УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКЛАДКИ ГИБКОГО ТЯГОВОГО ОРГАНА НА БАРАБАН ЛЕБЕДКИ
DEVICE FOR INSTALLING A FLEXIBLE TRACTION BODY TO WINCH DRUM

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано для укладки проволоки на барабан лебедки при очистке насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина.
В известном уровне техники очистки нефтяных скважин от парафина широко используется лебедка с гибким тяговым органом.
Например, по изобретению (RU; патент №2312206, Е21В 37/00, 10.12.2007 г.) устройство включает лебедку с барабаном и электродвигателем, гибкий элемент-проволоку со скребком на конце и систему контроля, при этом проволока на выходе из скважины перекинута через ролик системы контроля и намотана на барабан лебедки.
Кроме того, в изобретении (RU; патент №2454530, Е21В 37/02, 27.06.2012 г.) описан способ депарафинизации насосно-компрессорных труб нефтяных скважин, который включает опускание скребка на заданную глубину и подъем в установленное верхнее положение с помощью лебедки с барабаном и электродвигателем.
Указанные выше устройства и способ для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки в общем обеспечивают работу средств очистки насосно-компрессорных труб от парафина, но при их использовании возникает ряд трудностей, в частности, при необходимости многослойного укладывания проволоки без ее повреждения и запутывания, и уменьшении габаритов лебедки.
Наряду с этим указанные выше устройства не отличаются практичностью, и существует необходимость в создании усовершенствованного устройства и способа для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки применительно к устройствам для удаления парафина с поверхности насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей промышленности.
Известно устройство для укладки кабеля на барабан (а.с. СССР №866595, H01F 41/04, 23.09.1981 г.), содержащее ходовой винт с бесконечной резьбой, установленный с возможностью осевого перемещения, механизм для зажима ходового винта и каретку с раскладывающим роликом и направляющим элементом, ограничители хода каретки, установленные на направляющем элементе, а механизм для зажима ходового винта установлен с одного конца ходового винта и выполнен в виде подпружиненного радиального упора.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная возможностью срыва контакта радиального упора-шарика с резьбой ходового винта на любом его участке при осевом движении и, при этом, не может быть получена необходимая укладка тягового органа.
Известно устройство для укладки проволоки (RU; патент №2029644, C1, B21C 47/02, 27.02.1995), содержащее установленную в направляющих основания каретку с роликовым раскладчиком, механизм возвратно-поступательного перемещения каретки и привод, причем механизм возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде смонтированного на основании и связанного с приводом зубчатого сектора, двух параллельных зубчатых реек, установленных на закрепленных на каретке направляющих с возможностью поочередного зацепления с зубчатым сектором и снабженных каждая размещенной между одним из торцов рейки и кареткой пружиной и закрепленным на каретке со стороны другого торца рейки фиксатором, причем пружина и фиксатор одной из реек расположены соответственно с противоположной стороны относительно пружины и фиксатора другой рейки.
Данное устройство имеет недостаток, заключающийся в отсутствии синхронизации взаимодействия зубчатого сектора с двумя зубчатыми рейками в момент пересопряжения на входе в зацепление, которые связаны с кареткой для направления проволоки, наматываемой на барабан.
Данное устройство наиболее близко к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемым результатам и выбрано в качестве прототипа.
В аспекте данного изобретения наряду с устройством предложен способ для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки.
Известен способ многослойной навивки каната на барабан с применением канатоукладчика, состоящего из каретки с направляющими блоками, совершающей челночное движение по направляющей под действием винта, имеющего левую и правую нарезки, при этом винт через ценную или зубчатую передачу имеет привод от вала барабана, и каретка перемещается вдоль оси барабана на один шаг навивки каната за каждый оборот барабана (см. Подъемно-транспортные машины. М.П. Александров. Издание пятое. Москва, Высшая школа, 1979, стр. 124-125, рис. 70. Схемы канатоукладчиков).
