КЛЮЧ ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД), и предназначена для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД в стационарных условиях баз по ремонту забойных двигателей.
Известен механический ключ КТ - 400 конструкции АзНИИбур-нефть, включающий силовую часть, предназначенную для создания крутящего момента, зажимную часть, предназначенную для задержки неподвижной части детали резьбовой пары и рольганг, на котором размещается ГЗД. Рольганг состоит из рельс - швеллеров и роликов, установленных на них (В.А.Добкин, Г.М.Никитин, А.А.Утробин «Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей», Москва, Недра, 1983 г., стр.83-85).
Недостатком ключа КТ - 400 является наличие всего двух частот вращения патрона силовой части равных 4,5 об/мин и 12,5 об/мин. Частота вращения равная 4,5 об/мин, вследствие своей большой величины, не обеспечивает гарантированную надежность и целостность свинчиваемого резьбового соединения ГЗД в процессе свинчивания на больших крутящих
моментах. Частота вращения равная 12,5 об/мин непроизводительна в начале свинчивания и в конце развинчивания резьбового соединения ГЗД, когда не нужны большие крутящие моменты, а важна высокая производительность.
Еще одним недостатком ключа КТ-400 является малая величина максимального крутящего момента, равная 40 кНм, из-за чего ограничиваются технологические возможности ключа по развинчиванию резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
Также недостатком ключа КТ-400 является визуальный контроль крутящего момента при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений ГЗД с помощью манометра и отключение силовой части ключа вручную при достижении необходимой величины крутящего момента.
Известен ключ МСТ конструкции ПФВНИИБТ, включающий силовую установку, привод вращения, патрон, задержку, привод перемещения задержки, раму и поддерживающее устройство. (В.А.Добкин, Г.М.Никитин, А.А.Утробин «Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей», Москва, Недра, 1983 г., стр.85-89). Этот аналог является наиболее близким и взят за прототип полезной модели.
Недостатком ключа МСТ является наличие всего двух частот вращения патрона силовой установки привода вращения 2,4 об/мин и 5,8 об/мин. Силовая установка привода вращения патрона ключа обладает большой инерционностью. При свинчивании резьбового соединения ГЗД и создании необходимого натяга по торцам резьбы типа МК, РКТ, 3 крутящий
момент резко возрастает на 10 кНм за 1-2 сек. Отсутствие тормозного устройства на валу электродвигателя силовой установки и высокая частота вращения патрона равная 2,4 об/мин не дают гарантии получения крутящего момента при свинчивании резьбового соединения, соответствующего заданному в допустимых пределах. Частота вращения равная 5,8 об/мин непроизводительна в начале свинчивания и в конце развинчивания резьбового соединения ГЗД, когда не нужны большие крутящие моменты, а важна высокая производительность.
Существенным недостатком ключа МСТ в прототипе является конструкция зубчатых венцов в приводе вращения и задержке, выполненная в виде кольца с зубьями внутри. При больших крутящих моментах, возникающие радиальные усилия передаются через три эксцентриковых кулачка патронов на венцы и стремятся превратить кольца венцов в треугольник, в результате чего зубчатое зацепление венцов с эксцентриковыми кулачками перестает работать или совсем разрушается.
Еще одним недостатком ключа МСТ является визуальный контроль крутящего момента с помощью манометра и отключение силовой установки привода вращения патрона стенда вручную с пульта управления при достижении необходимой величины крутящего момента.
Недостатком ключа МСТ в прототипе также является величина максимального крутящего момента равная 61,44 кНм. Величина эта мала, что ограничивает технологические возможности ключа по развинчиванию резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
Недостатком ключа МСТ в прототипе также является большая длина рамы стенда, составляющая 20 м.
Улучшение качества изготовления и эксплуатации резьбовых соединений ГЗД имеет наиважнейшее значение. В ГЗД применяются коническая и цилиндрическая резьба типа МК, РКТ, 3 с крупным шагом. В процессе бурения резьбовые соединения ГЗД подвергаются интенсивным динамическим нагрузкам и вибрациям и повышенным перепадам давления. Некачественное выполнение операций свинчивания резьбовых соединений приводит к деформации витков резьбы, что вызывает уменьшение натяга. Уменьшение натяга приводит к снижению прочности закрепления резьбового соединения, а это ведет к преждевременному износу, потере герметичности и самоотвинчиванию резьбовых соединений при бурении. Для предотвращения деформации резьбы и сомоотвинчивания при эксплуатации необходимо при свинчивании резьбового соединения строго выдерживать натяг и контролировать крутящий момент, указанный в инструкции по сборке ГЗД на каждый типоразмер ГЗД конкретно. Использование большего или меньшего крутящего момента при свинчивании резьбового соединения приводит к нарушению распределения осевого люфта турбины ГЗД и износу последней по высоте лопаток. При свинчивании резьбовых соединений с недостаточным крутящим моментом в процессе бурения нарушается взаимная неподвижность деталей роторной и статорной систем ГЗД, детали проворачиваются, в результате чего происходит их износ по торцевым поверхностям. Для сохранения целостности резьбы и
обеспечения надежности резьбового соединения при его свинчивании на больших крутящих моментах необходимо иметь частоту вращения патрона силовой установки привода вращения ключа порядка 0,3-0,6 об/мин.
