Виконавчі механізми системи пневматичного управління
Для всіх бурових установок загальними виконавчими механізмами системи пневматичного керування служать шино-пневматичні муфти декількох типорозмірів, пневматичні циліндри односторонньої дії, пневматичні циліндри двосторонньої дії.
Шино-пневматичні муфти
Шино-пневматичні муфти призначені для передачі крутного моменту і можуть бути трьох типів: обтискного, розтискного, осьового.
До переваг найбільш використовуваних шинно-пневматичних муфт обтискного типу необхідно віднести:
можливість включення на ходу;
плавне включення чи виключення при поступовому підвищенні чи пониженні тиску в балоні муфти;
можливість регулювання максимального крутного моменту, що передається;
більше, ніж у фрикційних муфт інших конструкцій, осьове зміщення валів;
успішна робота в умовах сирості і при попаданні води на поверхню тертя;
звукоізолюючі властивості;
можливість перекосу і радіального зміщення валів, що з’єднуються;
самопідтягування муфти по мірі зносу фрикційних елементів;
дистанційне управління;
низька вартість.
Недоліки обтискних шино-пневматичних муфт наступні:
пониження крутного моменту, що передається, при попаданні змащувальних матеріалів на поверхню тертя;
зменшений температурний інтервал працездатності;
поступове старіння матеріалу балону і необхідність періодичної заміни муфти;
неможливість сигналізації в балоні, якщо порожнина муфти роз’єднується з повітряною магістраллю.
Таблиця 19.1 – Типорозмір шино-пневматичних муфт
| Типорозмір муфти** | Максимальний момент зщеплення* , кН×м | Гранична частота обертання ,об/хв. | Найбільша частота включень в 1 г. | Об’єм камери балону, дм1 | Маса (без шківу), кг |
| МШ 300х100 | 1,7 | ||||
| МШ 500х125 | 7,5 | ||||
| МШ 600х200 | 15,0 | ||||
| МШ 700х200 | 23,0 | ||||
| МШ 900х200 | 35,0 | ||||
| МШ 1070х200 | 46,0 |
Шинно-пневматична муфта (рис.19.5) складається з сталевого ободу 1, гумового балону 4, ніпеля 3 з гайкою 2 і металевих колодок 6, що обліцовані фрикційними накладками 7.
Балон представляє собою гумотканеву кільцеву камеру овального перерізу і складається з внутрішньої еластичної гумової камери 10, основне призначення якої утримувати в порожнині муфти стиснуте повітря, багатошарові обкладки 9 з міцної прогумованої тканини (корда) і зовнішніх шарів гуми 8, а ніпель привулканізований до внутрішньої камери 10. До зовнішньої циліндричної поверхні балону на рівних відстанях одна від одної привулканізовані металічні планки 11, що мають різьбові отвори. Балон 4 кріпиться в ободі 1 за допомогою болтів 12, вгвинчуваних в планки 11, які повинні мати достатню міцність і надійно з’єднуватись з гумою балону. Колодки 6 закріплені на внутрішній поверхні балону за допомогою гладких шпильок 5, що проходять через отвори в протекторній гумі балону. Шпильки попарно прошплінтовані проволокою. Фрикційні накладки зроблені в вигляді стрічки з азбестової тканини, пропитані банелитом і приклеєні до сталевих колодок. Болти, що проходять в отвори реборди ободу, з’єднують шино-пневматичну муфту з диском, ступиця якого посаджена на один зі з’єднувальних валів.
Болти, що кріплять балон до сталевого ободу, центрують його відносно ободу гальмівного шківа і забезпечують рівномірний зазор по усьому кругу між гальмівними колодками і ободом гальмівного шківа.
