3.3. Автоматические и безопасные катушки

burovaja_lebedka_resize

В связи с широким применением двигателей внутреннего сгорания для привода буровых станков буровые установки с четырехскоростными лебедками У2-4-3 или Л1-4М модернизуют путем введения в комплект реверсивной фрикционной трансмиссии, а также замены однорядных цепных передач на двухрядные, рычажной передачи тормоза на кулачковую передачу, простой шпилевой катушки на фрикционную и безопасной катушки на автоматическую катушку.
Схема модернизованной буровой установки с приводом от трех дизелей В2-300. Силовой привод СП-3 состоит из трех силовых блоков 2, 3 и 4, соединенных между собой клиноременной передачей и реверсивной фрикционной трансмиссией 5. Каждый дизель связан с трансмиссией посредством управляемой зубчатой муфты. Благодаря наличию этой муфты можно в случае надобности отключать любой из двигателей от трансмиссии.
Все трансмиссионные шкивы свободно вращаются на шарикоподшипниках и соединяются с валами посредством зубчатых муфт, при помощи которых можно по желанию выключить любой из шкивов.

Натяжение клиноременной передачи между  блоками и правильная установка ее осуществляются стяжками. На передачах к грязевым насосам 7 и к реверсивной фрикционной муфте установлены натяжные ролики, перемещение которых производится винтами.
Управление двигателями и реверсивной фрикционной муфтой выведено к посту бурильщика. Все зубчатые муфты имеют местное управление на раме каждой трансмиссии.
Трансмиссия дает возможность отключать двигатели от лебедки и ротора непосредственно с поста бурильщика, изменять направление вращения лебедки и ротора и получать две скорости вращения ротора.
Трансмиссия смонтирована на металлической раме. На валу 7 свободно вращается на подшипниках клиноременный шкив 2. Шкив соединен с двухдисковым фрикционом 3, который включается перемещением конуса 4. При включении фрикциона достигается прямой ход - вала и посредством зубчатой муфты 5 и цепных колес 6 вращение передается на лебедку и ротор.
Для получения обратного хода трансмиссии имеется планетарный редуктор 8, состоящий из полого вала 9, жестко соединенного со шкивом 2. На полом валу 9 сидят зубчатое колесо 10 и водило 13. На 13 свободно сидят на осях 12 три шестерни  11, находящиеся в зацеплении с шестернями 10 и 15. К жестко крепится тормозной барабан 14, затормаживаемый лентой 7.
При включении обратного хода тормозная лента через тормозной барабан останавливает водило, и вращение передается с шестерни 10 на шестерни 11 а 15, которые связаны с валом трансмиссии ступицей 16. При обратном ходе число оборотов вала редуцируется с передаточным отношением 0,33. В случае выхода из строя фрикциона предусмотрены аварийные штифты  11, которые жестко связывают шкив с валом. Управление трансмиссией производится двумя рукоятками. Рукоятка переключения цепных колес установлена на раме трансмиссии, а рукоятка управления фрикционом и редуктором обратного хода вынесена к посту бурильщика.
Прямой и обратный ходы сблокированы таким образом, что исключается их одновременное включение.

Шестискоростная лебедка Лб-3 предназначена для бурения скважин глубиной до 4000 м. Лебедка имеет два вала с коробкой скоростей и гидропатическим тормозом. Привод лебедки от коробки скоростей, передача внутри лебедки и привод тормоза осуществляются трехрядными втулочно-роликовыми цепями с шагом 50,8 мм, работающими на фрезерованных цепных колесах. Привод ротора осуществляется от коробки скоростей карданным валом или цепью. Муфты включения ступенчатого типа и зубчатые.
Коробка скоростей состоит из литого стального корпуса, валов и шестерен.
В коробке помещаются два параллельных вала - ведущий и ведомый и один перпендикулярный, к которому присоединяется карданный вал ротора.
На валах насажены три пары цилиндрических шестерен с шевронными зубьями и одна пара конических шестерен с прямыми зубьями (для привода ротора).
Все валы коробки скоростей смонтированы на сферических двухрядных роликоподшипниках. Свободно посаженные шестерни вращаются на бронзовых втулках. Прием мощности от редуктора осуществляется цепной передачей через цепное колесо, посаженное на консольную часть ведущего вала на шпонке.
Отбор мощности из коробки скоростей производят:
а) на промежуточный (катушечный) вал лебедки при помощи цепной передачи;
б) на ротор при помощи карданного вала; привод ротора дублирован цепной передачей через промежуточную трансмиссию, расположенную на раме лебедки; в этом случае ротор поворачивается на 90°.
Переключение скоростей передач на лебедку и на ротор осуществляется муфтами двух видов: многокулачковыми ступенчатого типа и зубчатыми, управляемыми с поста бурильщика.