Техническая задача полезной модели заключается в улучшении качества и повышении надежности резьбовых соединений ГЗД, увеличении производительности выполняемых на ключе работ по свинчиванию и развинчиванию резьбовых соединений и экономии производственных площадей.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном ключе для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений гидравлических забойных двигателей, содержащем силовую установку, привод вращения, патрон, задержку, привод перемещения задержки, раму, поддерживающее устройство и пульт управления, согласно полезной модели, силовая установка состоит из электродвигателя, коробки передач и редуктора, соединенного с валом привода вращения цепной передачей, на валы привода вращения и задержки установлены венцы, которые выполнены с зубьями по наружному диаметру, патрон имеет оси, причем зубья осей входят в зацепление с зубьями венцов привода вращения и задержки, на осях патрона установлены эксцентриковые кулачки, которые состоят из эксцентриков и бандажей с зубчатой наружной поверхностью, на задержке установлены не менее двух тензометрических датчика, выполняющих контроль крутящего момента, при этом привод перемещения задержки установлен на задержку и содержит мотор-редуктор и электромагнитную
муфту, а пульт управления установлен с возможностью воздействия на тензометрические датчики и привод перемещения задержки.
На фиг.1 показан вид сверху ключа для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД.
На фиг.2 - общий вид ключа для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД.
На фиг.3 - общий вид привода вращения патрона.
На фиг.4 - вид привода вращения патрона по стрелке А.
На фиг.5 - общий вид задержки.
На фиг.6 - вид задержки по стрелке Б.
Показанный на фиг.1, 2 ключ включает силовую установку 1, привод вращения 2, патрон 3, задержку 4, привод перемещения задержки 5, раму 6, поддерживающее устройство 7 и пульт управления 8.
Силовая установка 1 привода вращения 2 патрона 3 включает двухскоростной электродвигатель 9 (фиг.1) (N=15/1,5 кВт, n=1365/175 об/мин), пятиступенчатую коробку передач 10, например, как коробка передач в автомобиле ЗИЛ, и специальный крановый редуктор 11 (марки РК-500).
Привод вращения 2 имеет основание 12 (фиг.3, 4), в котором установлены попарно четыре двухрядных сферических роликоподшипника 13 и 14 (фиг.3), в подшипники установлены вал 15 привода вращения 2 и промежуточный вал 16, которые соединены между собой трехрядной цепью 17 (фиг.4). Натяжение цепи регулируется устройством 18. На вал 15
привода вращения 2 (фиг.3) установлены венец 19 привода вращения 2.
На одном конце венца 19 привода вращения 2 по наружному диаметру нарезаны зубья. Венец 19 привода вращения 2 по наружной поверхности охватывают колодки 20 (фиг.1) электромагнитного тормоза 21.
Патрон 3 (фиг.3) имеет сварную конструкцию из двух дисков 22, которые соединены между собой ребрами жесткости 23. В патрон 3 установлены три оси 24 с нарезанными на одном конце зубьями. Зубья осей 24 при сборке входят в зацепление с зубьями венца 19 привода вращения 2. На оси 24 закреплены эксцентриковые кулачки 25, которые состоят из эксцентриков 26 и, установленных на них, бандажей 27 с зубчатой насечкой по наружному диаметру.
Выполнение зубьев на венцах 19 привода вращения 2 по наружному диаметру обеспечивает гарантированную долговечность работы зубчатого зацепления венца с осями 24, исключая воздействие на него радиальных усилий, возникающих в процессе зажима ГЗД эксцентриковыми кулачками 25. Выполнение эксцентриковых кулачков 25 из двух частей, обеспечивает возможность замены в случае износа зубчатой насечки только бандажей 27, а не эксцентриковых кулачков целиком.
Задержка 4 (фиг.5, 6) состоит из основания 28, в котором установлен вал задержки 29 по скользящей посадке. На вал задержки 29 установлен венец 30 задержки 4 с помощью болтового соединения 31. На венец 30 (фиг.5) задержки 4 закреплено водило 32, которое соединено с поводком 33 пневмоцилиндра 34 (фиг.5, 6), установленного с помощью кронштейна
35 на основании 28. На вал задержки 29 закреплен рычаг 36 (фиг.5, 6), на конце которого установлены площадки 37 (фиг.6), подвергнутые термообработке. Площадки 37 опираются на тензодатчики 38, закрепленные на раме 28, которая установлена на катки 39 (фиг.1), закрепленные на двух валах 40 и 41. Вал 41 является ведущим. На один конец вала 41 установлена звездочка 42 (фиг.1, 5).