Рисунок 19.5 – Шинно-пневматичні муфти:
1-сталевий обід ; 2- гайка; 3-ніпель; 4-гумовий балон; 5-шпилька;
6-металічна колодка; 7- фрикційні накладки; 8-зовнішній шар гуми;
9- багатошарова обкладка; 10-внутрішня камера; 11-металічні планки; 12-болт
Осьові шинно-пневматичні муфти – дискові пневмокамерні муфти з фрикційними дисками, які відрізняються від муфт обтискного типу здатністю передавати більші крутні моменти при тих же габаритних розмірах за рахунок використання декількох дисків тертя і відсутністю дії відцентрових сил на величину моменту, що передається. До основних недоліків цих муфт відносяться:
складність конструкції;
більша маса;
значне збільшення працемісткості на виготовлення;
необхідність заміни гумової камери;
складність проведення ремонту;
ускладнений відвід тепла.
Пневматичні циліндри односторонньої дії
В лебідках бурових установок застосовують стрічкове гальмо. Гальмування може здійснюватися м’язовим зусиллям робітника через гальмівний важіль, закріплений на колінчатому валу гальма, а також за допомогою пневматичного гальмівного циліндру.
Використання пневматичного гальмівного циліндру як приводу стрічкового гальма полегшує працю бурильників, підвищує ступінь надійності гальма і скорочує цикл спуско-підіймальних операцій. Значення пневматичного гальмування особливо підвищується зі збільшенням глибини свердловини.
Конструкція пневматичних гальмівних циліндрів дозволяє застосувати незалежне і одночасне гальмування за допомогою стиснутого повітря і дії робітника на гальмівний важіль. Плавне гальмування барабану досягається поступовим збільшенням тиску повітря в пневматичному циліндрі. Для керування подачею повітря в гальмівний пневматичний циліндр використовують кран машиніста Казанцева.
Пневматичний гальмівний циліндр (рис.19.6 а) встановлений на стійці 8, яка кріпиться до рами лебідки. В положенні, показаному на рисунку, гальмо розгальмоване, в пневматичному циліндрі немає тиску стиснутого повітря, а поршень 1 переміщений пружиною 4, встановлений в верхній торцевій кришці 3, в крайнє положення до нижньої торцевої кришки пневмоциліндру 2. Якщо бурильник поверне гальмівний вал 7, не застосовуючи допомоги пневматичних циліндрів, то разом з валом повернеться важіль 6 і переміститься з’єднаний з ним віссю шток 5, не пов’язаний з поршнем.
При подачі стиснутого повітря в циліндр через отвір в торцевій кришці пневмоциліндра поршень 1, переміщуючись, натискує гумовим буфером 9 на кульову головку штоку і провертає гальмівний вал стрічкового гальма.
Пневматичний циліндр пружинний (рис. 19.6 б) складається з пневматичного циліндру 7, в якому переміщується поршень 6, з’єднаний зі штоком 1, циліндра 3, в який з торця вварена кришка 8 з запресованою втулкою 9, що є опорою для штоку. В циліндрі 3 розміщується комплект пружин 10, які упираються через опорну шайбу 5 в поршень 6 і кришку 8. Шток має прокольний проріз А для з’єднання з важелем, закріпленим на колінчатому валу стрічкового гальма. Пневматичний циліндр шарнірно за допомогою валика 11 закріплений на стійці 12, привареної до рами лебідки.
В процесі нормальної роботи лебідки повітря поступає через отвір В в порожнину пневмоциліндру Б, заставляє поршень переміститися в крайнє положення (хід 170мм) і стискає комплект пружин. Проріз А дозволяє переміщуватися важелю, закріпленому на гальмівному валу, в межах оперативного гальмування, при цьому весь гальмівний циліндр декілька раз провертається на валику 11. При аварійному стані повітря з порожнини Б випускається, пружина 10, розпрямляючись, переміщує шток, який в свою чергу переміщує важіль, закріплений на валу стрічкового гальма, і виконує гальмування.
