Фрикционные муфты сцепления.

В трансмиссиях буровых установок фрикционные муфты сцепления широко распространены благодаря ряду преимуществ:

включение на ходу при больших разностях угловых скоростей сцепляемых валов;

безударное включение с постепенным разгоном;

возможность некоторой регулировки времени разгона ведомых частей и предельного момента, передаваемого муфтой;

возможность кратковременного регулирования частоты вращения путем буксования, что важно при ловильных работах и пусках, свинчивании и развинчивании бурильных и обсадных труб, установке вкладышей в ротор и т. д.

К числу недостатков фрикционных муфт можно отнести возможность нарушения сцепления вследствие износа фрикционных дисков.

Фрикционные муфты трансмиссий буровых установок применяют для передачи значительных мощностей (100—2000 кВт и более) при большом числе включений (100—200 в 1 ч и более) с управлением на значительном расстоянии от оператора. Эти условия эксплуатации предъявляют к их конструкции ряд специфических требований: плавное и быстрое включение и быстрое расцепление без заедания; дистанционное управление; длительная и надежная работа без нагрева; возможно малые масса и динамический момент; динамическая уравновешенность; простота и удобство регулирования и ремонта в полевых условиях.

Передаваемый муфтой крутящий момент создается силами трения, возникающими на трущихся поверхностях дисков муфты в результате взаимного прижатия их. Поэтому габариты и масса муфты будут тем меньше, чем выше коэффициент трения и чем больше контактная нагрузка.

Так как буровые установки работают на открытом воздухе, часто в условиях низких или высоких температур, а также вследствие больших габаритов, усложняющих герметизацию, используют только сухие фрикционные муфты. Для работы в таких условиях лучше всего зарекомендовали себя осевые одно-, двух- и трехдисковые и многоколодочные цилиндрические муфты с наружным охватом шкива и пневматическим управлением.

Из всего многообразия пар трения в муфтах буровых установок применяют только: чугун или сталь по неметаллическому материалу — прессованному, армированному металлическим каркасом, пропитанному асбесту, фрикционной пластмассе или различным композиционным материалам (волокна асбеста, чугунная, свинцовая и латунная пыль и др.); иногда используют металлокерамические накладки.

Накладки изготовляют толщиной до 8 мм. В настоящее время накладки к колодкам и дискам не приклепывают, а наклеивают под давлением с нагревом. Срок службы приклеенных накладок больше. Прочность приклеивания выше, чем прочность самой накладки. Для дисков больших диаметров (более 1 м) изготовляют стальные секторы с напрессованным металлокерамическим слоем. Эти секторы приваривают или наклеивают к несущему металлическому диску. Фрикционные муфты управляются сжатым воздухом (давление 0, 6—0, 9 МПа), подаваемым в резиновые камеры, осуществляющие нажатие на диски или колодки. По форме сцепляющихся элементов пневматические фрикционные муфты подразделяются на цилиндрические (рис. 12.3) и дисковые осевые. Как те, так и другие снабжаются вентиляционными каналами для отвода тепла и защиты резиновых баллонов от нагрева.

По характеру работы муфты делятся на оперативные с тяжелым режимом (число включений более 40 в 1 ч), оперативные с легким режимом (число включений менее 40 в 1 ч) и неоперативные— редко включаемые.

Рис.12.3. Фрикционная цилиндрическая радиальная пневматическая муфта; 1—обод; 2 — баллон; 3 — фрикционные колодки; 4 — шкив.

Цилиндрические фрикционные шинно-пневматические муфты бывают двух типов — обжимные и разжимные. В первых резиновый баллон охватывает вращающийся внутри него шкив, с которым он сцепляется при включении. В разжимной муфте, наоборот, баллон находится внутри шкива. В обжимной муфте фрикционные колодки крепятся к внутренней цилиндрической поверхности баллона, а в разжимной — к его внешней поверхности.

В трансмиссиях буровых установок применяют только обжимные муфты. Они значительно быстрее выключаются при остановках, так как после выключения колодки отжимаются центробежной силой от шкива, а в разжимных, наоборот, они прижимаются этой силой к шкиву, и выключение затягивается. Муфты обжимного типа используются в быстроходных трансмиссиях при скоростях на контактных поверхностях до 35 м/с.

Цилиндрические муфты благодаря упругости баллона несколько компенсируют перекосы и непараллельность валов и снижают динамические нагрузки. Муфтами этого типа соединяют валы с целью компенсации неточностей монтажа. Эти муфты хорошо работают при температуре окружающей среды от —30 до +50°С. При температурах ниже —30 и выше + 50°С работоспособность их снижается.

Соединительные муфты.

