«ленточный тормоз буровых лебедок» лбу-1200-к

СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-3" \h \z \u Введение……………………………………………………………………....... PAGEREF _Toc41233999 \h 3 TOC \o "1-1" \h \z \t "Подзаголовок;2"
1 Буровая лебёдка……………………………………………………………… PAGEREF _Toc327317 \h 41.1Общие сведения PAGEREF _Toc327318 \h 41.2 Принцип работы PAGEREF _Toc327319 \h 51.3 Основные требования к буровым лебёдкам PAGEREF _Toc327320 \h 62 Патентно-информационный обзор…………………………………………. PAGEREF _Toc327321 \h 72.1Патент РФ №0002612274Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными лентами буровой лебедки PAGEREF _Toc327322 \h 72.2 Патент РФ №2244672 Тормоз буровой лебедки PAGEREF _Toc327323 \h 82.3 Патент РФ №2385283 Тормоз буровой лебедки PAGEREF _Toc327324 \h 92.4 Патент РФ №2360862 Буровая лебедка PAGEREF _Toc327325 \h 102.5Патент US №4696377 Тормозная система буровой лебедки PAGEREF _Toc327326 \h 113 Модернизация ЛБУ-1200К………………………………………………… PAGEREF _Toc327327 \h 133.1 Техническое предложение PAGEREF _Toc327328 \h 133.2 Принцип работы PAGEREF _Toc327329 \h 144 Расчеты……………………………………………………………………… PAGEREF _Toc327330 \h 164.1 Расчет на прочность колодки PAGEREF _Toc327331 \h 164.2 Расчёт прочности крепежных упругих элементов PAGEREF _Toc327332 \h 204.3 Расчет ленточного тормоза буровой лебедки PAGEREF _Toc327333 \h 24


ВВЕДЕНИЕБуровая лебедка — основной агрегат спуско-подъемного комплекса буровой установки. Она предназначена в основном для создания тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Спуск и подъем бурильных колонн при бурении производят с помощью лебёдок.
Одним из основных элементов лебедок является тормозная система.
Тормозная система буровых лебедок предназначена для:
•удерживания в подвешенном состоянии бурильной колонны;
• поглощения мощности при спуске колонны на
длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью и полного торможения в конце спуска;
• плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении.
Тормозные устройства, применяемые в буровых машинах и механизмах, по назначению делятся на основные и вспомогательные.
Основные предназначены для остановки машин и механизмов и приводятся в действие в конце движения при длительных перерывах в работе, вспомогательные же для длительного торможения с целью снижения скорости движения. В качестве основных тормозов в буровых машинах и механизмах используются фрикционные тормозные устройства, которые подразделяются на ленточные и колодочные.
Работа с курсовым проектом является одним из важнейших этапов, целью которого является обобщение, углубление и закрепление теоретических знаний, полученных в процессе обучения.
Целью курсовой работы является изучение необходимой документации, а именно поиск уникальных решений, действующих патентов, по эксплуатации тормозных систем буровых лебедок. А также, систематизировать полученный материал для подготовки отчета по курсовому проекту.
1.Буровая лебёдка
1.1Общие сведенияДля модернизации выбираем одну из распространенных буровых лебёдок, ЛБУ-1200К (рисунок 1).