Валы лебедки смонтированы на сферических двухрядных роликоподшипниках. На промежуточном (катушечном) валу расположены цепные колеса для приема мощности от коробки скоростей и передачи вращения подъемному валу. На консольных частях этого вала расположены справа безопасная катушка, а слева шпилевая (простая). На подъемном валу находится барабан с тормозными шайбами, насаженными на шпонках. По обеим сторонам барабана расположены цепные колеса малой и большой скоростей, сидящие свободно на валу на бронзовых втулках и включаемые для подъемных операций многокулачковыми муфтами ступенчатого типа. Рядом с муфтой малой скорости расположено цепное колесо для привода гидроматического тормоза.

Все цепные колеса имеют фрезерованные зубья под трехрядные втулочно-роликовые цепи с шагом 50,8 мм. Лебедка имеет ленточный тормоз с пластинками феррадо (сечение 32 х 234 мм) и с двойной рычажной передачей, развивающей необходимый тормозящий момент при нормальном усилии на рычаге тормоза. Для равномерного распределения усилия на обе ленты тормоз снабжен балансиром.
Все цепные передачи лебедки ограждены щитами жесткой сварной конструкции для безопасной работы обслуживающего персонала.
Слева на раме станины расположены все рычаги управления лебедкой и коробкой скоростей: ножные - для малой и большой скоростей барабана, ротора и гидроматического тормоза; ручные - для тормоза и переключения скоростей в коробке.
На раме станины справа монтируется промежуточная трансмиссия, дублирующая привод ротора цепной передачей. Карданная передача от коробки скоростей к ротору состоит из трех сочленений:
а) карданного вала от коробки до лебедки;
б) промежуточного    вала   на двух опорах;
в) карданного вала от лебедки до ротора.
Средняя часть - промежуточный вал - лежит на двух подшипниках, укрепленных на плите станины лебедки, имеет длину 1860 мм, диаметр 130 мм. Удары и толчки от ротора воспринимаются средней частью - промежуточным валом.

Буровая установка Уралмаш

Буровая установка Уралмаш предназначена для бурения скважин глубиной до 4000 м. Кинематическая схема буровой установки. Она состоит из четырех двигателей В2-300, трансмиссии, лебедки, Ротора и двух грязевых насосов. Четыре двигателя В2-300 7 блокируются клиноременной трансмиссией 2, 3 и 4. В трансмиссиях 2 и 3 по 16 ремней типа Д длиной 5600 мм и в трансмиссии 4 16 ремней длиной 7100 мм.
буровая установка Уралмаш
Двигатели снабжены шинно-пневматическими муфтами 5 для отключения их на ходу.
Привод каждого из грязевых насосов осуществляется 14 ремнями типа Д, и включение приводных шкивов производится шинно-пневматическими муфтами.
Шкивы блокирующей трансмиссии посажены на валы на подшипниках качения и включаются кулачковыми муфтами.
Установка снабжена двумя одинаковыми коробками скоростей 6 и 7 с фрикционами 8 для отключения силового привода; одна коробка скоростей 6 предназначена для привода лебедки и другая 7 -для привода ротора. Коробки скоростей с шевронными шестернями имеют четыре скорости и реверс.
Лебедка У2-4-5 имеет пять скоростей подъема, из которых четыре передаются через карданный вал 9 и редуктор 10 от вторичного вала коробки скоростей 6, а пятая скорость - через карданный вал 11 и промежуточную трансмиссию 12 от первичного вала коробки.
Барабанный вал несет две фрикционные муфты включения на малой и большой скорости. Катушечный вал приводится цепью от ведущей части фрикционной муфты большой скорости барабана. Катушечный вал несет фрикционную катушку 16, автоматическую 11 и две шпилевые 18 катушки.
Привод ротора 19 осуществляется карданным валом 20 от коробки скоростей 7.
Для возможности привода лебедки и ротора от любой из двух коробок скоростей предусмотрена трансмиссия 21, блокирующая шестерню 22 редуктора 10 с цепным колесом 23 приводного вала ротора; шестерня 22 и цепное колесо 23 посажены на валы свободно и включаются в случае необходимости кулачковыми муфтами. Два компрессора 24 приводятся каждый тремя клиновыми ремнями типа Б от трансмиссионных валов двигателей.
В последние годы в Баку выпущена восьмискоростная лебедка инж. Годжаева для бурения на 4000 м. Лебедка двухвальная с коробкой скоростей. Коробка скоростей имеет два вала - ведущий и ведомый. Электромоторы присоединяются муфтами непосредственно к ведущему валу коробки скоростей. Вращение ротору передается карданным валом. Муфты включения в коробке скоростей и на валах лебедки кулачковые.
Существующие типы лебедок снабжены простыми тормозами. Тормозные ленты имеют прокладки из фрикционного материала. Угол обхвата тормозных лент ~ 270°. Мертвые концы тормозных лент присоединены к коромыслу, имеющему возможность в ограниченных пределах колебаться вокруг своего центра вращения, что создает возможность автоматического напряжений обеих тормозных лент, т. е. ведет к равномерному распределению работы торможения между обеими тормозными шайбами. Ходовые концы тормозных лент прикреплены к кривошипам коленчатого валика, вращающегося в подшипниках. Поворотом рукоятки тормозного коленчатого валика достигаются натяжение ходовых концов тормозных лент и торможение. При тормозные ленты оттягиваются и поддерживаются навесу специальными пружинами.

