Монография предназначена для студентов, аспирантов, научных сотрудников, профессорско-преподавательского состава высших учебных заведений и колледжей, а также специалистам-производственникам, которые занимаются теорией, расчетом и конструированием тормозных устройств, в частности ленточно-колодочных тормозов. В монографии изложены результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований динамической нагруженности спускоподъемного комплекса буровой установки во взаимосвязи с серийными тормозами лебедок и показаны пути их усовершенствования. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 6 РАЗДЕЛ 1 ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ ПРИ СПУСКЕ КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ В СКВАЖИНУ....................................................................................................7 1.1 Нагруженность элементов и узлов спуско-подъемного комплекса буровой установки.............................................................................................7 1.2 Теоретические исследования процесса торможения талевой системы буровой установки............................................................................12 1.2.1 Структура цикла перемещения крюкоблока.......................................12 1.2.2 Динамика движения крюкоблока во время спуска колонны бурильных труб..............................................................................................16 1.2.3 Коэффициент динамичности талевых систем при неустановившемся движении крюкоблока.....................................................................................21 1.3 Математическая модель кинематики перемещения крюкоблока с учетом коэффициента динамичности............................................................25 РАЗДЕЛ 2 ТЕОРЕТИЧЕКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ И ДЕФОРМАЦИЙ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ.................................................................34 2.1 Выбор методов исследований............................................................ 34 2.2 Метод исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) участка тормозной ленты с фрикционной накладкой.................................37 2.2.1 Начальные условия и допущения........................................................37 2.2.2 Методика расчета реакций и перемещений........................................42 2.2.3 Методика расчета деформаций и напряжений...................................46 2.2.4 Методика построения и анализа математических моделей............. 49 2.3 Моделирование динамической нагруженности фрикционной накладки и узла трения...................................................................................53 2.4 Моделирование деформации фрикционного узла.............................59 2.4.1 Построение модели узла...................................................................... 59 2.4.2 Методы исследования деформации СЕ-модели фрикционного узла.... 63 2.4.3 Методика исследования влияния размещения подрессорных оттяжек и опоры на деформацию элементов фрикционного узла.............65 РАЗДЕЛ 3 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ФРИКЦИОННОГО УЗЛА ТОРМОЗА..........................................................67 3.1 Напряженно-деформированное состояние (НДС) тормозной ленты и распределение сил между нерабочими поверхностями фрикционного узла..67 3.1.1 Динамическая нагруженность тормозной ленты.....................................67 3.1.2 Влияние конструктивных параметров фрикционного узла и натяжения тормозной ленты..................................................................................................70 3.1.3 Математические модели тормозной ленты.............................................79 3.2 Напряженно-деформированное состояние фрикционной накладки и износ ее рабочей поверхности............................................................................88 3.2.1 Напряженно-деформированное состояние накладки.............................88 3.2.2 Распределение сил в паре трения.............................................................89 3.2.3 Закономерности распределения сил при изнашивании пары трения....94 3.3 Деформации фрикционного узла тормоза..............................................101 3.3.1 При регулировании зазора между парами трения вначале торможения..........................................................................................................101 3.3.2 Под действием размещения подрессорных оттяжек и роликовой опоры.............................................................................................106 РАЗДЕЛ 4 ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ С ПОДВИЖНЫМИ НАКЛАДКАМИ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА...........................................................................................................109 4.1 Ленточно-колодочные тормоза с подвижными накладками: конструкция и взаимодействие пар трения.....................................................109 4.2 Определение усилий натяжения тормозной ленты и тормозного момента нетрадиционного тормоза на разных стадиях торможения............114 4.2.1 Начальной..................................................................................................114 4.2.2 Конечной....................................................................................................121 4.3 Расчет на прочность тормозной ленты, обода шкива и фрикционной накладки...............................................................................................................129 4.4.Определение общей деформации элементов тормозной системы……..133 РАЗДЕЛ 5 УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОГО ТОРМОЗА С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ..............................................................................139 5.1 Общие принципы управления работоспособностью нетрадиционного тормоза...............................................................................139 5.2 Управление режимами торможения механического нетрадиционного тормоза................................................................................145 5.2.1 Без гидродинамического тормоза.........................................................145 5.2.2 С учетом действия гидродинамического тормоза...............................157 5.3 Конструктивные решения по управлению нагружен ностью фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза.................................160 5.3.1 Динамической.......................................................................................160 5.3.2 Тепловой................................................................................................169 5.4 Методика расчета эксплуатационных параметров различных типов фрикционных узлов денточно-колодочных тормозов буровых лебедок.....176 РАЗДЕЛ 6 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПУСКО-ПОДЪЕМНОГО КОМПЛЕКСА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ............................................................................186 6.1 Улучшение режимов движения крюкоблока во время спуска колонны бурильных труб................................................................................................186 6.2 Улучшение работы основного тормоза буровой лебедки.................189 6.3 Улучшение эффективности работы спуско-подъемного комплекса буровой установки............................................................................................191 6.3.1 Комплекс устройств контроля и управления режимами и параметрами работы талевой системы буровой установки.................................................191 6.3.2 Средства повышения долговечности фрикционных накладок и тормозных шкивов............................................................................................195 6.3.2.1 Выравнивание износов фрикционных накладок........................195 6.3.2.2 Снижение металлоемкости тормозного шкива..........................215 6.4 Перепуск талевого каната......................................................................215 6.5 Автоматический режим работы спуско-подъемного комплекса буровой установки............................................................................................ 223 ВЫВОДЫ...........................................................................................................225 ЛИТЕРАТУРА................................................................................................... 231 ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................ 240