Необходимый тормозной момент

Расчет ленточного тормоза проводится с учетом следующих условий: предполагается, что при опускании буровых и обсадных труб торможение проводится только ленточными тормозами. Максимальная нагрузка применяется при опускании в скважину обсадных труб.

Тормозной момент, необходимый при опускании буровой или обсадной колонны определяется по следующей формуле:

М=К (М₁+М₂ +М₃), (2.1)

где М₁–статический момент на барабане лебедки, возникающий от вибрации при опускании буровой колонны в процессе натяжения ходового конца талевого каната, Нм

М₁=((Q+G_тс) h_т.с^.D_p) / i_тс^.2, (2.2)

где М₂–динамический момент от вибрационного водействия торможения поступательно движущихся подвижных масс, дополнительно возникающий в процессе натяжения ходового конца талевого каната, Нм

M₂=((Q+G_т.с) V_max^.h_тс^.D_p) / g^.t^.i_тс^.2, (2.3)

где М₃–динамический момент, возникающий на подъемном валу барабана лебедкиот натяжения ходового конца при торможении вращающихся масс подъемного вала и талевой системы, Нм.

В соответствии с техническими характеристиками буровой лебедки и его грузоподъемности можно принять, что скорость подъема и скорость опускания равны.

Момент инерции первого слоя талевого каната:

I₁=h [(p^. D₁ ^. q) / д]=D²₁ / 4, (2.4)

где n–количество слоев на барабане;

n=(длина бочки / ход)–1=840 / 28–1=29;

D₁=0, 706 м–диаметр первого слоя;

q=3, 38–масса первого погонгой метра;

д=9, 8 м/с²–уменьшение ускорения свободного падения.

I₁=29 [(3, 14 ^. 0, 706^. 3, 38) / 9, 81]=0, 706² / 4=27, 60 Нм.

Момент инерции второго слоя каната:

I₂=n [(p^. D₂ ^. q) / g] ^. D²₂ / 4;

I₂=29 [(3, 14 ^. 0, 758^. 3, 38) / 9, 81]^. 0, 758² / 4=34, 2 Нм.

Момент инерции третьего слоя каната:

I₃=n [(p^. D₃ ^. q) / g] ^. D²₃ / 4;

I₃=29 [(3, 14 ^. 0, 81^. 3, 38) / 9, 81] ^. 0, 81² / 4=41, 7 Нм.

Момент инерции четвертого слоя каната:

I₄=n [(p^. D₄ ^. q) / g] ^. D²₄ / 4;

I₄=29 [(3, 14 ^. 0, 862^. 3, 38) / 9, 81] ^. 0, 862² / 4=50, 2 Нм.

Суммарный момент инерции слоев талевого каната:

I=I₁ + I₂ + I₃ + I₄. (2.5)

I=27, 6 + 34, 2 + 42, 7 + 50, 2=153, 7

Тормозной момент при спуске обсадных колон:

М₁=((Q + G_тс) h_т.с^. Dp) / i_тс^. 2 (2.6)

М₁=((200 000 + 5500) 0, 957 ^. 0, 785) / 10 ^. 2=77190 Нм.

M₂=((Q + G_т.с) V_max^.h_тс^. Dp) / g ^. t ^. i_тс^. 2 (2.7)

M₂=((200 000 + 5500) 0, 2 ^. 0, 957 ^. 0, 785) / 9, 81 ^. 3 ^. 10 ^. 2=520 Нм.

M₃=I ^.е =72 ^.1, 7=1220 Нм (2.8)

M= (M₁ + M₂ + M₃) (2.9)

М=1, 2 (77190 + 520 + 1220)=94720 Нм.

Тормозной момент при спуске буровой колоны:

М`₁=((Q + G_тс) h_т.с^. Dp) / i_тс^. 2;

М`₁=((100 000 + 5500) 0, 849 ^. 0, 785) / 10 ^. 2=35160 Нм;

M`₂=((Q + G_т.с) V_max^.h_тс^. Dp) / g ^. t ^. i_тс^. 2;

M`₂=((100 000 + 5500) 0, 43 ^. 0, 849 ^. 0, 785) / 9, 81 ^. 3 ^. 10 ^. 2=510 Нм;

M`₃=I ^.е =72 ^. 3, 6=2630 Нм;

M= (M₁ + M₂ + M₃)=1, 2 (35160 + 510 + 2630)=45960 Нм.

Расчетный тормозной момент:

M=94720 Нм.