Рисунок 1 – Общий вид буровой лебёдки ЛБУ-1200К:
1- рама; 2- регулятор подачи долота; 3- механизм включения;4- промежуточный вал; 5- механизм переключения скоростей; 6- механизм включения зубчатой муфты; 7- коробка передач; 8- насосный агрегат; 9- электромагнитный тормоз; 10- механизм включения; 11- быстроходная передача; 12- подъемный вал; 13- узлы ленточного тормоза; 14- тихоходная передача;15- датчик глубины; 16- воздухопровод
Данная буровая лебёдка эксплуатируется в нефтедобывающей отрасли в следующих целях:
поддержание нужной нагрузки на долото и подача бурильных колонн;
наращивание колонны при углублении скважины;
подъем и спуск бурильной колонны для смены долота, забойных двигателей и извлечения керна;
спуск колонны обсадных труб при креплении скважины;
спуск и подъем на трубах измерительных приборов и ловильного инструмента при испытаниях и освоении скважин, ликвидации прихватов и других аварий в скважине.
Буровые лебедки в отличие от лебедок в грузоподъемных машинах, работают в условиях, характеризуемых ступенчатым изменением действующих на них нагрузок. Систематические нагрузки возрастают с углублением забоя скважины, а в процессе спуско-подъемных операций изменяются в десятки и сотни раз в зависимости от числа свечей в бурильной колонне.
1.2 Принцип работыОт коробки скоростей, цепной передачей на трансмиссионный вал передается три прямые скорости и одна обратного вращения; с трансмиссионного вала цепной передачей и муфтой (ШПМ- 1070) на вал барабана передаются 1, 2 и 3 скорости, а через спаренные (ШПМ 700) и цепную передачу передаются на вал барабана 4, 5 и 6 скорости. С трансмиссионного вала цепной передачей, спаренной муфтой (ШПМ-500) и цепной передачей передаются три скорости на ротор. Включая кулачковую муфту, цепными передачами и вал барабана лебедки соединяется с РПД, а кулачковой муфтой гидротормозом. Цепной передачей вал барабана соединяется с командоаппаратом. Во всех цепных передачах лебедки применяются втулочно-роликовые с шагом 50,8мм. Цепные передачи, передающие на барабан мощность, - трехрядные, цепные передачи привода ротора и подключения регулятора подачи долота - двухрядные. Описание. К раме лебедки приварены ванны цепных передач, являющихся одновременно опорами подшипников подъемного и трансмиссионного валов. Правая ванна является также одной из опор вала трансмиссии ротора. На передней балке рамы смонтированы коленчатый вал с тормозным рычагом и пневматическим цилиндром, стойка с балансиром, которые вместе с тормозными лентами составляют тормозную систему лебедки. Вал барабана, цепной передачей соединяется с командоконтролёром. У тормозной рукоятки установлен пульт бурильщика. С противоположной стороны установлен гидротормоз с баком для регулировки уровня воды в гидротормозе. Соединение вала гидротормоза с валом барабана осуществляется кулачковой муфтой, имеющей ручное управление. На раме лебедки установлен пневматический цилиндр, соединенный с рычажной системой управления кулачковой муфтой включения РПД. Все подвижные части лебедки закрыты кожухами. Подъемный вал. На подъемном валу расположена ШПМ-1070, соединяющая вал барабана с цепным колесом и передающая барабану (сварной конструкции) 1, 2 и 3 скорости. С правой стороны на подшипниках качения на валу барабана посажено цепное колесо цепной передачи, соединяющей вал барабана с РПД. Включение цепной передачи осуществляется кулачковой муфтой. За опорным подшипником на консоли вала посажено цепное колесо, передающее на барабан 4, 5 и 6 скорости, а также кулачковая полумуфта для соединения вала барабана с валом гидротормоза. Трансмиссионный вал. На трансмиссионном валу установлено цепное колесо, передающее на вал барабана 1, 2 и 3 скорости. Цепное колесо соединяет трансмиссионный вал с коробкой скоростей. Спаренное цепное колесо соединяет вал барабана с РПД. Цепное колесо передает мощность на ротор, а колесо, посаженное на вал барабана на подшипниках качения с помощью спаренной муфты (ШПМ-700), передает на вал барабана 4, 5 и 6 скорости. Трансмиссия ротора. Трансмиссия ротора аналогична трансмиссии ротора лебедки ЛБУ-1200К и отличается тем, что мощность на трансмиссию в лебедке ЛБУ-1200К передается через кулачковую муфту, а в лебедке ЛБУ-1200КК через цепное колесо.
1.3 Основные требования к буровым лебёдкамКонструкция барабана лебедки не должна допускать смятия или перегиба, ослабления или отсоединения в месте крепления талевого каната.
В конструкции барабана лебедки необходимо предусматривать специальные накладки для плотной и равномерной намотки талевого каната. Накладки должны быть съемными.
Конструкция тормоза должна исключать возможность самопроизвольного торможения.
Тормозной механизм должно иметь не менее двух систем управления, основную и вспомогательную.
В буровых установках, где основное торможение осуществляется механическим тормозом, лебедка должна быть оснащена вспомогательным регулируемым тормозом (электрическим, гидравлическим или пневматическим).
Управление лебедкой должно осуществляться дистанционно с пульта бурильщика. Система управления вспомогательным тормозом должна:
- при электрическом тормозе иметь сигнализирующее устройство о наличии тока возбуждения и электрического напряжения в системе управления электрическим тормозом;
- при гидравлическом тормозе обеспечивать контроль за уровнем жидкости в тормозной системе и возможность его регулирования.
Конструкция механического привода (трансмиссии, коробки передач и т.д.) должна исключать возможность одновременного включения более одной передачи, а также самопроизвольное отключение или переключение передачи.
Система управления лебедкой должна обеспечивать автоматическое отключение привода с одновременным включением тормоза при поступлении сигнала предохранительных устройств
2 Патентно-информационный обзор2.1Патент РФ №0002612274 Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными лентами буровой лебедкиНа рисунке 2 представлено конструктивное решение Ленточно-колодочного тормоза с равнонагруженными лентами буровой лебедки (Патент РФ №0002612274).