В трансмиссиях буровых установок для временного соединения двух валов или свободно вращающихся деталей, расположенных на валу (звездочек, зубчатых колес барабанов и т. д.) применяют сцепные муфты, а для постоянного соединения — неподвижные муфты или карданные валы, допускающие перекосы или смещения валов.

В качестве неподвижных соединительных муфт наиболее часто применяют упругие муфты с эластичными элементами, смягчающие удары и снижающие динамические нагрузки, или жесткие зубчатые муфты и крестово-шарнирные муфты — карданные валы. Жесткими сцепными муфтами являются зубчатые к кулачковые.

Рис. 12.4. Карданный вал:

1 - уплотнение; 2 — обойма с игольчатыми подшипниками; 3 — крестовина: 4 — крышка; 5 — вилка; 6 — болт; 7 — балансир; 8— шлицевая муфта; 9— гайка; 10 — шлицевой вал.

Жесткие зубчатые муфты используют при редко разбираемых соединениях, так как они компенсируют небольшие перекосы, непараллельность валов допускается 1—1, 5 мм, а угол между осями 1—1, 5°. Эти упругие муфты только несколько смягчают толчки и удары и не рассчитаны на поглощение значительной колебательной энергии. Муфты с мощными упругими элементами применяют для защиты трансмиссии от колебаний, вызванных кривошипно-шатунными или ползунно-шатунными механизмами ДВС или поршневых насосов и др.

Карданные валы (рис. 12.4) различных размеров широко применяют в буровых установках для соединения валов машин, транспортируемых раздельными блоками при перемещении установки на новую точку бурения. Эти валы допускают большие перекосы и непараллельность, что позволяет значительно ускорить монтаж буровой установки. Валы эти требуют хорошей балансировки, иначе возникают большие биения и вибрации.

Упругие подвижные м у ф т ы характеризуются наличием упругого элемента, за счет деформации которого происходит взаимное перемещение деталей муфты, необходимое для компенсации смещения осей соединяемых валов. Наряду с этим упругие муфты смягчают толчки и удары и служат средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих вследствие неравномерности вращения. Упругие муфты изготовляются с металлическими и неметаллическими, преимущественно резиновыми, упругими элементами. В буровых машинах и агрегатах применяются муфты с резиновыми упругими элементами благодаря сравнительной простоте конструкции, низкой стоимости, отсутствию особых требований по уходу, высоким компенсационным свойствам и хорошей демпфирующей способности. При работе с электродвигателями важное значение приобретает электроизолирующая способность муфт с резиновыми упругими элементами.

Для соединения тяжело нагруженных валов буровых машин и агрегатов, а также для соединения вала электродвигателя с трансмиссионным валом бурового насоса и промежуточным валом лебедки применяют упругие (эластичные) муфты.. На рис. 12.5 показана упругая муфта для соединения коленчатого вала дизеля с валом редуктора. Диск 2 с зубчатым венцом 3 для запуска дизеля стартером устанавливается на шлицы вала дизеля и центрируется на нем бронзовыми конусами 1 и 7. Конусы затягиваются при помощи разрезной пробки 8, ввинченной в вал дизеля и надежно закрепленной конической пробкой 13, гайкой 11 и шайбой 12. Ведомый стакан 6 закреплен на коническом конце быстроходного вала 9 понизительного редуктора и за стопорен гайкой 10. В ведущем и ведомом дисках установлены по девять пальцев 5 и 14, которые попарно соединяются пластинами 4из прорезиненной ткани.

Высокими эксплуатационными качествами обладают муфты, в которых в качестве упругого элемента используется резиновая звездочка. Размеры, масса и допускаемые вращающие моменты стандартных муфт приводятся в справочниках по муфтам.

Рис.12.5 Упругая муфта дизеля.

Сцепные кулачковые и зубчатые муфты состоят из двух полу- муфт, одна из которых крепится на ведущем валу, а другая перемещается на шпонках или шлицах ведомого вала с помощью вилки и сухарей.

В тяжело нагруженных реверсируемых соединениях применяются кулачковые муфты с прямыми кулачками, число которых выбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента (при данном диаметре муфты число кулачков тем меньше, чем больше вращающий момент). Подвижную муфту обычно располагают на ведомом валу, что позволяет уменьшить износ деталей управления муфтой. Для нереверсивных соединений применяют муфты с тремя или шестью косыми кулачками. Кулачковые муфты очень чувствительны к перекосам и несоосности валов и применяются в основном для соединения свободно вращающихся ценных звездочек с валом в коробках перемены передач буровой лебедки и цепных редукторах. Реже, например, для соединения регулятора подачи долота и гидродинамического тормоза с лебедкой используются кулачковые муфты, у которых полумуфты располагаются на концах соединяемых валов.

Зубчатая сцепная муфта состоит из двух полу муфт, имеющих на цилиндрических поверхностях наружные и внутренние эвольвентные либо полукруглые зубья. Для облегчения включения торцы зубьев закругляются.