Окружная сила приходящаяся на каждый тормозной шкив:

P₀=M / D_m=94720 / 1, 18=80270 Н, (2.10)

где D_m–диаметр тормозного шкива

t_w=Р₀ / ℓ ^ma – 1=80270 / 4, 107 – 1=25 (2.11)

где ℓ –натуральный логарифм,

ℓ =2, 718;

m=0, 3–коэффициент трения по стали;

a–угол обхвата ленты;

a=270^0. 3p/2=4, 71 радиан.

Натяжение верхнего конца ленты:

Т=t_w^. ℓ ^m=25830 ^.4, 107=106080 Н. (2.12)

Удельное давление на поверхности тормозных колодок на набегающем конце ленты:

q=2Т / (D_m^. В)=2^.106080 / (118^.23)=0, 78 МПа (2.13)

где В=23 см–ширина ленты.

Удельное давление на поверхности тормозных колодок на сбегающем конце ленты:

q=2 ^. t_w / (Dm ^. В)=2 ^. 25840 / (118 ^. 23)=0, 19 МПа (2.14)

q_max< [q]=1, 5 МПа.

Крутящий момент на коленчатом валу привода тормоза:

M_к= 2 t_w^. h_к (2.15)

M_к=2·25830 ^. 0, 04=206640 Нм,

Где h_k=40 мм–вращающее движение стягивающей силы.

Усилие необходимое для воздействия на рукоятку тормоза:

P_p=M_к / h_p=206440 / 145= 1420 Н, (2.16)

где h_p–145 см–плечо стягивания.

Усилие необходимое для приведения в движение рукоятки тормоза превышает человеческое физическое усилие, поэтому необходимо применение дополнительно при опускании обсадных колон применять пневмоцилиндры.

Сила возникающая при работе пневмоцилиндра:

P_ц=M_к / h=206640 / 12, 1=17080 Н, (2.17)

где h–плечо стягивания пневмоцилиндром.

Давление воздуха необходимое для работы пневмоцилиндра:

Р=Р₄ / (h_ц^. F_n)=17080 / (0, 85 ^. 254)=0, 79 МПа, (2.18)

Где h_ц – К.П.Д. пневмоцилиндра і=0, 85;

F_n –площадь поршня пневмоцилиндра;

F_n =254.

В этом случае сила, возникающая в пневмоцилиндре:

P`_ц = p ^. F_n^.h_ц. (2.19)

P`_ц = 0, 8 ^. 0, 85^. 254 = 17270 Н.

Сила возникающая при опускании обсадной колонны на кинематических элементах ленточного тормоза.

Расчетный тормозной момент:

М = 45960 Нм.

Окружная сила на каждом тормозном шкиве:

P₀ = M / Dm = 45960 / 1, 18 = 38950 Н.

Натяжение нижнего конца ленты:

t_w = Р₀ / ℓ ^ma – 1 = 38950 / 4, 107 – 1 = 12540 Н.

Натяжение верхнего конца ленты:

Т = t_w^. ℓ ^ma = 12540 ^. 4107 = 51490 Н.

Удельное давление на поверхности тормозных колодок на сбегающем конце ленты:

q_max = 2Т / (Dm ^. В) = 2 ^. 51490 / (118 ^. 23) = 0, 38 МПа.

Удельное давление на поверхности тормозных колодок на набегающем конце ленты:

q_max = 2 ^. t_w / (Dm ^. В) = 2 ^. 12540 / (118 ^. 23) = 0, 092 МПа.

Крутящий момент на коленчатом валу:

M_к = 2 t_w^. h_к = 2 ^. 12540 ^. 4 = 100 320 Нм.

Усилие необходимое на тормозной рукоятке:

P_p = Mк / h_p = 100 320 / 145 = 6920 Н.

И в данном случае усилие, необходимое для приведения в движение рукоятки тормоза требует усилий больше человеческих, поэтому необходимо использовать дополнительно пневмоцилиндр.

Усилие возникающее в пневмоцилиндре:

P_ц = 1000320 / 12, 1 = 8290 Н.

Необходимое давление в пневмоцилиндре:

P = P_ц / (F_n^.h_ц) = 8290 / (254^. 0, 85) = 0, 38 МПа.

При опускании обсадных труб давление в пневмоцилиндре не должно быть ниже 0, 4 МПа.

Тогда в пневмоцилиндре возникает усилие:

P`_ц = p ^. F_n^.h_ц = 0, 4 ^. 254^. 0, 85 = 8650 Н.