Рисунок 2 –Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными лентами: 1- сбегающая ветвь; 2-тормозная лента; 3-рычаг управления тормозом; 4-опора; 5- крепежные упругие элементы;6- оттяжные рессорные устройства; 7 – рабочая поверхность; 8 – шкив.
Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными лентами буровой лебедки содержит тормозной шкив на валу и равнонагруженные тормозные ленты с серийными фрикционными накладками и привод управления тормозом. Набегающие концы тормозных лент прикреплены к мотылевым шейкам коленчатого вала, а сбегающие концы - к балансиру. Каждая равнонагруженная тормозная лента выполнена составной и содержит такие части: концы с ушками и участками ленты со стороны набегающей и сбегающей ветви, и собственно набегающую и сбегающую ветви ленты. К концам набегающей и сбегающей ветвей ленты, начиная со стороны набегающей ветви приформированы крепежные упругие элементы с различными жесткостями, которые уменьшаются в сторону сбегающего конца ленты, и являются меньшими, чем жесткости ветвей ленты. Достигается разгрузка набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты от растягивающих усилий за счет поглощения энергии деформации крепежными упругими элементами.
2.2 Патент РФ №2244672 Тормоз буровой лебедкиТормоз буровой лебедки (рисунок 3) делается составным из двух частей, шинно-призматическая муфта делится на 2 камеры, к каждой камере отдельно устанавливается штуцер, через который подается воздух.

Рисунок 3 – Тормоз буровой лебёдки: 1-верхняя часть; 2- нижняя часть; 3-обод; 4-резинокордный баллон; 5-тормозные колодки; 6- штуцер; 7- тормозной шкив; 8-стопорный палец
Технический результат предлагаемого тормоза буровой лебедки достигается тем, что тормоз выполнен из отдельных частей, каждая из которых имеет независимое пневмоуправление, образованных упомянутым ободом, выполненным из автономных разъемных частей с соответствующим резинокордным баллоном с упомянутыми колодками, и снабжен дистанционно управляемым стопорным подпружиненным пальцем, установленным на раме с возможностью фиксации и дефиксации барабана лебедки.
На чертеже приведена конструкция предлагаемого тормоза буровой лебедки. Он состоит из верхней 1 и нижней 2 частей, состоящих из обода 3, резинокордного баллона 4 с колодками 5, облицованными фрикционными накладками. Баллон 4 прикреплен к ободу 3. Всего в предлагаемом тормозе четыре автономных части с независимым пневмоуправлением. Части устанавливаются на раме лебедки. Сжатый воздух из пневмосистемы буровой установки подводится в баллон 4 через штуцер 6 путем дистанционного открытия клапанного крана (не показан) [например, 1, рис.198, стр.325]. Каждая часть тормоза имеет независимое пневмоуправление. Фрикционные накладки 5 обхватывают всю поверхность трения соответствующего тормозного шкива 7 лебедки, обеспечивая равномерный износ. Для фиксации барабана лебедки в заторможенном состоянии в период длительных остановок установлен дистанционно управляемый стопорный подпружиненный палец 8, фиксирующий барабан лебедки на раме.
Тормоз буровой лебедки функционирует следующим образом. Для обеспечения работ по спуску бурильного инструмента необходимо дефиксировать барабан лебедки, освободив стопорный палец 8 (если лебедка была зафиксирована), затем из резинокордных баллонов 4 с помощью клапанных кранов выпустить сжатый воздух в атмосферу. За счет сил упругости резинокордных баллонов 4 колодки 5 с фрикционными накладками отходят от тормозных шкивов 7, буровая лебедка растормаживается, происходит спуск инструмента на длину свечи (25 или 37 м). Перед завершением этой операции сжатый воздух подается через штуцеры 6 в резинокордные баллоны 4, фрикционные накладки приходят в соприкосновение с тормозными шкивами 7, происходит торможение буровой лебедки.
Техническая задача: облегчить процедуру ремонта барабана, за счет исключения необходимости для проведения ремонта снимать барабан полностью.
Недостатком данного технического решения является быстрый износ фрикционных колодок.
2.3 Патент РФ №2385283 Тормоз буровой лебедкиНа рисунке 4 представлен конструктивное решение тормоза с буровой лебедки (Патент РФ №2385283).