Расчет тормоза

Угол охвата тормозной шайбы, выраженный в радианах, равен
Коэфициент трения пластинок по стали принимается K = 0,4 - 0,5, что соответствует усилию человека на рукоятке 50 - 80 кг.
Тормоза лебедок вращательного бурения имеют двоякое назначение:

1) удерживать колонну труб на весу;

2) поглощать кинетическую энергию падающей колонны труб.
Таким образом,  видно, что ленточный тормоз находится в чрезвычайно тяжелых условиях, ибо сильно нагревается во время работы. Кроме того, ввиду больших тормозных моментов, для тормозных лент приходится применять специальные материалы, дающие по железу высокие коэфициенты трения (1 > 0,4) и обладающие достаточной термостойкостью.
В связи с этим для тормозных лент бурильных лебедок применяют фрикционные материалы с большим содержанием асбеста, так как при наличии асбеста получаются высокие коэфициенты трения (Кт = 0,5), сравнительно мало изменяющиеся с повышением температуры.
Несколько лет назад для тормозов лебедок применяли материал феррадо, спрессованный из ткани, состоящей из асбестовых ниток и тонких медных проволок. Из этой ткани прессовались пластинки необходимых размеров.
В настоящее время для этой же цели применяют пластины из пластмассы, изготовленной из асбеста на резине с инертным наполнителем.
Для достижения термостойкости пластин количество резины не должно превышать 8-10% по весу.
Способность обычных механических тормозов рассеивать выделяющуюся тепловую энергию ограничена стойкостью тормозных колодок при высоких температурах. Асбест, являющийся составной частью материала колодок, при нагреве до 260° С в течение длительного времени или до более высоких температур на короткий период теряет кристаллизационную воду и превращается в белый порошок.
При нагреве до 250° С органические вещества, которыми пропитаны колодки, окисляются, что приводит к ухудшению фрикционных качеств.

