СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ КВАЗИЛИНЕЙНОЙ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ В ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗАХ БУРОВЫХ ЛЕБЕДОК

1. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок, содержащих барабан лебедки, покоящийся на подъемном валу, и на который навивается канат талевой системы, и с торцов которого установлены тормозные шкивы, рабочие поверхности которых огибают тормозные ленты с установленными на их дуге обхвата фрикционными накладками с постоянным и переменным шагом и при этом концы сбегающих ветвей тормозных лент через тяги присоединены к балансиру, а их концы набегающих ветвей - к мотылевым шейкам коленчатого вала, который связан через передаточное устройство с рычагом управления тормозом, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля при спуске загруженного элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных в первую группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
- режим вращения тормозного шкива описывается зависимостью вида
2
0
0
m
к
m
к
где ω, ω и t - текущее и начальное значение угловой скорости тормозного шкива и время реализации первого; ω=εt; ε - замедление тормозного шкива; t - продолжительность процесса торможения;
- время торможения определяется по зависимости вида
c
где l - длина одной свечи; υ - линейная скорость спуска свечи;
H
- натяжение набегающей ветви (S) тормозной ленты определяется по зависимости вида
C
где S - натяжение сбегающей ветви тормозной ленты; е - основание натурального логарифма; α - угол обхвата накладками шкива; f - коэффициент трения скольжения в паре «накладка-шкив»;
max
min
- максимальные (p) и минимальные (p) удельные нагрузки, действующие на набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты в парах трения определяются по зависимостям вида
ш
1
где R - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; b - ширина фрикционной накладки; [р] - допустимое значение удельной нагрузки для материала накладки;
- тормозного момента, развиваемого фрикционными узлами ленточно-колодочного тормоза, определяется по зависимости вида
T
где F - сила трения, возникающая на поверхностях взаимодействия фрикционных узлов тормоза;  - наибольший тормозной момент, определяемый из условия прикладывания к талевому канату разрывного усилия;
к
b
1
1
где  - разрывная нагрузка талевого каната; [k] - коэффициент запаса прочности каната; r - радиус навивки каната на барабан лебедки; α - расстояние между центрами сечений канатов в смежных слоях их навивки; z- количество слоев навивки каната на барабан лебедки;
м
- коэффициента запаса тормозного момента (β), определяемого с помощью зависимости вида
cm
м
где M - статический момент на барабанном валу лебедки от веса бурильной колонны; [β] - допустимая величина коэффициента запаса тормозного момента;
- работы трения, выполняемой фрикционными узлами тормоза, определяется по зависимости вида
где М и ω - текущее значения тормозного момента и угловой скорости шкива;
- энергоемкости фрикционных узлов тормоза , определяемой по зависимости вида
1
1
ш
l
где  - средние удельные нагрузки на поверхностях пар трения; А=nbRα - теоретическая площадь взаимодействия внутренних поверхностей фрикционных накладок и рабочей поверхности тормозного шкива;  - средняя скорость спуска нагруженного элеватора, которая зависит от длины свечи, спускаемой в скважину; i - передаточное отношение механического привода тормоза;  - максимальный радиус навивки каната на барабан;
допустимая энергоемкость фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза ;
p
- усилия (F), прикладываемые бурильщиком к рычагу управления ленточно-колодочным тормозом, определяется по зависимости вида
0
где R - радиус внутренней поверхности тормозной ленты; η - коэффициент полезного действия механического привода тормоза;
p
допускаемое усилие, прикладываемое бурильщиком к рычагу управления тормозом составляет [F]=(300-400)Н;
- коэффициента полезного действия ленточно-колодочного тормоза, определяемого по зависимости вида
б.т.
П.М.
где m - масса колонны бурильных труб; ∑m - общая сумма затормаживаемых приведенных масс к барабанному валу лебедки;
H
C
max
min
и при этом эксплуатационные параметры S и S, p и p, а также  определяются как для n-го количества отдельных тормозных устройств, так и для целого ленточно-колодочного тормоза при постоянном и переменном коэффициентах трения в его фрикционных узлах.
2. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.1, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения деформаций тормозной ленты (при установке на ее дуге обхвата фрикционных накладок с постоянным и переменным шагом) при спуске элеватора, определение эксплуатационных параметров, сведенных во вторую группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
T
- коэффициент запаса прочности (n) для поперечного сечения тормозной ленты определяется по зависимости вида
-1
α
max
δ
σ
л
Т
T
где σ - предел выносливости при симметрическом цикле нагружения; σ, σ - амплитуда и максимальные напряжения цикла; k - эффективный коэффициент концентрации напряжений; ψ - коэффициент, зависящий от материала ленты; ε и β - коэффициенты, учитывающие размеры поперечного сечения ленты и класс чистоты ее рабочей поверхности; [n] - допустимое значение коэффициента запаса прочности тормозной ленты, [n]=2,0;
- деформации тормозной ленты описываются зависимостями (14) и (15) при расположении на дуге ее обхвата накладок с шагом:
переменным
1
2
n-1
постоянным (при условии, когда β=β=…=β=β)
л
i
C
H
где A - площадь поперечного сечения тормозной ленты; β - угол между торцами соседних фрикционных накладок; l и l - длина сбегающей и набегающей ветвей ленты;
- радиальные деформации фрикционной накладки определяются с помощью зависимости вида
H
H
где δ - толщина фрикционной накладки: E - модуль упругости материала накладки;
- общая деформация элементов тормозной системы определяется по зависимости вида
Л
Т
вр
где Δ, Δ - деформации тормозных лент и их тяг; r - радиус кривошипа коленчатого вала; М=М - момент вращения, равный тормозному моменту в конце торможения для различных типов фрикционных узлов тормоза; l - расстояние между кривошипами; G - модуль сдвига; d - диаметр тормозного вала.
3. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.2, отличающийся тем, что при квазилинейном законе изменения количества теплоты, которое генерируется на поверхности фрикционных узлов, а потом аккумулируется в них и позже рассеивается от них в окружающую среду при спуске элеватора, температурное поле фрикционных накладок, которые в тангенциальном направлении неподвижны, уподоблено эпюре удельных нагрузок, определение эксплуатационных параметров, сведенных в третью группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности:
- интенсивность тепловыделения от поверхностей тормозного шкива определяется по зависимости вида при;
естественном и вынужденном конвективном теплообмене
радиационном теплообмене
1
2
1
1
2
2
ш
0
где Q, Q и t(T), t(T) - количество теплоты и отвечающие им температуры поверхности тормозного шкива, которые он имеет перед началом охлаждения и в конце его завершения; A - суммарная площадь поверхностей (матовых и полированных) теплообмена тормозного шкива; τ - время охлаждения;  - коэффициент излучения материала тормозного шкива, ;
- коэффициент распределения тепловых потоков между трущимися поверхностями фрикционных узлов, имеющих большие размеры контакта, определяются по зависимости вида
cp
cp
где ∑α - средняя приведенная теплоотдача металлических фрикционных элементов ленточно-колодочного тормоза; ∑α' - средняя приведенная теплоотдача фрикционных накладок, расположенных на дуге обхвата тормозной ленты;
- тепловые радиальные деформации обода шкива определяют по зависимости вида
ш
где δ - толщина обода тормозного шкива;  - коэффициент линейного расширения материала обода тормозного шкива; Δt - перепад температур между поверхностями обода шкива.
4. Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок по п.2 или 3, отличающийся тем, что при квазилинейных законах изменения: частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля; деформаций тормозной ленты и количества генерируемой, аккумулируемой и рассеиваемой теплоты от фрикционных узлов при спуске элеватора, закономерность изменения износа рабочих поверхностей фрикционных накладок (четвертая группа) уподоблена закономерности изменения удельных нагрузок в парах трения тормоза и при этом превалирующее влияние на величину износа накладок оказывает тепловое состояние фрикционных узлов тормоза.