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

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;