RU2513964C2 - Band-shoe brake of draw works with gang friction assemblies - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to draw works band-shape brakes. Proposed brake comprises brake pulley on the shaft and extra brake band with friction discs and the main brake band arranged there under and brake control drive. Extra brake band is secured by friction fasteners with friction surfaces to the main brake band while their leading edges are secured to rocking beam and to crankshaft crank pins. At braking by expansion of brake bands and contact interaction between their surfaces at sliding angles on the side of leading edges of the main and extra brake bands that bring about friction contact forces to cause difference in band tensions, to decrease irregularity of distribution of specific loads in friction pairs "friction disc - pulley". Extra rest friction force originates owing to the main brake band rounding of idle surfaces of brake shoes.

EFFECT: decreased irregularity of distribution of specific loads in friction pairs "friction disc - pulley".

7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.The invention relates to mechanical engineering and can be used in tape-shoe brakes of drill hoists.

Известен ленточно-колодочный тормоз, в котором для обеспечения равномерного износа фрикционных накладок последние расположены на рабочей поверхности тормозного шкива и снабжены упругими элементами, связывающими их между собой и подпружинивающими к рабочей поверхности шкива, причем динамический коэффициент трения скольжения между наружной поверхностью накладок и внутренней поверхностью тормозной ленты больше, чем между рабочей поверхностью накладок и тормозного шкива [1, аналог]. Недостатком является то, что необходимо иметь фрикционные материалы с различными динамическими коэффициентами трения скольжения для наружной и внутренней поверхностей накладок.A tape brake is known in which, to ensure uniform wear of the friction linings, the latter are located on the working surface of the brake pulley and are equipped with elastic elements that connect them to each other and spring to the working surface of the pulley, and the dynamic coefficient of sliding friction between the outer surface of the linings and the inner surface of the brake the tape is larger than between the working surface of the pads and the brake pulley [1, analogue]. The disadvantage is that it is necessary to have friction materials with different dynamic coefficients of sliding friction for the outer and inner surfaces of the linings.

Кроме того, тормозная лента подвержена не только динамическим, но и тепловым нагрузкам.In addition, the brake band is subject not only to dynamic, but also to thermal loads.

Известен ленточно-колодочный тормоз с подвижными фрикционными накладками, который содержит отдельные неподвижные накладки в начале набегающей ветви тормозной ленты, на середине ленты и в конце сбегающей ветви ленты, причем между неподвижными накладками находятся подвижные накладки, которые в своей верхней части по их ширине имеют разрезы, посаженные в Г-образные пазы ленты, при этом подвижные накладки имеют возможность перемещения относительно внутренней поверхности ленты и рабочей поверхности шкива, а на набегающей и сбегающей ветвях ленты расположено неодинаковое количество подвижных накладок, связанных между собой пружинами различной жесткости [2, прототип]. Недостатком является то, что при взаимодействии наружных подвижных фрикционных накладок с внутренней поверхностью тормозной ленты не реализуется большой коэффициент их взаимного перекрытия.A tape brake is known with movable friction linings, which contains separate stationary linings at the beginning of the oncoming branch of the brake belt, in the middle of the belt and at the end of the runaway branch of the belt, and between the fixed linings there are movable linings, which have cuts in their upper part along their width seated in the L-shaped grooves of the tape, while the movable pads have the ability to move relative to the inner surface of the tape and the working surface of the pulley, and on the incoming and outgoing branches x tape there is an unequal number of movable plates, interconnected by springs of different stiffness [2, prototype]. The disadvantage is that when the outer movable friction linings interact with the inner surface of the brake band, a large coefficient of their mutual overlap is not realized.

Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом и прототипом имеет следующие отличительные признаки:The proposed technical solution in comparison with the analogue and prototype has the following distinctive features:

- основная тормозная лента имеет большую поддатливость за счет уменьшения ее толщины и отсутствия в ее теле концентраторов напряжений;- the main brake tape has greater flexibility due to a decrease in its thickness and the absence of stress concentrators in its body;

- использование поверхностей основной и дополнительной тормозных лент, наружных поверхностей фрикционных накладок, а также внутренних поверхностей фрикционных крепежных элементов тормозных лент в качестве дополнительных зон контактного трения;- the use of the surfaces of the main and additional brake bands, the outer surfaces of the friction linings, as well as the inner surfaces of the friction fasteners of the brake bands as additional zones of contact friction;

- отсутствие сбегающей ветви на тормозной ленте, но зато наличие на составной тормозной ленте двух набегающих ветвей, что существенно уменьшит их соотношение по растягивающим усилиям, т.е. S_H1/S_H2 (где S_H1, S_H2 - натяжение набегающих ветвей основной и дополнительной тормозных лент);- the absence of a runaway branch on the brake belt, but on the other hand, the presence on the composite brake belt of two running branches, which will significantly reduce their ratio of tensile forces, i.e. S _H1 / S _H2 (where S _H1 , S _H2 is the tension of the oncoming branches of the main and additional brake bands);

- использование контактного трения между основной и дополнительной тормозными лентами для уменьшения разности сил натяжений их участков и, как следствие, устранения неравномерности распределения удельных нагрузок по ширине фрикционных накладок.- the use of contact friction between the main and additional brake bands to reduce the difference in the tension forces of their sections and, as a result, eliminate the uneven distribution of specific loads across the width of the friction linings.

