11.5.3 Расчёт тормозных устройств

Определяют: а) величину тормозного момента; б) натяжение на набегающем и сбегающем концах тормозных лент.

Рисунок 102-Схема тормоза

Натяжение набегающего конца ленты Т:

Т = te^ (97)

где e = 2,71828;

 - угол обхвата ленты в радианах;

 - коэффициент трения;

t - натяжение на сбегающем конце, н.

Окружная тормозная сила Р_т:

Р_т = T – t = te^ - t = t(e^ - 1) (98)

Через тормозной момент:

Р_т = М_т/ (99)

Тогда t = P / e^ - 1, Т = Р + t (100)

Величина удельного давления:

q = T/в (101)

где  - радиус тормозной шайбы, м;

в – ширина ленты, м.

Силу на рукоятке тормоза определяют из условия равновесия рычага:

Р_рl = t l₁ (102)

Рабочий ход тормозного рычага в месте приложения силы Р равен:

m = el/l₁ (103)

Тормозная лента рассчитывается на напряжение:

_р = Т₁ / (в - ₁)  К_р (104)

где  - толщина ленты;

d – диаметр заклёпки;

К_р – 80 – 100 МПа;

₁ – число заклёпок в расчётном сечении.

Заклёпочные соединения проверяются на срез заклёпок и на смятие их поверхности в месте соприкосновения с лентой.

_ср = Т / ₁(d²/4)  К_ср _см = Т / d  К_см

К_ср = 50  60 МПа К_см = 100 МПа

11.5.4 Расчёт бочки барабана

Рассчитывают на сжатие под действием навивки каната и сил кручения и изгиба, возникающих от натяжения каната.

(105)

где М_изг – изгибающий момент;

М_кр – крутящий момент;

W – момент сопротивления кольцевого сечения;

_в – допускаемое напряжение.

Для чугуна _в = 23 МПа;

для стали _в = 120 МПа;

для сварных барабанов _в = 140 МПа.

Расчёт стенок барабана на сжатие

_сж = S /t  [_сж] (106)

где S – усилие натяжения каната, н;

 - толщина стенки барабана, м;

t – шаг навивки, м.

Для чугуна _сж = 800 МПа; для стали _сж = 100 МПа.

Материалы применяемые в подъёмниках:

шестерни – стали марок 18ХГТ; 12ХН2А; 40ХН;

валы – 45; 40Х;

бочка барабана – стальное литьё.

11.6. Оптимальный режим работы подъёмника

По мере подъёма оборудования из скважины масса его постепенно уменьшается. Графически этот процесс будет выглядеть так, как показано на рисунке 178. В этом случае полезная мощность двигателя падает от полной N до 0 в конце подъёма. Полная работа двигателя А равна:

А = ^t₀Ndt (107)

где N – мощность;

t – время.

Средняя степень загрузки двигателя будет характеризоваться отношением:

К = ^t₀Ndt / NT (108)

При одной скорости подъёма – К = 0,5. При двух скоростях включение скорости V₂

произойдет после снижения массы груза до .

При двух скоростях:

(109)

Рисунок 103-Диаграмма изменения нагрузок

При трех скоростях:

(110)

Максимальная нагрузка на крюке определяется так:

(111)

где q – масса 1м колонны, кг/м;

- масса талевой системы, м;

L – длина колонны труб, м.

Подбор оснастки (число струн) ведут по формуле:

(112)

где – максимальное натяжение ходового конца, Н;

- КПД таловой системы (для роликов на шариковых подшипниках , на подшипниках скольжения )

Длина колонны, поднимаемой на каждой скорости:

, (113)

где

, (114)

Величина определяется из технической характеристики ( и - соответственно 1 и 2 скорости подъема).

При проведении спуско-подъемных операций главной задачей является уменьшение времени. Машинное время зависит в первую очередь от мощности двигателя подъемника. Необходимая мощность определяется по формуле:

, (115)

где Q – масса груза, кг;

- максимальная скорость подъема крюка, м/с;

- КПД подъемника.

Так как

(116)

то (117)

- скорость подъема для любой длины колонны.

Выражение , тогда

(118)

Методика подбора оптимальных скоростей подъема была разработана Вирновским А.С. В соответствии с ней идеальное машинное время

(119)

Вирновским было показано, что коэффициент использования мощности зависит от числа скоростей подъемника и определяется так:

, (120)

где n- скорость подьема.

При этом:

n	1	2	3	4	5	6
k	0.5	0.67	0.75	0.8	0.83	0.85

Отсюда видно, что увеличение скоростей больше 4-5 неоправдано.

Следовательно, при проведении спуско-подъемных операций надо использовать все имеющиеся скорости подъема, для чего оснастку талевой системы подбирать так, чтобы начинать подъем на низшей скорости. Это позволит уменьшить машинное время.