Мета роботи - підвищення ефективності роботи фрикційного вузла стрічково-колодкових гальм шляхом стабілізації його навантаженості на основі моделювання його напружено-деформованого стану та зношування на режимах спуску бурильної колони та буріння й обґрунтування методик розрахунків конструктивних та експлуатаційних параметрів гальма. Для досягнення вказаної мети необхідно розв'язати наступні задачі: 1. Створити аналітичну модель напружено-деформованого стану ділянки гальмівної стрічки та дослідити закономірності взаємозв'язку параметрів цього стану з конструктивними та механічними параметрами фрикційного вузла під впливом його силової навантаженості. 2. Розробити скінчено-елементну модель напружено-деформованого стану фрикційної накладки; встановити закономірності розподілу питомих навантажень у парі тертя та дослідити процеси зношування під впливом постійного та змінного навантаження при фіксованих значеннях коефіцієнта тертя. 3. Встановити зв'язок між деформацією фрикційного вузла при регульованих зазорах у парах тертя в розімкненому стані та на початку гальмування із зношуванням робочих поверхонь накладок. 4. Підтвердити експериментальним шляхом на фізичній моделі фрикційного вузла стрічково-колодкового гальма бурової лебідки теоретично встановлений взаємозв'язок між силовою навантаженістю, напружено-деформованим станом і зношуванням робочих поверхонь фрикційного вузла та його конструктивними параметрами. 5. Удосконалити конструкції фрикційного вузла гальма та оцінити їхню працездатність. 6. Запропонувати уточнену методику розрахунку конструктивних параметрів фрикційного вузла й експлуатаційних параметрів гальма. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І СКОРОЧЕНЬ 5 ВСТУП 7 РОЗДІЛ 1 СТАН ПРОБЛЕМИ І ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДОСЛІДЖЕНЬ... 14 1.1. Різновиди фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок 15 1.2. Режими та умови роботи фрикційних вузлів 19 1.3. Силова навантаженість і експлуатаційні параметри фрикційних вузлів гальма 26 1.4. Зношування фрикційних вузлів гальма та довговічність його елементів 36 1.5. Висновки та задачі досліджень 43 РОЗДІЛ 2 ВИБІР МЕТОДІВ І МЕТОДИКИ ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФРИКЦІЙНОГО ВУЗЛА І ЙОГО ДЕТАЛЕЙ 45 2.1. Вибір методів дослідження 45 2.2. Моделювання напружено-деформованого стану ділянки гальмівної стрічки і розподілу сил між нею та фрикційною накладкою 48 2.2.1. Початкові положення та припущення 48 2.2.2. Методика розрахунку реакцій і переміщень 54 2.2.3. Методика розрахунку деформацій і напружень 58 2.2.4. Методика побудови та аналізу математичних моделей 60 2.3. Моделювання конструктивних і силових параметрів фрикційної накладки та пари тертя 65 2.4. Моделювання деформації фрикційного вузла 71 2.4.1. Створення моделі вузла 71 2.4.2. Методика дослідження деформації СЕ-моделі серійного фрикційного вузла 74 2.4.3. Методика дослідження впливу розміщення відтяжок і опори на деформацію елементів фрикційного вузла 76 Висновки 78 РОЗДІЛ 3 НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ФРИКЦІЙНОГО ВУЗЛА ГАЛЬМА 80 3.1. Напружено-деформований стан гальмівної стрічки і розподіл сил між неробочими поверхнями фрикційного вузла 80 3.1.1. Силова навантаженість гальмівної стрічки 80 3.1.2. Вплив конструктивних параметрів фрикційного вузла та натягу гальмівної стрічки 83 3.1.3. Математичні моделі гальмівної стрічки 92 3.2. Напружено-деформований стан фрикційної накладки та зношування її робочої поверхні 100 3.2.1. Напружено-деформований стан накладки 100 3.2.2. Розподіл сил у парі тертя 103 3.2.3. Закономірності розподілу сил при зношуванні пари тертя 106 3.3. Деформації фрикційного вузла гальма 114 3.3.1. При регулюванні зазора між парами тертя і на початку гальмування 114 3.3.2. Під дією розміщення відтяжок і роликової опори 119 Висновки 121 РОЗДІЛ 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СИЛОВОЇ НАВАНТАЖЕНОСТІ ФРИКЦІЙНИХ ВУЗЛІВ СТРІЧКОВО- КОЛОДКОВОГО ГАЛЬМА 123 4.1. Задачі стендових експериментальних досліджень 123 4.2. Вибір моделі та методів вимірювання 123 4.3. Конструкція гальмівного стенда та вимірювальна апаратура 134 4.4. Методика вимірювання 136 4.4.1. Сил і моментів, що діють на гальмівну стрічку 136 4.4.2. Питомого навантаження фрикційного контакту 137 4.4.3. Прогину ділянки гальмівної стрічки та зношування фрикційної накладки 139 4.5. Результати експериментальних досліджень 140 4.5.1. Напружено-деформованого стану ділянки гальмівної стрічки 140 4.5.2. Розподілу питомих навантажень фрикційної пари при її зношуванні 144 4.5.3. Дослідної конструкції фрикційного вузла 148 Висновки 154 РОЗДІЛ 5 УТОЧНЕНІ МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ І УДОСКОНАЛЕНІ КОНСТРУКЦІЇ ФРИКЦІЙНОГО ВУЗЛА СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВИХ ГАЛЬМ БУРОВИХ ЛЕБІДОК 155 5.1. Напрями удосконалення фрикційних вузлів гальма та методики розрахунку його експлуатаційних параметрів 155 5.2. Методики розрахунку експлуатаційних параметрів гальма 158 5.2.1. Обґрунтування вибору розрахункової схеми 158 5.2.2. Оцінки експлуатаційних параметрів гальма 162 5.2.3. Уточнена методика розрахунку експлуатаційних параметрів 170 5.3. Удосконалення конструкцій фрикційного вузла для забезпечення рівновеликого зношування 178 5.3.1. Накладок на дузі охоплення гальмівної стрічки 178 5.3.2. Окремих накладок : 186 5.4. Задачі подальших досліджень 193 Висновки 194 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 197 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 200 ДОДАТКИ 213