При охлаждении тормозных шайб водой вследствие разности температур на наружной и внутренней поверхностях шайбы оказываются сжатыми снаружи и растянутыми изнутри. Приближенные подсчеты показывают, что если температура трущейся поверхности равна 260° С, а температура внутренней поверхности шайбы на границе с пленкой окисла металла равна 189° С (при температуре воды 27° С), то при разности температур 71°С температурные напряжения достигают величины порядка 2100 кг/см2. Поэтому рекомендуется считать температуру 260° С максимально допустимой для нормальной работы тормозных колодок.
Обычно расчет тормоза производится по допустимому удельному давлению колодок и удельной работе торможения. Эти величины нельзя считать надежной основой расчета, если не приняты во внимание условия охлаждения тормоза. Более правильный метод должен учитывать способность тормоза рассеивать тепло.
При напряженном режиме спуска тяжелой колонны бурильных или обсадных труб общее количество тепла, поглощаемое тормозом, весьма велико, поэтому необходимо принимать специальные меры для отвода тепла.
Тормоза часто служат причиной несчастных случаев с рабочим, стоящим у тормоза. Пуск двигателей в ход для подъема груза с помощью барабана лебедки должен увязываться с освобождением тормозов, что требует координированных движений рабочего. Если рабочий, пустив двигатель на подъем, не успеет тормозную рукоятку в расторможенное положение, то рукоятка будет отброшена назад с громадной силой и ударит его.
Вследствие несовершенства конструкции тормозной системы некоторых лебедок получил широкое распространение компенсатор системы Могильного, который делает тормозную рукоятку безопасной.
Компенсатор системы Могильного состоит из цилиндра 1, закрытого крышками 5 и 3. Крышка 3 шарнирно соединена с кронштейном 11, который крепится к полу буровой.
Таким образом, цилиндр может качаться вокруг горизонтальной оси. Хомут 9 надевается на шпонке на тормозной валик. При помощи детали 6 хомут 9 шарниром 4 соединяется со штоком 2, на котором гайкой 1 неподвижно зажат диск 8. Диск 12, снабженный рядом сквозных отверстий, посажен на гайку 1 и имеет возможность несколько перемещаться вдоль оси относительно штока 2.
Цилиндр во время работы заполнен маслом. При торможении хомут 9 поворачивается вместе с тормозным валиком, заставляя перемещаться в сторону крышки 5 шток 2 вместе с дисками 8 и 12. При этом благодаря сопротивлению жидкости диск 12 отстает до упора в кольцевой выступ гайки 1. Масло из правой части цилиндра переходит в левую через открывшиеся отверстия в диске 12 и по трубочке диаметром 3/4", соединяющей концы цилиндра 1.
Благодаря относительно большой суммарной площади сечения перепускных отверстий диска 12 ход торможения совершается с достаточной быстротой. При оттормаживании шток движется в сторону крышки 3, сопротивлением масла диск 12 прижимается к диску 8, отверстия в диске 12 перекрываются диском 8 и масло из левой полости в правую переходит только по трубочке, оказывающей большое сопротивление быстрому протеканию через нее масла. Благодаря этому тормозная рукоятка предохраняется от резких ударов во время растормаживания. С помощью вентиля регулируется скорость протекания масла по трубочке.
При пуске груза на тормозе колодки изнашиваются. Большие скорости спуска на тормозах сопровождаются сильным нагревом тормозных шайб и быстрым износом их тормозной поверхности и колодок. Колодки изнашиваются неодинаково по всей длине ленты: наиболее изнашиваются они около неподвижных концов лент, где удельные давления, распределяющиеся по окружности ленты неравномерно,  достигают наибольшей величины.
Для уменьшения усилия, которое бурильщик прилагает при торможении, и предотвращения возможности отдачи рукоятки для действующих буровых установок применен кулачковый механизм в тормозе. На вал рукоятки тормоза 1 на шпонке насажен кулак 2, профиль которого выполнен по спирали Архимеда. При повороте вала рукоятки тормоза кулак нажимает на ролик 3, свободно вращающийся на игольчатом подшипнике на оси 4. Рычаг 5 вращается вокруг оси 6, укрепленной в неподвижном кронштейне 7, который связан с рамой лебедки поперечным швеллером 8. Свободный конец рычага 5 связан болтами 9 и регулирующей гайкой 10 с рычагом  11, посаженным на шпонке на вал 12 свободного конца тормозной ленты. При повороте вала тормозной рукоятки поворачивается и вал свободного конца ленты, натягивая тормозную ленту. Постоянный контакт кулака с роликом обеспечивается специальной пружиной.