Рисунок 19.6 - Пневматичний гальмівний циліндр односторонньої дії:
а-звичайний;1-порщень;2-кришка пневмоциліндра; 3-верхня торцева кришка; 4-пружина; 5 –шток; 6-важіль; 7-гальмівний вал;
б - пружинний: 1-шток; 2-пружина; 3- циліндр; 4-шпилька; 5-опорна шайба; 6-поршень; 7-пневматичний циліндр; 8-кришка; 9-втулка; 10-комплект пружин;11- валик; 12 - стійка
Повітря в порожнині Б випускається через дросельну шайбу, тому загальмовування виконується плавно, не створюючи в деталях гальмівної системи недопустимих перевантажень.
При необхідності відключення дії пружини (при ремонтних роботах) після переміщення поршня в крайнє праве положення в шток вставляють гальмівний валик 2. Навантаження на штоку при переміщенні в крайнє ліве положення складає 26,3 кН. Для стиснення пружин необхідний тиск в пневмоциліндрі 0,6 МПа, що створюється стяжними болтами.
Пневматичні циліндри подвійної дії
Для розкріплення замків бурильних труб використовують пневморозкріплювачі, основна деталь яких – пневматичний циліндр (рис. 19.7), до штоку якого прикріплений канат, що з‘єднується з ключем для розкріплення труб.
Рисунок 19.7 – Пневматичний циліндр пневморозкріплювача:
1- циліндр; 2, 3 - манжети
Стиснуте повітря в пневматичний циліндр подається через канали для підведення повітря а і б в торцевих кришках. Якщо стиснуте повітря підводять в ліву порожнину пневмоциліндру, то права порожнина автоматично через кран сполучається з атмосферою. Під дією стиснутого повітря поршень прямує зайняти крайнє положення, однак повітря, що знаходиться в циліндрі по довгому трубопроводу від пневмоциліндру до крану виходить поступово, створюючи в циліндрі демпфер, який запобігає поршень від ударів в гальмівній кришці.
В лебідці ЛБУ-1200 бурових установок Уралмаш 3Д і Уралмаш 4Э циліндр пневморозкріплювача діаметром 360 мм закріплений в горизонтальному положенні на вертикальних стійках шарнірної рами лебідки.
В лебідці У2-300 бурових установок типу Уралмаш 300 для фіксації барабану лебідки стрічковим гальмом (після гальмування електродвигуном) застосовують пневматичний циліндр (рис.19.7) діаметром 250 мм. Шток 4 пневмоциліндру з’єднаний з важелем, закріпленим на колінчатому валу стрічкового гальма. Поршень пневмоциліндру має хід 15 мм. В торці правої циліндрової кришки є отвір А для підведення стиснутого повітря в порожнину В.
З лівої сторони закріплений малий циліндр 1, в який при гальмуванні входить хвостовик 2 штоку 4. В лівій торцевій кришці є отвір Г, постійно сполучений з атмосферою. Отвір Б трубопроводом сполучається постійно і безпосередньо з основним повітропроводом, а отвір А – зі спеціальним краном керування. При подачі тиску в порожнину В зі штоком переміщуються і загальмовують барабан. Хвостовик 2 при цьому входить в порожнину циліндра 1, що знаходиться завжди під тиском, що хоче повернути шток і поршень в початкове положення, тобто виконати розгальмування. Кран керування дозволяє регулювати тиск в порожнині В і тим самим визначити швидкість і силу гальмування. Завдяки цьому гальмування (фіксація) може проходити швидко, не створюючи при цьому недопустимих навантажень на деталі гальма.
Рисунок 19.8 –Пневматичний гальмівний циліндр бурової лебідки У300:
1-циліндр; 2-хвостовик; 3-цапфа; 4-шток.
Пневмоциліндр має цапфи 3, встановлені на підшипниках, в результаті чого циліндр може качатися, забезпечуючи нормальні умови для роботи важільної системи поршня і штоку без заїдань і перекосів.
Робоче навантаження на штоку при тиску в циліндрі 4,5 МПа складає 1,5 кН, зворотна сила на штоку при тиску в малому циліндрі 0,8 МПа – 0,3 кН.