Задача изобретения - повышение эффективности тормоза за счет целенаправленного использования основной и дополнительной тормозной ленты при растяжении при наличии в каждой из них только по одной набегающей ветви, а также использование дополнительных зон взаимодействия для получения многопарных узлов трения в процессе торможения.The objective of the invention is to increase the effectiveness of the brake due to the targeted use of the main and additional brake bands in tension if there is only one oncoming branch in each of them, as well as the use of additional interaction zones to obtain multipair friction units during braking.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительная тормозная лента с помощью фрикционных крепежных элементов с поверхностями трения прикреплена к основной тормозной ленте, а их набегающие концы прикреплены соответственно к балансиру и к мотылевым шейкам коленчатого вала, при этом в процессе торможения за счет растяжения тормозных лент и возникающих между их поверхностями фрикционного взаимодействия на углах скольжения со стороны набегающих концов основной и дополнительной тормозных лент контактных сил трения, вызывающих снижение разностей сил натяжения участков тормозных лент, способствующих уменьшению неравномерности распределения удельных нагрузок в парах трения «накладки - шкив», а также за счет огибания внутренней поверхностью основной тормозной лентой нерабочих поверхностей фрикционных накладок, ведущей к возникновению дополнительной силы трения покоя.This goal is achieved by the fact that an additional brake band is attached to the main brake band by means of friction fasteners with friction surfaces, and their running ends are attached respectively to the balancer and to the crank neck of the crankshaft, while during braking due to stretching of the brake bands and between their friction interaction surfaces at sliding angles on the side of the running ends of the main and additional brake tapes of the contact friction forces, causing a decrease e differences in the tension forces of sections of brake tapes, which reduce the uneven distribution of specific loads in the friction pairs of the “lining - pulley”, as well as due to the bending of the idle surfaces of the friction linings by the inner surface of the main brake band leading to the occurrence of additional rest friction force.

На фиг.1 показана кинематическая схема буровой лебедки с ленточно-колодочным тормозом; на фиг.2 - кинематическая схема ленточно-колодочного тормоза с многопарными узлами трения; на фиг.3 - поперечный разрез фиг.2 по А-А; на фиг.4 показан вид Б на фиг.2 - крепление основной и дополнительной тормозных лент с помощью фрикционных крепежных элементов; на фиг.5 показан участок дополнительной тормозной ленты; на фиг.6 - составная тормозная лента с подрессоренными оттяжными устройствами с серийными фрикционными накладками; на фиг.7 приведена схема предварительного смещения второго рода основной тормозной ленты относительно дополнительной тормозной ленты.Figure 1 shows the kinematic diagram of a drawworks with a tape-shoe brake; figure 2 is a kinematic diagram of a tape-shoe brake with multi-pair friction units; figure 3 is a cross section of figure 2 along aa; figure 4 shows a view of B in figure 2 - fastening the main and additional brake tapes using friction fasteners; figure 5 shows a plot of an additional brake tape; figure 6 - composite brake belt with sprung retractable devices with serial friction linings; Fig.7 shows a diagram of the preliminary bias of the second kind of the main brake tape relative to the additional brake tape.

Использованы следующие условные обозначения: R_ш, D_ш - радиус и диаметр рабочей поверхности тормозного шкива; r - радиус кривошипа коленчатого вала; ω - угловая скорость вращения шкива; φ, α - углы обхвата одной и всеми накладками рабочей поверхности тормозного шкива; S_H1, S_H2 - натяжение набегающих ветвей основной и дополнительной тормозных лент; F_P - усилие, прикладываемое бурильщиком к рычагу управления тормозом; q - силы сжатия основной и дополнительной тормозных лент на угле обхвата длиной l; l⁼l_cк1+l_n+l_cк2; l_ск1, l_ск2 - длины участков лент на углах их скольжения α _ск1 и α _ск2; l_n - длина участков лент на угле покоя α_n; qƒ - сила контактного трения между взаимодействующими поверхностями основной и дополнительной тормозных лент; h₁, h₂ - толщина основной и дополнительной тормозных лент; Р_нi, P_вi - силы взаимодействия, возникающие между основной и дополнительной тормозных лент в i-х их сечениях 1-1, 2-2, и т.д.The following conventions are used: R _W , D _W - radius and diameter of the working surface of the brake pulley; r is the radius of the crank of the crankshaft; ω is the angular speed of rotation of the pulley; φ, α are the girth angles of one and all the overlays of the working surface of the brake pulley; S _H1 , S _H2 - tension of the oncoming branches of the main and additional brake bands; F _P - the force exerted by the driller to the brake control lever; q are the compressive forces of the main and additional brake tapes at a girth angle of length l; l ⁼ l _ck1 + l _n + l _ck2 ; l _SK1 , l _SK2 - the lengths of the sections of tapes at the angles of their slip α _SK1 and α _SK2 ; l _n - the length of the sections of tapes at a corner of rest α _n ; qƒ is the force of contact friction between the interacting surfaces of the primary and secondary brake bands; h ₁ , h ₂ - the thickness of the primary and secondary brake bands; P _ni , P _bi - interaction forces that arise between the main and additional brake bands in their i-th sections 1-1, 2-2, etc.