Кулачковые и зубчатые муфты по сравнению с фрикционными проще по конструкции и имеют значительно меньшие габариты и массу. Основной недостаток их—невозможность включения на быстром ходу. Во избежание повреждений кулачков и зубьев включение муфты на ходу допускается без нагрузки и при небольшой разности угловых скоростей. Для включения муфты в состоянии покоя обычно проводится холостое проворачивание ведущей полумуфты до совмещения выступов и впадин муфты. Возможность включения муфты без холостого проворота зависит от числа и профиля кулачков. Материал для изготовления кулачковых и зубчатых муфт должен обеспечить высокую твердость кулачков и посадочной поверхности подвижной полу муфты. Для этого обычно используются стали марок 20Х, 20ХН2 с цементацией и закалкой до твердости НРС 45—60. Муфты крупных размеров изготовляют из сталей марок 40Х, 30ХН, 35ХГС и др.

Электромагнитные муфты.

Сцепление электромагнитных муфт осуществляется под действием сил магнитного притяжения, возникающих при включении постоянного тока в обмотку возбуждения муфты. В буровых установках применяются индукционные муфты скольжения, сцепляющиеся через магнитное поле, и ферропорошковые муфты, имеющие электромеханическую связь.

КОРОБКИ ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ.

Для увеличения диапазона регулирования частот вращения вала лебедки или ротора применяют коробки перемены передач (КПП) разнообразных конструкций с цепными, зубчатыми или комбинированными передачами.

Цепные КПП используют в мощных буровых установках для глубокого бурения, а зубчатые — в самоходных установках для бурения скважин небольшой глубины. В цепных КПП зубчатые конические передачи применяют для изменения угла осей валов, например, для привода ротора карданным валом или для получения обратного вращения ротора, а в зубчатых КПП в последнем случае используют цепные передачи. Такие решения упрощают конструкцию. Цепные КПП выполняют двухвальными, так как в них желательно иметь большее расстояние между валами для увеличения числа звеньев и долговечности цепной передачи. Зубчатые КПП выполняют двух- и трехвальными. В них расстояние между валами должно быть по возможности меньшим для снижения окружных скоростей.

На рис. 12.6а показана схема двухвальной четырехскоростной КПП с зубчатыми цилиндрическими передачами и цепной передачей для обратного вращения (ОВ). С точки зрения кинематики эта коробка менее удачна. Она имеет две замедля ющие и две ускоряющие передачи. Частоты вращения исполнительных механизмов лебедки и ротора во всех случаях ниже, чем двигателя, поэтому ускоряющие передачи здесь не нужны.

На рис. 12.6, б показана схема четырехвальной двухскоростной КПП, применяемой для двигателей, которые расположены перпендикулярно к валам лебедки. Вал привода ротора расположен также перпендикулярно к валам КПП. Скорости переключаются кулачковыми муфтами. Обратное вращение ротора осуществляется с помощью второй конической передачи.На рис. 12.6, б показана схема двухвальной цепной трехскоростной КПП с зубчатой передачей для обратного вращения и переключением скоростей кулачковыми муфтами. Эта КПП имеет две цепные передачи к лебедке. Все передачи понижают частоту вращения.Схема четырехскоростной КПП с одним цепным приводом лебедки и коническими зубчатыми передачами привода ротора карданным валом показана на рис. 12.6, г. Привод ротора через карданный вал от общей КПП требует расположения осей валов под углом 90°, что усложняет КПП, но упрощает трансмиссию его привода. Для такого решения можно рекомендовать конические редукторы и привод ротора через карданный вал. Если ось приводного вала ротора расположена параллельно осям валов, то привод осуществляется цепной трансмиссией или индивидуальным двигателем.

На рис. 12.6 показана конструкция КПП с цепными передачами и зубчатой передачей для обратного вращения. Для переключения первой скорости применена кулачковая муфта, а для второй и третьей — шинно-пневматические муфты, что повышает оперативность переключения этих скоростей. Привод установки должен обеспечивать возможность вращения ротора в двух направлениях, поэтому в КПП для дизельных приводов применяют передачу для обратного вращения. Если установка с электроприводом, обратное вращение осуществляется электродвигателем. При регулируемом электроприводе число передач в коробке обычно две — четыре вместо четырех — шести при нерегулируемом приводе. В КПП установок больших мощностей применяется система для охлаждения масла.

Рис. 12.6. Схемы коробок перемены передач:

1, II, III, IV » V — номера валов; 1, 2, 3 и 4 — номера прямых передач; ОВ — обратное вращение, ШПМ — шинно-пневматическая муфта.

Контрольные вопросы к гл. 12.

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 181920 21 22 23 Следующая ⇒