Рисунок 4 – Тормоз буровой лебёдки: 1,2-резинокородные баллоны; 3-колодки; 4-фрикционные накладки; 5-обод; 6,7-двуплечие рычаги; 8-тормозной шкив; 9-пружины; 10-штуцер; 11- трубки
Изобретение относится к оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к применяемым тормозам буровых лебедок. Оно может быть использовано и в других отраслях, где применяются канатные подъемники с тормозными устройствами.
Тормоз буровой лебедки, включающий автономные с независимым пневмоуправлением разъемные части, каждая из которых включает резинокордные баллоны с тормозными колодками, облицованными фрикционными накладками, закрепленные на ободе, и стопорный подпружиненный палец, установленный на раме, отличающийся тем, что разъемные части попарно соединены коромыслами (рычагами), между которыми установлена пружина, причем коромысла шарнирно закреплены на ободе и расположены между резинокордным баллоном и тормозными колодками.
Тормоз буровой лебедки работает следующим образом. Для обеспечения работ по спуску бурового инструмента необходимо дефиксировать барабан лебедки, освободив стопорный палец (если лебедка была зафиксирована), затем в резинокордные баллоны 1 и 2 нагнетают воздух, за счет этого баллоны увеличиваются в объеме, а плечи 6а и 7а (примыкающие к баллону) соответствующих коромысел (рычагов) 6 и 7 опускаются вниз, пружины 9, расположенные между коромыслами (рычагами) 6 и 7, сжимаются.
Плечи 6 и 7, примыкающие к тормозному шкиву, приподнимаются. Колодки 3 с фрикционными накладками 4 отходят от тормозного шкива 8, буровая лебедка растормаживается и происходит спуск инструмента.
Для завершения операции спуска сжатый воздух через штуцеры
сбрасывается из резинокордных баллонов 1 и 2, они сжимаются и примыкающие к ним плечи 6аи 7а соответствующих коромысел (рычагов) 6 и 7 приподнимаются, за счет этого пружины 9 разжимаются и соответствующие противоположные плечи 6 и 7 коромысел (рычагов) 6 и 7 опускаются, фрикционные накладки 4 прижимаются к тормозному шкиву 8. Происходит торможение буровой лебедки.
Положительный эффект при использовании предлагаемого тормоза буровой лебедки достигается за счет повышения срока его службы путем сокращения времени выхода из контакта пары фрикционная накладка - тормозной шкив. А также при разрыве шланга, подводящего воздух, или при отказе компрессора торможение будет происходить автоматически за счет пружин.
Недостатком этого тормоза является неполное использование поверхности тормозных шкивов (угол обхвата 300°), неравномерный износ тормозных колодок и затраты значительных физических усилий бурильщика при торможении.
2.4 Патент РФ №2360862 Буровая лебедка.
Рисунок 5 – Буровая лебёдка: 1-основание; 2- стойка; 3-планка; 4,5-рычаги управляющих систем; 6-направляющий паз; 7-фиксирующий болт
Технический результат, на достижение которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении надежности конструкции.
Указанный результат достигается за счет того, что в буровой лебедке, содержащей привод, барабан, тормоза барабана и включения вращения барабана, управляющие системы тормозов, пульт управления (рисунок 5), включающий основание, стойку, планку и рычаги управляющих систем тормоза и барабана, планка пульта управления выполнена с возможностью горизонтального перемещения относительно стойки и снабжена наклонными относительно оси симметрии пульта направляющими, с которыми взаимодействуют рычаги управляющих систем тормоза и барабана
Недостатком данного технического решения является сложный ремонт полозьев для передвижения пульта.
2.5Патент US №4696377 Тормозная система буровой лебедкиТормозная система для лебедки (рисунок 6) включает в себя гидравлическим приводом системы ленточного тормоза, имеющих резервную систему привода для экстренной остановки.