Согласно кинематической схеме (см. фиг.1) фрикционные накладки 3 установлены на тормозных лентах 2, которые одним концом (со стороны сбегающей ветви ленты) прикреплены к балансиру 11, а другим (со стороны набегающей ее ветви) - к мотылевым шейкам 6 и 9 коленчатого вала 10.According to the kinematic scheme (see Fig. 1), the friction linings 3 are mounted on brake bands 2, which are attached to the balancer 11 at one end (from the side of the runaway branch of the belt 11) and to the crank necks 6 and 9 of the other (from the side of the runaway branch of it) crankshaft 10.

Серийные ленточно-колодочные тормоза буровой лебедки работают следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает тормозные ленты 2 с фрикционными накладками 3 и они садятся на тормозные шкивы 4. Процесс торможения ленточно-колодочным тормозом (см. фиг.1) характеризуется следующими стадиями: начальной (первой), промежуточной (второй) и заключительной (третьей). Остановимся на каждой из стадий в отдельности.Serial tape-shoe brakes of a drawworks operate as follows. By moving the handle 1, the crankshaft 10 is rotated, as a result of which the driller tightens the brake belts 2 with friction linings 3 and they sit on the brake pulleys 4. The braking process with a tape-block brake (see figure 1) is characterized by the following stages: initial (first) , intermediate (second) and final (third). Let us dwell on each of the stages separately.

На начальной стадии торможения фрикционные накладки 3, размещенные в средней части тормозной ленты 2, взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного шкива 4. Фронт взаимодействия расширяется в сторону фрикционных накладок 3 набегающей ветви тормозной ленты 2.At the initial stage of braking, the friction linings 3 located in the middle part of the brake belt 2 interact with the working surface of the brake pulley 4. The front of interaction extends towards the friction linings 3 of the running branch of the brake belt 2.

Промежуточная стадия торможения характеризуется дальнейшим распространением фронта взаимодействия в сторону фрикционных накладок 3 сбегающей ветви тормозной ленты 2.The intermediate stage of braking is characterized by a further spread of the interaction front towards the friction linings 3 of the runaway branch of the brake belt 2.

Конечная стадия торможения характеризуется тем, что почти все неподвижные накладки 3 тормозной ленты 2 взаимодействуют с рабочей поверхностью вращающегося шкива 4. Во время притормаживаний последовательность вхождения поверхностей трения в контакт повторяется. Полный цикл торможения завершается остановкой тормозных шкивов 4 с барабаном 5. Управление тормозом буровой лебедки осуществляют также подачей сжатого воздуха через кран 7 бурильщика в пневматический цилиндр 8, шток которого соединен с одной из мотылевых шеек 6 коленчатого вала 10 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре 8 регулируют поворотом крана 7 бурильщика.The final stage of braking is characterized by the fact that almost all the fixed pads 3 of the brake belt 2 interact with the working surface of the rotating pulley 4. During braking, the sequence of friction surfaces coming into contact is repeated. The complete braking cycle is completed by stopping the brake pulleys 4 with the drum 5. The control of the winch brake is also carried out by supplying compressed air through the driller's valve 7 to the pneumatic cylinder 8, the rod of which is connected to one of the crank necks 6 of the crankshaft 10 of the brake. The pressure value of the compressed air in the pneumatic cylinder 8 is regulated by turning the crane 7 of the driller.

При неравномерном изнашивании фрикционных накладок 3, установленных на лентах 2, балансир 11 в момент торможения несколько отклоняется от горизонтального положения и выравнивает нагрузки на сбегающей ветви тормозных лент 2, обеспечивая при этом равномерный и одновременный обхват ими тормозных шкивов 4. Благодаря шаровым шарнирам реализация нагрузок от тормозных лент 2 к балансиру 11 при этом не изменяется.When uneven wear of the friction linings 3 mounted on the belts 2, the balancer 11 at the time of braking slightly deviates from the horizontal position and evens the load on the runaway branch of the brake belts 2, while ensuring uniform and simultaneous grasp of the brake pulleys 4. Thanks to the ball joints, the loads from brake bands 2 to the balancer 11 is not changed.

Наиболее слабым звеном в тормозном узле являются фрикционные накладки. Они изготавливаются в виде отдельных деталей, которые могут крепиться различными способами (например, с помощью планок) относительно гибкой стальной ленты. При установке на ленте накладок с постоянным шагом их количество всегда четное (12; 16; 18; 20; 22; 26).The weakest link in the brake assembly is the friction linings. They are made in the form of individual parts, which can be attached in various ways (for example, using strips) relatively flexible steel tape. When installing overlays on a tape with a constant step, their number is always even (12; 16; 18; 20; 22; 26).

Ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки с многопарными узлами трения содержит составную тормозную ленту, которая состоит из основной 12 и дополнительной 15 тормозных лент. Основные тормозные ленты 12 своими набегающими концами крепятся к мотылевым шейкам 6 и 9 коленчатого вала 10, а набегающие концы дополнительных лент 15 прикреплены к балансиру 11. Основная тормозная лента 12 имеет наружную 13 и внутреннюю 14 поверхности. Дополнительная тормозная лента 15 со своей внутренней поверхностью 16 имеет по бокам продольные пазы 17 одинакового поперечного сечения и длины. Кроме того, по бокам дополнительной тормозной ленты 15 имеются прямоугольные вырезы 18, в которые устанавливается пластмассовый 19 и металлический 20 крепежные элементы. Последние соединяют основную 12 и дополнительную 15 тормозные ленты между собой.The drawbar brake of a drawworks with multi-pair friction units contains a composite brake band, which consists of a main 12 and an additional 15 brake bands. The main brake bands 12 with their running ends are attached to the crank necks 6 and 9 of the crankshaft 10, and the running ends of the additional bands 15 are attached to the balancer 11. The main brake band 12 has an outer 13 and an inner 14 surface. The additional brake tape 15 with its inner surface 16 has longitudinal grooves 17 on the sides of the same cross section and length. In addition, on the sides of the additional brake tape 15 there are rectangular cutouts 18 into which plastic 19 and metal 20 fasteners are mounted. The latter connect the main 12 and an additional 15 brake bands to each other.

По середине каждого из пазов 17 дополнительной ленты 15 заведены выступы крепежных пластин 21, которые армируются проволокой 22 в теле серийных фрикционных накладок 23, имеющих наружную 24 и рабочую 25 поверхности. Крепежные элементы 19 и 20 являются ограничителями при перемещении серийных фрикционных накладок 23 относительно поверхностей составной тормозной ленты.In the middle of each of the grooves 17 of the additional tape 15 are ledges of the mounting plates 21, which are reinforced with wire 22 in the body of serial friction linings 23 having an outer 24 and a working surface 25. The fasteners 19 and 20 are limiters when moving the serial friction linings 23 relative to the surfaces of the composite brake band.

Для размыкания составной тормозной ленты после завершения торможения используются подрессоренные оттяжные устройства 25, которые прикреплены к дополнительной тормозной ленте 15.To open the composite brake belt after braking is complete, sprung release devices 25 are used, which are attached to the additional brake belt 15.

Монтаж составной тормозной ленты производится следующим образом. Со стороны набегающего конца основной тормозной ленты 12 отсоединяется крепежное ушко (на фиг.6 не показано), которое к ней прикреплено с помощью болтового соединения. После чего с помощью запрессовки фрикционных крепежных элементов 19 и 20 соединяют ленты 12 и 15. Потом к дополнительной тормозной ленте 15 с помощью пластин 21 крепятся серийные фрикционные накладки 23. Торец дополнительной тормозной ленты 15 упирается в торец крепежного ушка основной тормозной ленты 12, а торец основной тормозной ленты 12 упирается в торец крепежного ушка дополнительной тормозной ленты 15.Installation of a composite brake tape is as follows. A fastening eye (not shown in FIG. 6) is disconnected from the incident end of the main brake band 12, which is attached to it by means of a bolted connection. Then, by pressing in the friction fasteners 19 and 20, the belts 12 and 15 are connected. Then, serial friction linings 23 are attached to the additional brake band 15 using the plates 21. The end of the additional brake band 15 abuts against the end of the fixing eye of the main brake band 12, and the end the main brake tape 12 abuts against the end face of the mounting eye of the additional brake tape 15.

Таким образом, в составной тормозной ленте реализован принцип разгрузки основной тормозной ленты 12 за счет устранения с ее тела концентраторов напряжений (отверстий: под заклепки для крепления распорных планок для накладок; для крепления колец подрессоренных оттяжных устройств; продольных пазов под крепежные планки накладок). При этом увеличивается общая деформация набегающих ветвей основной 12 и дополнительной 15 тормозных лент и, как следствие, будет S_H1-S_H2 больше, т.е. сила трения на взаимодействующих поверхностях и создаваемый тормозной момент. При этом обеспечивается хорошая податливость основной тормозной ленты 12 при регламентируемом коэффициенте запаса прочности.Thus, the principle of unloading the main brake tape 12 is implemented in a composite brake belt by eliminating stress concentrators from its body (holes: for rivets for attaching spacer bars for linings; for attaching rings of sprung pull-out devices; longitudinal grooves for mounting plates of linings). At the same time, the total deformation of the incident branches of the main 12 and additional 15 brake bands increases and, as a result, S _H1 -S _{H2 is} greater, i.e. friction force on interacting surfaces and created braking torque. This ensures good compliance of the main brake tape 12 with a regulated safety factor.

Дополнительная тормозная лента 15 обеспечивает крепление серийных фрикционных накладок 23, а также зазор между парами трения «накладка - шкив» за счет крепления к ней подрессоренного оттяжного устройства 26.An additional brake tape 15 provides fastening of the serial friction linings 23, as well as the gap between the friction pairs "lining - pulley" by attaching to it a sprung pull-out device 26.

Составная тормозная лента несет только весовую нагрузку от серийных фрикционных накладок 23. При этом необходимо учитывать тот факт, что толщина составной тормозной ленты не превышает толщины серийной тормозной ленты.The compound brake band carries only the weight load from the serial friction linings 23. It must be borne in mind that the thickness of the compound brake band does not exceed the thickness of the serial brake band.

