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

Давление в гидродомкратах для создания нагрузки увеличивали от нуля до максимального значения последовательно по 10 кгс/см2 на каждой ступени. Снижали нагрузки в обратном порядке. Ин­ тервалы времени между замерами угла перекоса на каждой ступени нагрузки составляли 5 мин.

тот же угол перекоса, фиксировались показания только одного

эксцентриситета и перекоса валов, соединенных муфтой ШПМ-500,

по одному из экспериментов. Величина момента по результатам эксперимента близко совпадает с его теоретическим значением.

Экспериментальные исследования на стенде СМ-500 подтвердили основные результаты анализа компенсирующей способности шинно­ пневматических муфт, в том числе:

большое влияние несоосности и перекоса валов, соединенных шиннопневматической муфтой, на образование дополнительных на­ грузок на валы и другие детали агрегатов;

зависимость боковой податливости шиннопневматической муфты от давления воздуха в камере ее баллона;

отсутствие влияния крутящего момента, передаваемого шинно­ пневматической муфтой, на радиальную силу, возникающую при

По экспериментальным данным, величина момента, изгибающего валы, соединенные шиннопневматической муфтой, при угле пере­ коса 7 = 1° больше рассчитанного по формуле (11.63) на 17—25%.

Результаты исследований подтверждают возможность исполь­ зований формул (11.35) и (11.63) для расчета валов, соединенных

Долговечность оперативных шиннопневматических муфт с ко­ лодками из асбобакелита, как показала практика эксплуатации, значительно ниже, чем других муфт с различными фрикционными колодками. Теоретические исследования позволили установить, что основной причиной низкой долговечности шиннопневматических муфт является интенсивное старение резины баллонов и фрикцион­

Статистические сведения, полученные Ленинградским шинным за­ водом из различных районов нашей страны, а также наблюдения ВНИИнефтемаша позволили установить, что детали оперативных шиннопневматических муфт буровых лебедок при эксплуатации нагреваются до 120—150° С. Имевшиеся сведения об асбобакелите, так же как и о других фрикционных материалах, не давали пред­ ставления о влиянии теплодинамических явлений при буксовании на механизм разрушения шиннопневматических муфт и не позво­ ляли принять решение о замене материала колодок. В связи с этим во ВНИИнефтемаше была проведена серия стендовых исследований четырех натурных образцов шиннопневматических муфт с колод­ ками из различных фрикционных материалов.

Основная задача проведенных работ — определение наиболее перспективных материалов для фрикционных колодок новых муфт с улучшенными параметрами с целью повышения надежности буро­ вых установок. При подготовке исследований было установлено, что ранее проведенные лабораторные испытания^ сбобакелита, при­ меняемого для колодок шиннопневматических муфт, были выпол­ нены заводом-изготовителем на пальчиковой машине трения при

статических нагрузках. В результате испытаний был определен коэф­ фициент трения асбобакелита по чугуну и стали, равный 0,325. Однако в процессе эксплуатации буровых установок при реальных динамических нагрузках в режиме повторно-кратковременного вклю­ чения и в ряде эксперимен­ тальных работ было уста­ новлено, что коэффициент трения фрикционных ко­ лодок с асбобакелитовыми накладками шиннопневматических муфт значительно ниже этой величины. По­ этому при конструирова­ нии буровых установок на основании эксперимен­ тальных данных, коэффи­ циент трения асбобакелита по стали принимали рав­

ным 0,22 [2].

ний каждой муфты с целью решения основной задачи были опре­ делены:

коэффициент трения в момент сцепления фрикционной пары муфты; влияние числа циклов включения на объемные температуры

колодок; влияние объемных температур колодок на коэффициент трения

фрикционных материалов по стали.