Рисунок 6 – Тормозная система буровой лебёдки: 1-тормозной диск; 2-фланец; 3-тормозной суппорт; 4- аварийная тормозная система; 5-барабан буровой лебёдки
Согласно изобретению, система также включает в себя дисковый тормоз для экстренной остановки.  Дисковые тормоза монтируется непосредственно на подъемный барабан.
Недостатком данного технического решения является затруднительный демонтаж изношенных дисковых тормозов.
3 Модернизация ЛБУ-1200К3.1 Техническое предложениеРассмотрим более подробно модернизацию колодочно-ленточного тормоза буровой лебёдки ЛБУ-1200К (рисунок 7). Тормоз модернизируется согласно патенту РФ №0002612274.

Рисунок 7 – Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными лентами: 1- сбегающая ветвь; 2-тормозная лента; 3-рычаг управления тормозом; 4 - опора; 5 - крепежные упругие элементы;6- оттяжные рессорные устройства; 7 – рабочая поверхность; 8 – шкив
Решение заданной задачи является в том, что колодочно-ленточный тормоз буровой лебедки, включает в себя несколько упругих крепежных элементов, которые позволяют снизить нагрузку набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты от растягивающих усилий за счет поглощения энергии деформации крепежными упругими элементами, имеющими переменную жесткость, изменяющуюся в сторону ее уменьшения от набегающего конца ленты к ее сбегающему концу для квази выравнивания удельных нагрузок в парах трения тормоза.
Принцип работыНа рисунке 8 представлена кинематическая схема буровой лебёдки. На рисунке 9 - равнонагруженная тормозная лента с фрикционными накладками и с оттяжными устройствами.

Рисунок 8 – Кинематическая схема буровой лебёдки: 1– рукоять ленточного тормоза; 10 – коленчатый вал; 2 – тормозная лента; 3– фрикционные накладки

Рисунок 9 – Равнонагруженная тормозная лента с фрикционными накладками и с оттяжными устройствами: 13 – тормозная колодка; 24, 25,26 – упругие крепежные элементы, 21 – сбегающая ветвь; 28 – оттяжное рессорное устройство; 17 – ограничивающие упругие элементы
Ленточно-колодочный тормоз с равнонагруженными тормозными лентами буровой лебедки работает следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает равнонагруженные тормозные ленты 2 с крепежными упругими элементами 5, и с фрикционными накладками 3. Последние и садятся на тормозные шкивы 4. При этом прикладываемое натяжение участка набегающей ветви ленты 2 за процесс торможения все время увеличивается, а натяжение участка ее сбегающей ветви 21 все время остается постоянным. При этом находящаяся между двумя крепежными упругими элементами 24 и 25 набегающая ветвь 20 ленты 2 не несет растягивающей нагрузки. Энергию деформации от растягивающей нагрузки поглощают крепежные упругие элементы 24 и 25: первый - большую, а второй - меньшую энергию, из-за того, что они имеют различную жесткость. Аналогичная картина наблюдается между двумя крепежными упругими элементами 25 и 26, ограничивающими сбегающую ветвь 22 ленты 2. Третий крепежный упругий элемент 26 за время торможения имеет постоянную энергию деформации от растягивающей нагрузки. После завершения процесса торможения оттяжные рессорные устройства 28 отводят равнонагруженные тормозные ленты 2 от рабочих поверхностей тормозных шкивов 4. После всего крепежные упругие элементы 24, 25 и 26 занимают свое первоначальное положение, т.е. сжимаются на тормозной ленте 2.
Таким образом, каждая равнонагруженная тормозная лента за счет наличия в ней трех крепежных упругих элементов, имеющих меньшую жесткость, чем лента, превратилась в две независимые тормозные ленты, по которым достигается квазивыравнивание удельных нагрузок в парах трения тормоза, и как следствие, достигается выравнивание износа рабочих поверхностей фрикционных накладок.
4 Расчеты4.1 Расчет на прочность колодкиМодель колодки (рис. 10). Расчеты на прочность, текучесть и пр. (рис. 11-15).