Гидроматик

Гидроматик устанавливают на правый консольный конец подъемного вала. Сопротивление гидроматического тормоза основано на трении между внутренней закрытой поверхностью и циркулирующей по ней жидкостью.
Подвижная часть гидроматика - ротор 7 - посажена на подъемный вал на шпонке. На ступицу ротора посажены в горячем виде стальные закаленные гильзы. Неподвижная часть - статор 2, состоящая из двух половин, соединенных болтами, отделена от ступицы ротора бронзовыми втулками, соприкасающимися с вращающимися вместе с ротором 7 гильзами. Утечка жидкости предупреждается сальником 5. С обеих сторон ротора и статора расположены один против другого карманы 4, разделенные перегородками.
Холодная жидкость вводится в тормоз через подводящую трубку в кольцевые каналы 3, откуда попадает в карман 4. Движение жидкости из каналов 3 в карманы 4 вызывается особой системой сопел.
Во время работы гидроматика нагретая вода автоматически удаляется через отводную трубу в верхней части тормоза и заменяется свежей холодной водой. Таким образом, уровень воды в тормозе остается постоянным, обеспечивающим заранее установленное сопротивление.
Принцип тормозящего действия гидроматика проследим на отдельной частице жидкости. Стрелкой показано направление вращения ротора во время вращения подъемного барабана на спуск.
Рассматриваемая частица жидкости поступает в один из карманов ротора, и центробежная сила отбрасывает ее к внешнему краю, сообщая ей определенную энергию. Со значительной силой и скоростью частица жидкости переходит из кармана ротора в карман статора. При этом она перерезается ребрами перегородок карманов статора, которые наклонены навстречу вращению ротора. Это создает сопротивление вращению ротора и поглощает часть энергии, расходуемой на спуск.
Когда частица разделилась между несколькими карманами статора, у нее сохранилась еще некоторая скорость, благодаря чему она движется по направлению к втулке. При этом часть оставшейся энергии расходуется на трение жидкости о стенки статора. После этого частица, все еще сохраняя некоторую скорость, переходит из статора в ротор. Она вновь перерезается, на этот раз перегородками ротора, на что расходуется еще некоторая часть энергии.

Сопротивление гидроматика регулируется количеством вводимой в него жидкости. При подъеме груза ротор гидроматика вращается в обратную сторону, и стенки карманов скользят по жидкости, не оказывая заметного сопротивления.
Гидроматик работает как автоматический регулятор скорости. Скорость увеличивается до тех пор, пока сопротивление в гидро-матике не уравновесит опускающийся груз, после чего спуск будет продолжаться с равномерной скоростью.
Величина этой предельной скорости спуска зависит от величины опускаемого груза и от уровня заполнения гидроматика.
Поскольку сопротивление гидроматика вызывается движением груза, гидроматик не может совершенно остановить груз или держать его в неподвижном состоянии. Для этих целей в лебедке сохраняется механический фрикционный тормоз.
Питательный, или циркуляционный, бак 1 расположен вне буровой. Крышка бака должна быть на одном уровне с нижним краем гидроматика. Подводящая труба 2 диаметром 11/2" соединяет низ бака с низом гидроматика, отводная труба 3 диаметром 11/4" соединяет отверстие в верхней части тормоза с верхом охлаждающей башни 4. Гидроматик, питательный бак и обе трубы образуют замкнутую цепь.
Подводящая труба 2 через задвижку В соединена с трубой 5 диаметром 3/4" водопроводной сети. Задвижка должна быть расположена таким образом, чтобы удлиненный стержень ее 5, проходящий через пол вышки, был под рукой у бурильщика.
Спускная задвижка тормоза А может быть расположена там, где это более удобно: рядом с гидроматиком или под полом вышки; в последнем случае приходится удлинять стержень задвижки.

Управление гидроматиком

Питательный бак всегда должен быть наполнен водой. Когда гидроматик не работает, жидкость (только из самого тормоза) спускают через задвижку А. Перед пуском гидроматика в работу открывают задвижку В, и вода в тормозе и вертикальных патрубках питательного бака поднимается до одинакового уровня.
Уровень заполнения гидроматика водой наблюдают по поплавку с указателем, помещающимся в патрубке на баке. При увеличении нагрузки через задвижку В из трубопроводной сети вводится еще некоторое количество жидкости, так что уровень ее повышается. Поплавок в вертикальном патрубке и проверочные краны гидроматика позволяют мгновенно контролировать уровень.