Привод перемещения задержки 5 (фиг.1, 5) установлен на основании 28 (фиг.5) и содержит мотор - редуктор 43 (фиг.1), электромагнитную муфту 44, звездочку 45 (фиг.1, 5), которая с помощью цепной передачи 46 соединена со звездочкой 42 (фиг.1) ведущего вала 41. Управление работой привода перемещения 5 осуществляется с пульта управления 8.
Электромагнитная муфта 44, установленная на вал мотор - редуктора 43, обеспечивает необходимость отключения мотор - редуктора 43 от цепной передачи 46, что позволяет задержке 4 свободно перемещаться вдоль рамы 6 ключа в процессе свинчивания и развинчивания резьбового соединения ГЗД.
Технические характеристики ключа для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД.
Диаметр закрепляемой детали, мм:
наибольший
240
наименьший
80
Частота вращения, об/мин
0,4; 0..6; 1,1; 1,7; 2,5; 4,75; 8,5; 13,3; 19,5
Максимальный крутящий момент, кНм:
106
Силовая установка привода патрона Мощность, кВт
15/1,5
Привод перемещения задержки Мощность, кВт
2,2
Габариты стенда, мм:
длина
10000
ширина
2000
высота
1500
Ключ для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД работает следующим образом.
ГЗД укладывается с помощью кран балки на поддерживающее устройство 7. ГЗД задвигается в патрон 3 силовой установки 1 привода вращения 2 до места необходимого зажима. С пульта управления 8 включается привод перемещения 5 задержки 4. Перемещением задержки 4 ГЗД вводится в патрон 31 задержки 4 до места необходимого зажима.
При свинчивании резьбового соединения в первоначальный момент на коробке скоростей 10 устанавливается пятая скорость. На двухскоростном электродвигателе 9 с пульта управления 8 устанавливается максимальная скорость, в результате чего частота вращения патрона 3 составляет 19,5 об/мин. На контрольном приборе (цифровой индикатор, например, марки KN-3000) на пульте управления 8 выставляется величина крутящего момента. С пульта управления 8 включается силовая установка 1 привода вращения 2 патрона 3. Одновременно производится медленное торможение вращения патрона 3 включением с пульта управления 8 электромагнитного тормоза 21. Колодки 20 электромагнитного тормоза 21 накладываются на гладкую цилиндрическую часть венца 19 привода вращения 2, который в свою очередь с помощью зубчатого зацепления соединен с осями 24 эксцентриковых кулачков 25. В результате торможения производится совмещение эксцентриковых кулачков 25, при этом осуществляется предварительный зажим ГЗД.
С пульта управления 8 включается привод пневмоцилиндра 34 задержки 4. Корпус пневмоцилиндра 34 соединен поводком 33 с водилом 32, закрепленным на венце 30 задержки 4, который в свою очередь с помощью зубчатого зацепления соединен с осями 24 эксцентриковых кулачков 25. Перемещение корпуса пневмоцилиндра 34, преобразуется во вращательное движение венца 30 задержки 4 и соответственно осей 24 и закрепленных на них эксцентриковых кулачков 25. Осуществляется предварительный зажим ГЗД эксцентриковыми кулачками 25.
При частоте вращения равной 19,5 об/мин производится свинчивание резьбового соединения ГЗД. По мере осуществления процесса свинчивания резьбового соединения ГЗД возрастает крутящий момент. При достижении крутящего момента равного, крутящему моменту, заданному в контрольном приборе пульта управления 8 силовая установка 1 привода вращения 2 патрона 3 автоматически отключается.
На контрольном приборе пульта управления 8 выставляются две величины крутящего момента, одна равная 25% от необходимой величины крутящего момента, другая равная необходимой величине крутящего момента и соответствующего крутящему моменту, указанному в инструкции по эксплуатации для данного типа и габарита резьбового соединения. На коробке скоростей 10 устанавливается первая скорость. На двухскоростном электродвигателе 9 с пульта управления 8 устанавливается максимальная скорость, в результате чего частота вращения патрона 3 составляет 2,6 об/мин. С пульта управления 8 включается силовая установка 1 привода вращения 2 патрона 3. При достижении крутящего момента равного, крутящему моменту, заданному на контрольном приборе в размере 25% от необходимой величины крутящего момента, двухскоростной электродвигатель 9 автоматически переключается на меньшую скорость, в результате чего частота вращения патрона 3 устанавливается в размере 0,34 об/мин. Достижение заданной величины крутящего момента осуществляется за 1 -2 сек. При достижении величины крутящего момента равной, необходимой величине крутящего момента, заданной на контрольном приборе силовая установка 1 привода вращения 2 патрона 3 автоматически отключается. Процесс свинчивания резьбового соединения ГЗД завершается с большой точностью и высоким качеством.