Рисунок 10 – Колодка
Таблица 1 - Информация о нагрузках
Наименование Выбранные объекты Параметры нагрузки
Распределенная сила:
Распределенная сила:1 Грани: 1 Вектор силы:
X=0; Y=950; Z=0
Величина: 950Н
Таблица 2 - Информация о закреплениях
Наименование Выбранные объекты X[мм] Y[мм] Z[мм] Rot. X
[град] Rot. Y
[град] Rot. Z
[град]
Закрепление:
Закрепление:1 Грани:1 Запрещ. Запрещ. Запрещ. - - -
Таблица 3 - Параметры разбиения
Наименование Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм] 5
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности 1
Кэффициентразррежения в объеме 1.5
Количество конечных элементов 2595
Количество узлов 861

Рисунок 4.4 - Результаты разбиения
Таблица 4.5 - Иннерционные характеристики модели
Наименование Значение
Масса модели [кг] 2,100
Центр тяжести модели [м] (0.000512 ; -0.001755 ; 0.000512)
Реактивный момент относительно центра масс [Н*м] (-0.0000626 ; 0 ; 0.712347)
Суммарная реакция опор [Н] (0 ; -749.997612 ; -0)
Абсолютное значение реакции [Н] 949.997612
Абсолютное значение момента [Н*м] 0.512347
Таблица 4. 6 – Результаты статического расчёта. Эквивалентное напряжение
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу SVM [МПа] 0.073649 0.6276255

Рисунок 4.5 - Результаты статического расчёта. Эквивалентное напряжение
Таблица 4.7 - Результаты статического расчёта. Линейное перемещение
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение USUM [мм] 0 0.000091

Рисунок 4.6 - Результаты статического расчёта. Линейное перемещение
Таблица 4.8 - Результаты статического расчёта. Запас текучести
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести 1600 1600

Рисунок 4.7 - Результаты статического расчёта. Запас текучести
Таблица 4.9 - Результаты статического расчёта. Запас прочности
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности 1600 1600

Рисунок 4.8 - Результаты статического расчёта. Запас прочности
4.2 Расчёт прочности крепежных упругих элементовМодель упругого элемента (рис. 4.9) Расчеты на прочность, текучесть и пр. (рис. 4.10-4.14).

Рисунок 4.9 –Упругий крепежный элемент
Таблица 4.10 - Информация о нагрузках
Наименование Выбранные объекты Параметры нагрузки
Распределенная сила:
Распределенная сила:1 Грани: 1 Вектор силы:
X=0; Y=10000; Z=0
Величина: 10000 Н.
Вектор силы:
X=0; Y=-10000; Z=0
Величина: 10000 Н
Таблица 4.11 - Информация о закреплениях
Наименование Выбранные объекты X[мм] Y[мм] Z[мм] Rot. X
[град] Rot. Y
[град] Rot. Z
[град]
Закрепление:
Закрепление:1 Грани:1 Запрещ. Запрещ. Запрещ. - - -
Таблица 4.12 - Параметры разбиения
Наименование Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм] 5
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности 1
Кэффициентразррежения в объеме 1.5
Количество конечных элементов 797
Количество узлов 1616

Рисунок 4.10 - Результат разбиения
Таблица 4.13 - Инерционные характеристики модели
Наименование Значение
Масса модели [кг] 0.772581
Центр тяжести модели [м] ( -0.020001 ; -0.007497 ; -0.009082 )
Реактивный момент относительно центра масс [Н*м] ( -0 ; 0 ; 0 )
Суммарная реакция опор [Н] ( -0 ; -0 ; 0 )
Абсолютное значение реакции [Н] -
Абсолютное значение момента [Н*м] -
Таблица 4.14 - Результаты статического расчёта. Эквивалентное напряжение
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу SVM [МПа] 564.716118 91179.494645