Автоматические и безопасные катушки

С помощью катушек на консольных концах верхнего вала лебедки осуществляют открепление и отвинчивание бурильных труб, удлинителя и долот, завинчивание бурильных и обсадных труб, а также вспомогательные работы по подъему и подтаскиванию грузов.
Катушка обычного типа представляет шпиль - цилиндрический барабан небольшого диаметра с криволинейной поверхностью по концам. Работа на обычной катушке происходит следующим
Рабочий набрасывает на катушку несколько витков пенькового каната, один конец которого связан с перемещаемым грузом или рукояткой ключа, и тянет за второй, свободный, конец каната. Наименьшее требуемое на катушке число витков каната, необходимое для того, чтобы нагруженная ветвь каната наматывалась на вращающуюся катушку.
При невнимательности или неопытности рабочего может произойти одного витка каната на другой и заклинивание витков, вследствие чего конец каната, находящийся в руках рабочего, начнет наматываться на катушку и руки рабочего могут быть затянуты под канат. Иногда приходится удерживать поднимаемый груз на весу. Тогда рабочему, занятому на катушке, приходится в течение долгого времени натягивать канат. Для облегчения труда и создания безопасных условий работы служат скоба и зажим для простой катушки.
Свободный конец пенькового каната пропускают через зажим; он обвивается вокруг катушки. При наматывании второго витка он отделяется от первого витка скобой 7, чем и устраняется опасность заклинивания. В случае необходимости удержать поднимаемый груз на весу сектор 2 поворачивают при помощи рукоятки 3 "против хода часовой стрелки и зажимают канат.

Катушка Залкина

Катушка Залкина пригодна только для одной операции - открепления резьбы замков при подъеме инструмента. Эта операция катушкой Залкина выполняется автоматически и вполне безопасна для обслуживающего персонала.
Катушка Залкина 7 надета на конец вала на шпонке 6. Средняя часть катушки представляет спиральный обод, оканчивающийся рогом; левый конец обточен на конус, правая часть представляет цилиндр, переходящий на конце в конус.
Канат, идущий от ключа, прикрепляется к конусу 5, свободно надетому на вал. Второй конец каната прикреплен к вертлюжку, надеваемому на рукоятку ключа. Во время зарядки ключа канат натягивается и конус 5 садится на конус катушки 7. При этом канат огибает ролик 4, опирающийся на кронштейны 2 и 3, укрепленные болтами к стойке лебедки.
После зарядки ключа катушку приводят во вращение в направлении, обратном направлению вращения валов лебедки при подъеме. Рог катушки захватывает канат и навивает его на цилиндрическую часть катушки. Поворачиваемый при этом ключ открепляет резьбовое соединение инструмента (замка). После 2 1/2 - 3 оборотов катушки канат попадает на ее коническую часть, благодаря чему сразу ослабляется и сбрасывается с катушки, конус 5 отходит влево на вал, и канат повисает таким образом, что рог катушки не может его захватить.
Катушка имеет два барабана. Барабан 7 непосредственно соединен с промежуточным валом лебедки через вал 2 и муфту 3 и постоянно вращается. Барабан 4 свободно вращается на втулке на неподвижном корпусе 8 и включается по мере надобности при помощи фрикциона 5.

Включение фрикциона производится нажатием рукоятки, находящейся у поста бурильщика. При этом происходит поворачивание нажимной втулки 6 на 8-10°. Втулка 6 поворачивает сидящие в гнездах три распорных регулируемых пальца 7, причем распорные пальцы имеют предварительный наклон к оси катушки 12-15° и при повороте нажимной втулки угол наклона уменьшается. При этом распорные пальцы, упираясь одной головкой в неподвижный корпус 8, а второй в нажимную втулку, перемещают барабан 4 и осуществляют нажатие фрикционного диска.
Выключение фрикциона производится автоматически специальными пружинами по  прекращении нажатия на  рукоятку
Неподвижный корпус 8 сидит на валу 2 на специальных роликовых подшипниках без колец.

Два двурогих крюка 12 в станине ротора служат для подъема и установки ротора на место. Смазка основной опоры жидкая, подается она через канал 15. Зубчатую передачу смазывают (также жидкой смазкой) через отверстие 14 в станине. Спускают смазку через два отверстия в станине, закрываемые пробками 16.
Консистентную смазку в подшипники вала подают через отверстия 13, а в упорную шаровую опору -через специальное отверстие в станине.

Понравилась эта статья? Поделитесь ею!

 

6 мнений на “3.3. Автоматические и безопасные катушки