В процессе работы ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки с многопарными узлами трения имеем следующие зоны взаимодействия: «наружная поверхность дополнительной тормозной ленты 15 - поверхность фрикционных крепежных элементов 19»; «внутренняя поверхность 16 дополнительной тормозной ленты 15 - наружная поверхность 13 основной тормозной ленты 12»; «внутренняя поверхность 14 основной тормозной ленты 12 - поверхности фрикционных крепежных элементов 19»; «внутренняя поверхность 14 основной тормозной ленты 12 - наружная поверхность 24 фрикционной накладки 23»; «рабочие поверхности 25 фрикционных накладок 23 - рабочая поверхность тормозного шкива 4».In the process of operating the drawbar brake of a drawworks with multi-pair friction units, we have the following interaction zones: “the outer surface of the additional brake tape 15 is the surface of the friction fasteners 19”; "The inner surface 16 of the additional brake tape 15 - the outer surface 13 of the main brake tape 12"; "The inner surface 14 of the main brake tape 12 - the surface of the friction fasteners 19"; "The inner surface 14 of the main brake tape 12 is the outer surface 24 of the friction lining 23"; "The working surface 25 of the friction linings 23 - the working surface of the brake pulley 4".

Условием работоспособности в образующихся парах трения благодаря почти неподвижности серийных фрикционных накладок 23 является следующее. Динамические коэффициенты трения скольжения во фрикционных узлах: «рабочая поверхность тормозного шкива 4 - рабочие поверхности 25 накладок 23»; «внутренняя поверхность 14 основной тормозной ленты 12 - наружные поверхности 24 накладок 23» должны быть одинаковыми. Для этого чистота наружной 13 и внутренней 14 поверхностей основной тормозной ленты 12 должна быть такой же, как и чистота рабочей поверхности тормозного шкива 4. Кроме того, наружные поверхности 24 накладок 23 должны быть механически обработаны так, чтобы микрогеометрия была одинакова с микрогеометрией их рабочих поверхностей 25. Что касается контактного трения между наружной поверхностью 13 основной тормозной ленты 12 и внутренней поверхностью 16 дополнительной тормозной ленты 15, то здесь важно отметить следующее. Согласно фиг.7 при замыкании тормоза в пределах зон скольжения возникает смещение тормозных лент, т.е. основной 12 относительно дополнительной 15 в связи с тем, что S_H1/S_H2≥1,0, которое соизмеримо с деформациями растяжения тормозных лент. Условно назовем его предварительным смещением второго рода. Между зонами скольжения l_ск расположена зона полного покоя l_n, в пределах которой основная 12 и дополнительная 15 ленты одинаково растянуты и совершенно не смещаются, что справедливо при h₁>h₂. При предварительном смещении второго рода длина зон упругого смещения l_ск1 и l_ск2 зависит от силы натяжения S_H1, сил контактного трения между наружной поверхностью 13 основной тормозной лентой 12 и внутренней поверхностью 16 дополнительной тормозной лентой 15, а также от соотношения жесткости упругих основной и дополнительных тормозных лент. Обозначим жесткость основной тормозной ленты 12 - c_н, а дополнительной 15 - c_в.The condition for operability in the resulting friction pairs due to the almost immobility of the serial friction linings 23 is as follows. Dynamic coefficients of sliding friction in friction units: "working surface of the brake pulley 4 - working surfaces 25 of the pads 23";"The inner surface 14 of the main brake tape 12 - the outer surface 24 of the linings 23" should be the same. For this, the cleanliness of the outer 13 and inner 14 surfaces of the main brake band 12 should be the same as the cleanliness of the working surface of the brake pulley 4. In addition, the outer surfaces 24 of the linings 23 must be machined so that the microgeometry is the same with the microgeometry of their working surfaces 25. With regard to contact friction between the outer surface 13 of the main brake band 12 and the inner surface 16 of the additional brake band 15, it is important to note the following. According to Fig. 7, when the brake closes within the sliding zones, the brake bands shift, i.e. the main 12 relative to the additional 15 due to the fact that S _H1 / S _H2 ≥1.0, which is comparable with the tensile strain of the brake bands. Conventionally, we call it a preliminary displacement of the second kind. Between the slip zones l _{SK there} is a zone of complete rest l _n , within which the main 12 and additional 15 ribbons are equally stretched and completely not shifted, which is true for h ₁ > h ₂ . With a preliminary displacement of the second kind, the length of the elastic displacement zones l _sk1 and l _sk2 depends on the tension force S _H1 , the forces of contact friction between the outer surface 13 of the main brake tape 12 and the inner surface 16 of the additional brake tape 15, as well as the ratio of the stiffness of the elastic primary and secondary brake tapes. Denote stiffness main brake band 12 - c _n, and further 15 - c _a.

Из условия равновесия лент шириной b в пределах нижней зоны скольжения l_ск1 следуетFrom the condition of equilibrium of tapes of width b within the lower slip zone l _sk1 follows

$$\begin{array}{l}{P}_{н}{}_2=S_{H1}-qƒl_{ск1}b;\\ P_{в}{}_2=qƒl_{ск1}b;\end{array}\}(1)$$

$$\begin{array}{l}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="P\; n"\; filenames="00000016.png,00000021.png"\; state="\{\{state\}\}">P\; </figure-callout>}}_n{}_2=S_{H\mathrm{one}}-qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b;\\ P_{\mathrm{at}}{}_2=qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b;\end{array}\}(\mathrm{one})$$

Из системы уравнений (1) получимFrom the system of equations (1) we obtain

$$\frac{{Р}_{н2}}{{Р}_{в2}}=\frac{S_{H1}-qƒl_{ск1}b}{qƒl_{ск1}b}.(2)$$

$$\frac{R_{n2}}{R_{\mathrm{at}2}}=\frac{S_{H\mathrm{one}}-qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b}{qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b}.(2)$$