Недостатком известного способа является то, что он не исключает запутывание каната в результате его смещения относительно каретки при ее переходе с левой резьбы винта на правую, а каретка перемещается вдоль основания барабана на один шаг навивки каната за каждый оборот барабана.
Известен способ намотки каната на барабан (а.с. СССР №604812, В66D 1/36, 30.04.1978), заключающийся в том, что барабан вращают вокруг продольной оси симметрии, барабану одновременно придают вращение вокруг дополнительной оси, пересекающейся с продольной осью симметрии.
Недостатком данного известного способа является сложная кинематика намотки каната на барабан лебедки, особенно при многослойной навивке.
Известен способ многослойной навивки каната на барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и заключающийся в навивке каната в несколько слоев с девиацией струны каната барабана, с укладкой витков каната с шагом, определяемым профильной канавкой, с подъемом витков каната в переходных зонах за счет применения элементов перевода каната на следующий слой навивки, причем угол девиации струны обеспечивают в интервале α=30'÷1°, а в переходных зонах уменьшают скорость навивки каната при укладке витков до Vк=0,5÷1,0 м/с (RU; патент №2205148, В66D 1/30, 27.05.2003).
Недостаток данного известного способа заключается в том, что навивка каната производится на барабан, содержащий цилиндрическую рабочую поверхность с профильной винтовой канавкой и ребордами, элементами перевода каната на уровень следующего ряда навивки с девиацией струны каната барабана, что предопределяет сложности устройства и применение его для малогабаритных и компактных лебедок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ укладки троса на барабан лебедки (а.с. СССР №463625, B66D 1/36, 15.03.1975), который выбран в качестве прототипа, заключающийся в том, что каретку канатоукладчика перемещают параллельно оси барабана соответственно шагу его витков, причем каретку перемещают с опережением относительно шага витков на барабане на величину, выраженную отношением ее смещения за один ряд относительно наматываемого троса к количеству витков в одном ряду.
Недостатком известного способа является то, что для его реализации используется раздельно перемещение каретки и вращение барабана, что отражается на возможности создания компактного устройства, например, для компоновки лебедок, используемых при очистке насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина (например, патент RU №2495995, E21B 37/02, 20.10.2013).
Задачей изобретения является качественная надежная укладка гибкого тягового органа на барабан лебедки.
Технический результат - обеспечение упорядоченной укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки при повышении ее ресурса и надежности.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что по устройству для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки, содержащему основание, привод, каретку с механизмом возвратно-поступательного перемещения, согласно изобретению привод выполнен в виде связанного с основанием двигателя с редуктором, вал которого расположен соосно барабану, установленному на шпинделе с возможностью вращения относительно вала редуктора, причем каретка установлена на валу редуктора с возможностью контакта со связанными с указанным валом шпонками посредством роликов, размещенных на осях, связанных с кареткой, жестко соединенной со шпинделем, устройство содержит сухарь, входящий в канавку, образующую непрерывную винтовую линию правого и левого направлений на цилиндрической внешней поверхности кулачка, размещенного коаксиально по отношению к шпинделю и каретке, причем указанный кулачок соединен с зубчатым колесом, входящим в зацепление с шестерней, размещенной на оси, связанной с основанием и зацепленной одновременно с другим зубчатым колесом, закрепленном на валу редуктора, число зубьев которого отличается от числа зубьев соединенного с кулачком зубчатого колеса, тяговый орган расположен в пазу соответствующей части основания и лишен возможности перемещения в осевом, по отношению к барабану, направлении.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан продольный разрез устройства в плоскости, проходящей через общую ось двигателя, редуктора и его вала, а на фиг. 2 - сечение А-А с фиг. 1.