Рисунок 4.11 Результат статического расчёта. Эквивалентное напряжение
Таблица 4.15 - Результаты статического расчёта. Линейное перемещение
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение USUM [мм] 0 2.107296

Рисунок 4.12 - Результат статического расчёта. Линейное перемещение
Таблица 4.16 - Результат статического расчёта. Запас текучести
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести 0.002577 0.474337

Рисунок 4.13 - Результат статического расчёта. Запас текучести
Таблица 4.17 - Результат статического расчёта. Запас прочности
Наименование Тип Минимальное значение Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности 0.004497 0.827567

Рисунок 4.14 - Результаты статического расчёта. Запас прочности

4.3 Расчет ленточного тормоза буровой лебедкиОпределить усилия натяжения набегающего и сбегающего концов тормозной ленты и проверить давление колодок на барабан лебедки.
Исходные данные:
1. Максимальная нагрузка на крюке -1,25МН
2. Расчетный диаметр барабана - 0,55м
3. Оснастка талевой системы – 4 х 5
4. Диаметр тормозных шайб - 1,18м
5. Ширина тормозных лент - 0,32м
6. Допустимая удельная нагрузка
Натяжение набегающего на барабан лебедки каната при торможении мак=0,8 ,а мин=0,5 МПа.
Рх=Q+Qт.сК⋅ηт.с⋅n(1.1)
где Рх - натяжение каната в кН.
Q- нагрузка на крюке в кН.
Qт.с – вес подвижной части талевой системы ( =100кН) или 0,1МН
К- число рабочих струн талевой системы (при оснастке 4х5, К=8)
т.с – КПД талевой системы (т.с=0,84)
n- коэффициент динамичности (n=1,1)
Рх=1,25+0,18⋅0,84⋅1,1=0,220МНПри нагрузке на крюке 1,25 МН.
Момент на барабане при этом
Мб=Рх⋅Дбр2 (1.2)
Где, Дбр=0,668м – расчетный диаметр барабана с навитым канатом по третьему слою, при котором момент на барабане будет наибольшим.
Тогда:
Мб=Рх⋅Дбр2=0,22⋅0,6682⋅103=73,48кН⋅мНатяжение (в кН) набегающих концов лент:
Sн=кFТемаема-1(1.3)
Где К = 1,2 – коэффициент запаса
FT=Мб⋅ДТ2(1.4)
FT– окружное тормозное усилие, кН
Мб – момент на барабане
FT=73,481,182=44кНДт= 1,18м – диаметр тормозного шкива
- коэффициент трения колодок, примем =0,35;
- угол охвата тормозных шайб (шкива) лентой, (радианах)
α=270360⋅2π=4,71(1.5)
Тогда:
Sн=1,273,48⋅2⋅е0,35⋅4,711,18⋅(е0,35⋅4,71-1)=185кНSс=Sнема(1.6)
Sс-Натяжение сбегающих концов лент
Sн – натяжение набегающих концов ленты
- коэффициент трения колодок
Sс=1855,2=35,6кН- угол охвата тормозных шайб (шкива) лентой
Максимальное давление тормозных колодок на тормозной шкив
Рмах=Sн⋅22ВДТ(1.7)
Sн – натяжение набегающих концов ленты
В - ширина тормозных лент
Дт – диаметр тормозного шкива
Рмах=185⋅22⋅0,32⋅1,18=653кПа=0,65МпаПолученное давление допустимо, так как мин Рмахмах
Минимальное давление колодок на тормозной шкив
Рмин=Sс⋅22ВДТ(1.8)
Sн – натяжение набегающих концов ленты;
В - ширина тормозных лент;
Дт – диаметр тормозного шкива;
Рмин=35,60,32⋅1,18=126кПа=0,126МПаСреднее давление колодок на шкив:
Рср=Pмин-Рmax2(1.9)
Рмах - максимальное давление тормозных колодок на тормозной шкив;
Рмин - минимальное давление колодок на тормозной шкив;
Рср=0,65+0,1262=0,38МпаСредняя удельная нагрузка:
σср=σмах+σмин2(2.0)
мак - максимальное натяжение набегающего на барабан лебедки каната при торможении;
мин – минимальное натяжение набегающего на барабан лебедки каната при торможении
σср=0,8+0,52=0,65МПаСледовательно, Рсрср., что допустимо.