Перемещение лент и их удлинение и в сечении 2-2 будут одинаковыми, так как это сечение расположено в начале зоны покоя l_n. ТогдаThe movement of the tapes and their elongation in section 2-2 will be the same, since this section is located at the beginning of the rest zone l _n . Then

$$P_{н2}={с}_{н}u;{Р}_{в2}={с}_{в}u.(3)$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="P\; n"\; filenames="00000016.png,00000021.png"\; state="\{\{state\}\}">P\; </figure-callout>}}_n={\mathrm{from}}_{n}u;R_{\mathrm{at}2}={\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}u.(3)$$

Из уравнений (3) следуетFrom equations (3) it follows

$$\frac{P_{н2}}{{Р}_{в2}}=\frac{{с}_{н}}{{с}_{в}}.(4)$$

$$\frac{P_{n2}}{R_{\mathrm{at}2}}=\frac{{\mathrm{from}}_n}{{\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}}.(\mathrm{four})$$

Из соотношений (2) и (4) запишемFrom relations (2) and (4) we write

$$\frac{{с}_{н}}{{с}_{в}}=\frac{S_{H1}-qƒl_{ск1}b}{qƒl_{ск1}b},(5)$$

$$\frac{{\mathrm{from}}_n}{{\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}}=\frac{S_{H\mathrm{one}}-qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b}{qƒl_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}b},(5)$$

и после преобразований получимand after the transformations we get

$$l_{ск1}=\frac{S_{H1}}{qƒb\left(1+\frac{c_{н}}{{с}_{в}}\right)}.(6)$$

$$l_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}=\frac{S_{H\mathrm{one}}}{qƒb\left(\mathrm{one}+\frac{c_n}{{\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}}\right)}.(6)$$

Длина верхней зоны скольжения по аналогии с (6) составитThe length of the upper slip zone, by analogy with (6), will be

$$l_{ск2}=\frac{S_{H1}/n}{qƒb\left(1+\frac{c_{в}}{{с}_{н}}\right)},(7)$$

$$l_{\mathrm{from}\mathrm{to}2}=\frac{S_{H\mathrm{one}}/n}{qƒb\left(\mathrm{one}+\frac{c_{\mathrm{at}}}{{\mathrm{from}}_n}\right)},(7)$$

где n - число, указывающие на то, во сколько раз S_H1 больше S_H2. Для ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок n=4-5.where n is a number indicating how many times S _{H1 is} greater than S _H2 . For tape and shoe brakes of drawworks n = 4-5.

Из (6) и (7) имеемFrom (6) and (7) we have

$$qƒb\left(l_{ск1}+l_{ск2}\right)=\frac{S_{H1}}{1+\frac{{с}_{н}}{{с}_{в}}}+\frac{S_{H1}/n}{1+\frac{{с}_{в}}{{с}_{н}}}.(8)$$

$$qƒb\left(l_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}+l_{\mathrm{from}\mathrm{to}2}\right)=\frac{S_{H\mathrm{one}}}{\mathrm{one}+\frac{{\mathrm{from}}_n}{{\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}}}+\frac{S_{H\mathrm{one}}/n}{\mathrm{one}+\frac{{\mathrm{from}}_{\mathrm{at}}}{{\mathrm{from}}_n}}.(8)$$

При любых значениях с_н и с_в из уравнения (8) получимFor any values of c _n and c _in from equation (8) we obtain

$$S_{H1}=qƒb\left(l_{ск1}+l_{ск2}\right).(9)$$

$$S_{H\mathrm{one}}=qƒb\left(l_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}+l_{\mathrm{from}\mathrm{to}2}\right).(9)$$

Из зависимости (9) видно, что в рассматриваемой физической модели сила натяжения S_H1 набегающей ветви основной тормозной ленты 12 целиком реализуется в пределах зон упругого скольжения. Зависимости (8) и (9) также указывают на то, что чем больше сила натяжения S_H1, тем больше будут зоны скольжения l_ск1 и l_ск2, и чем больше силы контактного трения qƒb, тем меньше l_ск1 и l_ск2. Чем больше жесткость (с_н) основной тормозной ленты 12 по сравнению с жесткостью (c_в) дополнительной тормозной ленты 15, тем меньше зона l_ск1 и больше зона l_ск2, и наоборот, при малой жесткости основной ленты 12 по сравнению с дополнительной лентой 15 зона l_ск1 больше зоны l_ск2, но всегда сохраняется зависимость (9). Например, при с_н/с_в=0,5 из зависимости (8) получаемFrom dependence (9) it can be seen that in the considered physical model, the tension force S _{H1 of the} incident branch of the main brake belt 12 is entirely realized within the elastic slip zones. Dependencies (8) and (9) also indicate that the greater the tension force S _H1 , the greater the slip zones l _sk1 and l _sk2 , and the greater the contact friction force qƒb, the less l _sk1 and l _sk2 . The greater the stiffness (s _n ) of the main brake tape 12 compared with the stiffness (c _in ) of the additional brake tape 15, the smaller the area l _ck1 and the larger the area l _ck2 , and vice versa, with a low stiffness of the main tape 12 compared to the additional tape 15 zone l _{sk1 is} larger than zone l _sk2 , but dependence (9) always remains. For example, with s _n / s _b = 0.5, from dependence (8) we obtain

