Файл: Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности.pdf

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