Устройство для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки содержит основание 1, связанный с ним привод, выполненный в виде двигателя 2 с редуктором 3, вал 4 которого посредством шпонок 5 соединен с зубчатым колесом 6, зафиксированным в осевом направлении, на ступице которого установлено стопорное кольцо 7. На основании 1 размещена ось 8 шестерни 9, входящей в зацепление с зубчатым колесом 6 (первая передача) и зубчатым колесом 10 (вторая передача) с числом зубьев, отличным от числа зубьев зубчатого колеса 6. Зубчатое колесо 10 винтами 11 связано с кулачком 12, на цилиндрической наружной поверхности которого выполнена канавка, образующая непрерывную винтовую линию правого и левого направлений, причем изменение направления винтовой линии происходит на левом и правом участках кулачка 12. Во внутренней полости кулачка 12 размещена каретка 13, соединенная со шпинделем 14, установленным на наружной поверхности кулачка 12 и жестко связанным с зубчатым колесом 10, каретка 13 снабжена двумя осями 15 и четырьмя роликами 16, контактирующими со шпонками 5. Шпиндель 14 шарнирно соединен с сухарем 17 и жестко - со шпонкой 18, которая закреплена в пазу шпинделя 14 и связана с упругим фиксатором 19 посредством соответствующего паза. На наружной поверхности шпинделя 14 размещен съемный барабан 20, на котором размещен гибкий тяговый орган 21. Гибкий тяговый орган 21 размещен в пазу основания 1.
Устройство работает следующим образом.
Вращение вала 4, вызванное работой двигателя 2, посредством редуктора 3 передается за счет контакта роликов 16 через шпонки 5 и воспринимается шпинделем 14, который, будучи жестко связанным с кареткой 13 и барабаном 20, воздействует на тяговый орган 21, производя его набегание или сбегание с барабана 20, при этом, тяговый орган 21 проходит через паз и относительно основания 1 не перемещается в осевом направлении. Зубчатое колесо 6, посредством шпонок 5 связанное с валом 4, через шестерню 9, образующее первую передачу, вращает зубчатое колесо 10, выполняющее роль второй передачи, за счет разницы чисел зубьев у колес 6 и 10 вращает кулачок 12 относительно каретки 13 и шпинделя 14, при этом, сухарь 17, входящий в канавку, перемещает шпиндель 14 в осевом направлении вместе со связанным с ним барабаном 20. Движение барабана 20 возвратно-поступательное и определяется замкнутой формой канавки, а величина перемещения за один оборот барабана 20 соответствует назначенному осевому шагу, обычно равному диаметру тягового органа 21, определяется разницей чисел зубьев зубчатых колес 6 и 10.
Пример конкретной реализации
Каретку 13 перемещают (Фиг. 1) параллельно оси барабана 20 соответственно шагу его витков с опережением относительно шага витков на барабане 20 на величину, выраженную отношением ее смещения за один ряд относительно наматываемого троса 21 к количеству витков в одном ряду. Барабан 20 вращают вокруг продольной оси симметрии с навивкой гибкого тягового органа 21 в несколько слоев от 1 до 40 при диаметре гибкого тягового органа от 2 до 3 мм. При этом количество слоев навивки соответствует шагу его витков 3 мм в зависимости от длины гибкого тягового органа 21. Например, при очистке насосно-компрессорных труб нефтяных скважин от парафина длина гибкого тягового органа составляет от 1000 до 2500 м, барабан вращают и одновременно перемещают возвратно-поступательно вдоль оси вращения соответственно шагу его витков вместе с кареткой 13 с одновременной фиксацией гибкого тягового органа 21 от перемещения в осевом направлении при движении барабана 20.
Предлагаемое устройство для укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки обеспечивает надежную и упорядоченную укладку гибкого тягового органа в несколько рядов с линейным контактированием витков тягового органа, что способствует снижению уровня контактных напряжений тягового органа, компактности устройства, повышению ресурса и надежности лебедки.
Использование изобретения на практике повысит надежность укладки гибкого тягового органа на барабан лебедки, обеспечит упорядоченную укладку тягового органа на барабан лебедки и повысит ее ресурс.