Исследования проводили на экспериментальной установке, прин­ ципиальная схема которой приведена на рис. 32. На этом рисунке показана привязка датчиков измерительной аппаратуры. Установка •состоит из башенной вышки ВМ-41, буровой лебедки У2-4-5 с двумя асинхронными электродвигателями и суммирующим редуктором привода, талевой системы с оснасткой 4 X 5 и автоматическим эле­ ватором АСП, ротора с клиновым захватом, датчика измерительной аппаратуры, осциллографа и других приборов, а также колонны

Каждую исследуемую муфту монтировали поочередно на транс­ миссионном валу лебедки для оперативного включения I V скорости привода подъемного механизма с целью подъема бурильной колонны из скважины. Программой исследований для каждой муфты было предусмотрено определение следующих зависимостей:

мощности, передаваемой муфтой подъемному механизму установки, от времени включения;

крутящего момента, передаваемого муфтой в период включения, •от времени;

угловых скоростей ведущей и ведомой частей муфты в процессе сцепления от времени;

роста величины давления от времени наполнения камеры муфты воздухом при включении;

изменений температуры фрикционных колодок муфты в процессе исследований.

Все перечисленные параметры определяли при одинаковых для каждой муфты исходных условиях в следующем порядке. Бурильную колонну максимального веса 13,5 т (на I V скорости лебедки) под­ вешивали на клиновом захвате. Включали электродвигатели при­ вода лебедки при отключенной шиннопневматической оперативной муфте. С пульта пневмоуправления включали оперативную муфту на I V скорость и почти одновременно выключали тормоз барабана лебедки. Колонну поднимали на высоту 24—25 м, после чего глиннопневматическую муфту привода отключали. Колонну опускали в исходное положение на тормозе и подвешивали на клиновом за­ хвате.

По мере увеличения числа циклов включения муфты производи­ лось осциллографирование исследуемых параметров. Частота вклю­ чений во всех случаях поддерживалась одинаковой, равной 80 спу- ско-подъемам в 1 ч. В период кратковременных остановок после 1, 5, 15, 30 и 40-го циклов определяли температуру нагрева колодок.

Крутящий момент, передаваемый муфтой в процессе сцепления, необходимо измерять непосредственно на муфте, или рядом с ней. В этом случае замерами учитываются обе составляющие крутящего момента, передаваемого муфтой, в соответствии с уравнениями дви­ жения (1.4)—(1.6), т. е. момент, развиваемый двигателем, и дина­ мический момент, образующийся в результате снижения угловой скорости вращающихся масс ведущей системы. Однако такое

измерение момента сопряжено со значительным усложнением изме­ рительной аппаратуры. Поэтому его определяли косвенным путем: через мощность электродвигателей привода. Так как доля динами­ ческого момента не учитывалась, ошибка составила примерно 5%.

Суммарная электрическая мощность приводных электродвига­ телей определялась с помощью самопишущего ваттметра «Герц», а затем путем пересчета с учетом потерь на трение в кинематической цепи привода вычисляли мощность, передаваемую муфтой ведомой системе.

где Nд — мощность на валу электродвигателя в кВт; т)д м •— коэффи­ циент полезного действия трансмиссии от двигателя до муфты.

левой системы при оснастке 4 X 5; т]п = 0,99 — к. п. д. подшип­ ника; т)ц п = 0,96 — к. п. д. цепной передачи.

Поскольку мощность электродвигателей фиксировалась и опре­ делялась непосредственно по записи ваттметра, а остальные исследуе­ мые параметры регистрировались на осциллограмме, то для «при­ вязки» обеих записей на осциллограф подавался сигнал, величина которого пропорциональна значению фазового тока в обмотке элект­ родвигателя; характер изменения тока соответствовал характеру изменения мощности на ленте ваттметра.

Зависимость крутящего момента, передаваемого муфтой, от вре­ мени вычисляли по формуле

(cux — угловая скорость ведущей части муфты в 1/с).

Для записи угловой скорости ведущего вала муфты использован тахогенератор типа ТМГ-ЗОП, установленный на валу ведущей шестерни суммирующего редуктора РД-2, имеющего одинаковую

с электродвигателем частоту вращения. Угловую скорость ведомого' вала муфты определяли с помощью тахогенератора ЭТ-7, имеющего более пологую (тихоходную) характеристику. Для обоих тахогенераторов расшифровка тахограми заключалась в определении частоты вращения по величине отклонения шлейфа на осциллограмме с уче­ том соответствующего тарировочного графика.