$$qƒb\left(l_{ск1}+l_{ск2}\right)=\frac{S_{H1}}{1+0.5}+\frac{S_{H1}}{4\left(1+2\right)}=0.75S_{H1}.(10)$$

$$qƒb\left(l_{\mathrm{from}\mathrm{to}\mathrm{one}}+l_{\mathrm{from}\mathrm{to}2}\right)=\frac{S_{H\mathrm{one}}}{\mathrm{one}+0.5}+\frac{S_{H\mathrm{one}}}{\mathrm{four}\left(\mathrm{one}+2\right)}=0.75S_{H\mathrm{one}}.(10)$$

Следовательно, в пределах зоны покоя l_n обе ленты передают усилия натяжения S_H1 и S_H2, отвечающие их жесткостям, не смещаясь. В верхней зоне скольжения l_ск2 под влиянием силы натяжения (S_H2) дополнительной ленты 15 происходит ее растяжение, а основная лента 12 ослабевает за счет сил контактного трения. При равенстве жесткостей основной 12 и дополнительной 15 лент с_н=с_в из зависимостей (6) и (7) следует, что l_ск1=l_ск2, что для тонких лент подтверждается экспериментально. Если увеличить силу набегающей ветви (S_H1) основной тормозной ленты 12 до q $$ƒ$$

bl, то упругое проскальзывание в зонах l_ск1 и l_ск2 плавно перейдет в общее жесткое скольжение по всей длине b, и поэтому при предварительном смещении второго рода статический коэффициент трения покоя практически равен динамическому коэффициенту трения скольжения $$ƒ$$

_n= $$ƒ$$

_d. Это объясняется тем, что в момент плавного перехода основной тормозной ленты 12 к жесткому скольжению почти отсутствует запас силы контактного трения.Therefore, within the quiescent zone l _n, both tapes transmit the tensile forces S _H1 and S _H2 corresponding to their stiffnesses without being displaced. In the upper slip zone l _SK2 under the influence of the _tensile force (S _H2 ) of the additional tape 15, it stretches, and the main tape 12 weakens due to contact friction forces. If the stiffnesses are equal to the main 12 and the additional 15 tapes with _n = c _in , it follows from dependences (6) and (7) that l _ck1 = l _ck2 , which is confirmed experimentally for thin ribbons. If you increase the force of the oncoming branch (S _H1 ) of the main brake tape 12 to q $$ƒ$$

bl, then the elastic slippage in the zones l _sk1 and l _sk2 smoothly _transforms into general hard slip along the entire length b, and therefore, with a preliminary displacement of the second kind, the static static friction coefficient is practically equal to the dynamic sliding friction coefficient $$ƒ$$

_n = $$ƒ$$

_d . This is because at the time of the smooth transition of the main brake band 12 to hard slip, there is almost no margin of contact friction.

Отсюда очевидно, что причиной возникновения предварительного смещения второго рода являются деформации растяжения во взаимодействующих основной 12 и дополнительной 15 упругих тормозных лентах, связанных контактным трением, что является его первой отличительной чертой; второй отличительной чертой является то, что предварительное смещение происходит при подвижном контакте трения, сопровождаясь упругими смещениями, которые соответствуют деформациям растяжения материалов лент 12 и 15, и, в-третьих, переход к жесткому скольжению происходит плавно и не сопровождается заметным изменением величины динамического коэффициента трения.Hence, it is obvious that the cause of the preliminary displacement of the second kind is tensile strain in the interacting main 12 and additional 15 elastic brake bands connected by contact friction, which is its first distinguishing feature; the second distinctive feature is that the preliminary displacement occurs when the friction contact is moving, accompanied by elastic displacements that correspond to tensile strains of the materials of the belts 12 and 15, and, thirdly, the transition to hard sliding occurs smoothly and is not accompanied by a noticeable change in the value of the dynamic coefficient of friction .

Ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки с многопарными узлами трения работает следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает основные 12 и дополнительные 15 тормозные ленты, и происходит замыкание тормоза. При этом растяжением (S_H1 и S_H2) набегающих ветвей основной 12 и дополнительной 15 тормозных лент преодолевают сопротивление взаимодействия поверхностей фрикционных крепежных элементов 19 с боковыми наружными поверхностями дополнительной тормозной ленты 15 и боковыми внутренними поверхностями 14 основной тормозной ленты 12. После чего происходит контактное трение между внутренней поверхностью 16 дополнительной тормозной ленты 15 и наружной поверхностью 13 основной тормозной ленты 12, направленное на уменьшение разности сил натяжений участков лент 12 и 15, и, как следствие, уменьшение скачков удельных нагрузок в парах трения «рабочие поверхности 25 фрикционных накладок 23 - рабочая поверхность тормозного шкива 4».Band brake shoe winch with multi-pair friction units operates as follows. By moving the handle 1, the crankshaft 10 is rotated, as a result of which the driller tightens the main 12 and additional 15 brake bands, and the brake closes. In this case, by stretching (S _H1 and S _H2 ) of the oncoming branches of the main 12 and additional 15 brake bands, the resistance of the interaction of the surfaces of the friction fasteners 19 with the lateral outer surfaces of the additional brake band 15 and the side inner surfaces 14 of the main brake band 12 is overcome. between the inner surface 16 of the additional brake band 15 and the outer surface 13 of the main brake band 12, aimed at reducing the difference in tension forces sections belts 12 and 15, and, as a result, a decrease in jumps in specific loads in the friction pairs “working surfaces 25 of the friction linings 23 - the working surface of the brake pulley 4”.