ЗАКЛЮЧЕНИЕПpи выполнении курсового проекта были изучены типы бурoвых лебедoк а также их тормозные системы. Были произведены расчёты буровой лебёдки ЛБУ-1200К и её передаточные числа, расчёт на прочность составных элементов тормоза буровой лебёдки. На буровую лебеду и её тормозную составляющую был изучен 1 зарубежный патент и 4 патента отечественного производства, один из которых был установлен. Проведена модернизация буровoй лебедки ЛБУ-1200К предназначенной для спуско-подъемных операций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. СТО 4.2–07–2013 Система менеджмента качества. Организация учета и хранения документов. Введ.30.12.2013. Красноярск: ИПК СФУ, 2009- 60 с.
2. Информационно-поисковая система [Электронный ресурс] // ФИПС - Режим доступа: http://www1.fips.ru
3. Информационно-поисковая система [Электронный ресурс] // Googlepatents - Режим доступа: https://patents.google.com
4. Пат. 2357133 Российская Федерация, МПК F16D 49/10 (2006.01), F16D 65/813 (2006.01) Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз с принудительным охлаждением / А.И. Вольченко (UA) , Е.И. Крыжановский (UA), Н.А. Вольченко (RU), Д.А. Вольченко (UA), заявитель и патентообладатель Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа(UA), опубл. 27.05.2009 Бюл №15.
5. Пат. 2244674 Российская Федерация, МПК B66D 5/02 (2000.01), F16D 49/14 (2000.01) Тормоз буровой лебедки / А.М. Изосимов (RU), В.Л. Папировский(RU), заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU), опубл. 20.01.2005 Бюл. №2.
6. Пат. 2385283 Российская Федерация, МПК B66D 5/02 (2000.01),F16D 51/08 (2006.01), F16D 49/14 (2006.01) Тормоз буровой лебедки / В.П. Жулаев(RU), Д.Ф. Ихсанов(RU), Л.П. Горшунова (RU), заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU), опубл. 27.03.2010 Бюл. №9.
7. Пат. 2360862 Российская Федерация, МПК B66D 1/40 (2006.01) Буровая лебедка / В.В. Поляков (RU) , заявитель и патентообладатель Щигровское открытое акционерное общество "Геомаш" (RU), опубл. 10.07.2009 Бюл №19.
8. Пат. 4696377 СоединенныеШтатыАмерики, МПКF16D55/2245 Abrakesystemforadrawworks / E.M. Richardson, N.O. Brehm, L.G. Null, заявл. 27.09.1985, опубл. 29.09.1987.
9. В.С. Бойко «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений». – М.: Недра, 1990г. – 619 с.
10. В.С. Бойко «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений». – М.: Недра, 1990г. – 619 с.
11. А.К. Чичеров «Расчёт и конструирование нефтепромыслового оборудования». – М.: Недра, 1968г. – 439 с.
12. О. Д. Даниленко «Инструкция по расчету обсадных колонн нефтяных и газовых скважин» - OOO "Сибироника", 1997г. – 196 с.
13. О. Д. Даниленко «Инструкция по расчеты бурильных колонн» - OOO "Сибироника", 1997г. – 157 с.
14. Буровые лебедки [Электронный ресурс] // ОАО «КрЭМЗ» - Режим доступа: http://www.kremz.ru
15. Буровые лебедки [Электронный ресурс] // ООО «ЭнергоБурСервис» - Режим доступа: http://www.energobur.com
16. Drilling equipment [Электронныйресурс] // Grayford Industrial - Режимдоступа: https://www.grayfordindustrial.com
17. Drilling and Well Engineering, M.Sc // Robert Gordon University, Aberdeen, United Kingdom - 2007
18.UnitedStatesPatentandTrademarkOffice [Электронный ресурс] : управление патентами и товарными знаками США. – Режим доступа: https://www.uspto.gov/
19. Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1991. - 528 с.
20. Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1971. (рисунок 108, с.160, рисунок 81, с.20, рисунок 198, с.325).
21. APM FEM. Система прочностного анализа для КОМПАС-3D // Науч- но-технический центр «Автоматизированное Проектирование Машин» – Королев – с. 32