При развинчивании резьбовых соединений ГЗД, в зависимости от их зашламованности, на коробке скоростей 10 устанавливается необходимая скорость. Скорость задается с пульта управления 8 на двухскоростной двигатель 9.
Частота вращения патрона 3 силовой установки 1 привода вращения 2 увеличивается в 8 раз.
В прототипе ключ имеет только две частоты вращения патрона силовой установки привода вращения равные 2,4 об/мин и 5,6 об/мин. Силовая установка привода вращения патрона ключа обладает большой инерционностью. Отсутствие тормозного устройства на валу электродвигателя и частота вращения патрона равная 2,4 об/мин не дают гарантии получения необходимого крутящего момента в установленных пределах при свинчивании резьбового соединения ГЗД. Частота вращения равная 5,8 об/мин непроизводительна в начале свинчивания и в конце развинчивания резьбового соединения ГЗД, когда не нужны большие крутящие моменты, а важна высокая производительность. Ключ оснащен визуальным контролем крутящего момента при свинчивания и развинчиваня резьбовых соединений ГЗД с помощью манометра и отключением силовой установки привода вращения ключа вручную при достижении необходимой величины крутящего момента. Ключ развивает максимальный крутящий момент равный 61,44 кНм, что не обеспечивает возможность раскрепления резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
В предлагаемой полезной модели использование двухскоростного электродвигателя в силовой установке 1 привода вращения 2 патрона 3 совместно с пятискоростной коробкой передач, специальным крановым редуктором 11 и системой контроля момента свинчивания резьбовых соединений ГЗД, состоящей из двух тензометрических датчиков усилия 38 на 20 т и контрольного прибора (цифрового индикатора KN - 3000) обеспечивает:
- повышение максимальной частоты вращения патрона 3 ключа до 19,5 об/мин (режим быстрого вращения), что в 3,3 раза увеличивает производительность выполнения операций свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД
- снижение частоты вращения патрона 3 до 0,35 об/мин в завершающей, кратковременной стадии свинчивания резьбового соединения ГЗД при больших крутящих моментах.
- уменьшение за счет низкой частоты вращения, пропорционального частоте вращения отклонения крутящего момента от заданного, что предотвращает повреждение резьбы, обеспечивает качество резьбового соединения, его надежность и герметичность.
- снижение частоты вращения патрона 3 до 0,35 об/мин, позволяет отказаться от установки механического тормоза на вал электродвигателя 9, необходимого для снижения влияния инерционности привода вращения 2 при его отключении на величину отклонения контролируемого крутящего момента от заданного, что упрощает конструкцию привода вращения 2 патрона 3.
- снижение весогабаритных и энергетических характеристик силовой установки 1 привода вращения 2 патрона 3, вследствие использования перегрузочных возможностей специального кранового редуктора 11 и двухскоростного электродвигателя 9.
Максимальный крутящий момент равный 100 кНм.
- подачу сигнала, пропорционального величине крутящего момента резьбового соединения ГЗД, для сигнализации достижения заданной величины крутящего момента и отключения силовой установки 1 привода вращения 2 патрона 3.
В прототипе ключ имеет конструкцию зубчатых венцов в приводе вращения и задержке, выполненную в виде кольца с зубьями внутри. При больших крутящих моментах при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений ГЗД в патронах возникают радиальные усилия, которые передаются на венцы через три эксцентриковых кулачка, имеющих неразъемную конструкцию. Кольца венцов стремятся превратиться в треугольник, в результате чего зубчатое сцепление венцов с эксцентриковыми кулачками перестает работать, что приводит к разрушению венцов.
В предлагаемой полезной модели конструкция венцов 19 и 30 привода вращения 2 и задержки 4 выполнена с зубьями по наружной поверхности, что исключает возможность разрушения венцов 19 и 30, благодаря тому, что при такой конструкции не происходит воздействие радиальных усилий на зубчатое зацепление венцов 19 и 30. Эксцентриковые кулачки 25 имеют эксцентрик 26 и бандаж 27 с зубчатой насечкой, что, в случае износа зубчатой насечки бандажа, обеспечивает возможность замены только бандажей.
В прототипе ключ имеет длину рамы равную 20 м, что ограничивает использование прототипа на площадях меньших размеров.
В полезной модели общая длина ключа сокращается до 10 м, вследствие чего значительно экономятся производственные площади.
Ключ для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД в заявленной полезной модели обеспечивает качество и надежность резьбовых соединений ГЗД, значительно увеличивает производительность выполняемых на ключе работ и экономит производственные площади.
Предлагаемая полезная модель проста в изготовлении и эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью и простотой обслуживания, удобна при монтаже.