Зависимость угловой скорости ведущей части муфты от времени вычисляли по формуле

вала до вала муфты.

Давление воздуха в вертлюжке исследуемых шиннопневматических муфт измеряли с помощью потенциометрических датчиков давления ЭДД-10К с логарифмической зависимостью выходного сигнала от величины давления. Линейность тарировочной характери­ стики достигалась применением одноканального полупроводнико­ вого преобразователя УПТ, работающего на принципе эмиттерного повторителя с частотой пропускания тока не менее 220 Гц. Суммар­ ная погрешность замеров при расшифровке осциллограмм с учетом погрешности датчика и усилителя составила не более 6%.

Нагрев фрикционной массы тормозных колодок измеряли стан­ дартными хромель-копелевыми термопарами с шаровыми головками, смонтированными на одной из колодок муфты. Одна из них была вмонтирована внутрь фрикционной накладки на расстоянии 2—3 мм от поверхности трения, а вторая — на границе колодки с паронитовой прокладкой. Учитывая, что тепловая инерция тормозной колодки несоизмерима с тепловой инерцией термопары, температуру (с не­ значительной погрешностью) определяли в период кратковременных остановок вращения муфты. Величину термоэлектродвижущей силы отсчитывали по милливольтметру «Unigor» со шкалой 100 мВ; в гра­ дусы Цельсия переводили с помощью стандартной градуировки данного типа термопар. Температура свободных концов не учиты­ валась, так как температура окружающего воздуха в период про­ ведения испытаний была близка к нулю.

В результате обработки осциллограмм были построены графики: 1) мощностей, передаваемых муфтами, в зависимости от времени

сцепления фрикционного устройства;

ментов и давления воздуха в вертлюжке от времени:

Материалы колодок: 1 — 143-63: г — 39-70; 3 — асбобакелит; 4 — ретинакс

ФК-24А.

воздуха в кгс/см2 (по графику в точке сцепления); р0 — давление, расходуемое для деформации баллона с целью преодоления на­ чального зазора между колодками и шкивом, равное 0,3 кгс/см2 .

Величины Мк и рп отсчитывали в моменты полного сцепления муфт, каждый из которых отмечен на графиках кружками, прямо­ угольниками, заштрихованными прямоугольниками и крестиками. Расчет показал, что коэффициенты трения материалов под влиянием роста температуры колодок изменялись за 30 циклов спуско-подъема следующим образом:

при тихоходных передачах, например в строительных и дорожных машинах, при окружных скоростях на поверхностях трения 2,25— 4,5 м/с [5]. Наиболее широко их применяют в трансмиссиях со­ временных экскаваторов. Муфты обжимные успешно эксплуатиру­ ются в быстроходных передачах буровых установок, при окружных скоростях на поверхностях трения 20—35 м/с.

Пневмокамерная муфта состоит из обжимной полумуфты с фрик­ ционными колодками и цилиндрического шкива. Каждая из них может выполнять функции ведущей или ведомой системы (рис. 36-

Рис. 36. Пневмокамерная цилиндрическая муфта «VC» широкой серии.

и 37). Обе части муфты можно смонтировать на одном валу или на разных валах. В первом случае ведущая и ведомая системы разде­ лены подшипниками и при, выключенной муфте вращаются неза­ висимо друг от друга. В процессе включения обе части сцепляются между собой для передачи крутящего момента. Во втором случае муфта выполняет роль соединительного звена между валами двух агрегатов.

Обжимная полумуфта состоит из двух плоских дисков, между которыми расположен обод с фланцами. Диски вместе с ободом, скрепленные болтами и гайками, образуют пустотелую кольцевую коробку. Внутри ее размещены пневматическая камера и башмаки с фрикционными накладками (рис. 38). Башмаки, выполняющие роль фрикционных колодок, отлиты из алюминиевого сплава. Ка­ ждый из них имеет три сквозных окна для вентиляции. Через сред­ нее окно, имеющее в сечении прямоугольную форму, проходит стальной поводковый палец также прямоугольного сечения.