При этом за счет податливости основной тормозной ленты 12 происходит взаимодействие ее внутренней поверхности 14 с наружными поверхностями 24 фрикционных накладок 23, что приводит к возникновению силы трения покоя F_n. Наибольшей эффективностью обладают пары трения «рабочие поверхности 25 фрикционных накладок 23 - рабочая поверхность тормозного шкива 4», способствующие возникновению силы трения F_T, основным слагаемым которой является динамический коэффициент трения скольжения ( $$ƒ$$

_c).In this case, due to the flexibility of the main brake tape 12, its inner surface 14 interacts with the outer surfaces 24 of the friction linings 23, which leads to the occurrence of static friction force F _n . The friction pairs “working surfaces 25 of the friction linings 23 - the working surface of the brake pulley 4” have the greatest efficiency, contributing to the emergence of the friction force F _T , the main component of which is the dynamic coefficient of sliding friction ( $$ƒ$$

_c )

В какой-то момент времени торможения с увеличением прикладываемого усилия к рычагу управления 1 суммарные силы F_T и F_n приведут к остановке тормозного барабана 5 буровой лебедки. В дальнейшем стадии торможения ленточно-колодочным тормозом буровой лебедки с многопарными узлами трения повторяются.At some point in time of braking with increasing applied force to the control lever 1, the total forces F _T and F _n will cause the brake drum 5 of the drawworks to stop. In the further stages of braking with a tape-shoe brake of a drawworks with multi-pair friction units, they are repeated.

Таким образом, за счет использования составной тормозной ленты, состоящей из основной и дополнительной в ленточно-колодочном тормозе буровой лебедки, реализован принцип двух набегающих ветвей основной и дополнительной тормозных лент, а также дополнительных пар трения между: поверхностями крепежных фрикционных элементов и лент; поверхностями лент; внутренней поверхностью основной ленты и нерабочими поверхностями фрикционных накладок, что существенно снижает неравномерность распределения удельных нагрузок в парах трения «накладка - шкив» и повышает эффективность фрикционных узлов тормоза за счет пар трения «внутренняя поверхность основной ленты - нерабочая поверхность фрикционных накладок».Thus, through the use of a composite brake band consisting of the main and additional in the drawbar brake of the drawworks, the principle of two oncoming branches of the main and additional brake bands, as well as additional friction pairs between: the surfaces of the fastening friction elements and belts; tape surfaces; the inner surface of the main belt and the non-working surfaces of the friction linings, which significantly reduces the uneven distribution of specific loads in the friction pairs "lining - pulley" and increases the efficiency of the friction brake assemblies due to friction pairs "the inner surface of the main belt is the idle surface of the friction linings".

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР 576455 A1, F15d 49/08 от 15.10.1977 г. (аналог).1. A.S. USSR 576455 A1, F15d 49/08 from 10/15/1977 (analog).

2. Патент России 2263832 С2, МПК⁷ F16D 49/08 от 10.11.2005 г. (прототип).2. Russian patent 2263832 C2, IPC ⁷ F16D 49/08 from 10.11.2005, (prototype).

Claims (1)

Ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки с многопарными узлами трения, содержащий тормозной шкив на валу и дополнительную тормозную ленту с установленными на ней фрикционными накладками, а также под ней расположенную основную тормозную ленту и привод управления тормозом, отличающийся тем, что дополнительная тормозная лента с помощью фрикционных крепежных элементов с поверхностями трения прикреплена к основной тормозной ленте, а их набегающие концы прикреплены соответственно к балансиру и к мотылевым шейкам коленчатого вала и при этом в процессе торможения за счет растяжения тормозных лент и возникновения между их поверхностями контактного взаимодействия на углах скольжения со стороны набегающих концов основной и дополнительной тормозных лент контактных сил трения, вызывающих снижение разностей сил натяжения участков тормозных лент, что способствует уменьшению неравномерности распределения удельных нагрузок в парах трения «накладка - шкив», а также за счет огибания внутренней поверхностью основной тормозной ленты нерабочих поверхностей фрикционных накладок, что ведет к возникновению дополнительной силы трения покоя. Winch belt brake with multi-pair friction units, comprising a brake pulley on the shaft and an additional brake belt with friction linings mounted on it, as well as a main brake belt and a brake control drive located under it, characterized in that the additional brake belt using friction fasteners with friction surfaces are attached to the main brake belt, and their running ends are attached respectively to the balancer and to the crank neck of the crankshaft and when during braking due to stretching of the brake bands and the occurrence of contact interaction between their surfaces on the sliding angles of the running ends of the main and additional brake bands of the contact friction forces, which cause a decrease in the differences in the tension forces of the sections of brake bands, which helps to reduce the uneven distribution of specific loads in pairs friction “lining - pulley”, as well as due to the bending around the inner surface of the main brake belt of non-working surfaces of the friction lining Which leads to an additional force of static friction.

Images