалы времени между замерами величины е на каждой ступени нагрузки колебались в пре­ делах 15—45 мин. Длительность интервалов была вызвана большой затратой времени на установку рычага муфты под углом р.

Во всех экспериментах заданное давление в баллоне муфты под­ держивалось с помощью редукционного клапана системы питания воздухом.

Зависимость изгибающего момента М7 от угла перекоса осей шиннопневматической муфты исследовали на стенде при заданных давлениях воздуха в баллоне 6, 8 и 10 кгс/см2 . Нагрузка на шкив Р для обеспечения необходимого момента My создавалась гидро­ домкратами, давление в которых поддерживалось на заданном уровне с помощью гидропресса «Рухгольц». Во избежание осевого про­ скальзывания фрикционных колодок по поверхности шкива макси­