Ленточно-колодочный тормоз с "тепловыми мостиками" в ободе шкива



Ленточно-колодочный тормоз с тепловыми мостиками в ободе шкива
Ленточно-колодочный тормоз с тепловыми мостиками в ободе шкива
Ленточно-колодочный тормоз с тепловыми мостиками в ободе шкива

 


Владельцы патента RU 2561646:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Ленточно-колодочный тормоз с «тепловыми мостиками» в ободе шкива содержит теплоотводящие узлы для снижения температурных градиентов, расположенные в ободе составного тормозного шкива и тормозную ленту с фрикционными накладками. Узлы с «тепловыми мостиками» выполнены в виде системы тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец, простирающихся через всю толщину обода шкива. Между узлами расположены энергоемкие цилиндрические кольца с различными диаметрами, которые и составляют слои обода шкива, которые разделены между собой цилиндрическими теплоизоляционными кольцами. Достигается повышение теплоустойчивости пар трения ленточно-колодочного тормоза и повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет снижения температурных градиентов в их элементах путем целенаправленного кондуктивного охлаждения с применением «тепловых мостиков» в ободе шкива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.

Известна система для охлаждения ленточно-колодочного тормоза, в которой узлы выполнены в виде термобатарей, термоэлементы которых состоят из графитовых колец и металлических дисков со сквозными отверстиями на боковых поверхностях, через которые они надеваются на теплоизолированные цилиндрические штыри, завинченные в тело одной из реборд, а вторая реборда при этом крепится к цилиндрическим штырям с помощью гаек, стягивая таким образом систему колец, образующих обод шкива [патент на изобретение RU 2268418, F16D 65/813, 2006, Б.И. №02 [аналог]]. Однако данная система обладает инерционностью и не обеспечивает снижение температурных градиентов обода шкива как на его рабочей поверхности? так и по толщине.

Известен ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки, в котором при спуске колонны бурильных труб в скважину, в процессе торможения на поверхностях его металлополимерных пар трения развиваются температуры, которые достигают 800°C и более [Джанахмедов А.Х. Нефтяная трибология / А.Х. Джанахмедов. - Баку: Элм, 2003. - С. 38 [прототип]]. Указанная энергонагруженность влияет на износо-фрикционные свойства металлополимерных пар трения тормоза и, как следствие, на эффективность. Возникающие при этом градиенты температуры в ободе тормозного шкива из-за его неравномерного прогрева существенно влияют на долговечность элементов трения.

Задача изобретения - повышение теплоустойчивости пар трения ленточно-колодочного тормоза.

Технический результат изобретения - повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет снижения температурных градиентов в их элементах путем целенаправленного кондуктивного охлаждения с применением «тепловых мостиков» в ободе шкива.

Технический результат достигается тем, что для снижения температурных градиентов в ободе тормозного шкива выполнены теплоотводящие узлы в виде «тепловых мостиков», представляющих собой системы тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец, простирающихся через всю толщину обода шкива, между которыми расположены энергоемкие цилиндрические кольца с различными диаметрами, которые и составляют слои обода шкива, разделены между собой цилиндрическими теплоизоляционными кольцами. При этом материалы тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец имеют по величине самый высокий коэффициент теплопроводности, нежели материалы слоев обода шкива, теплопроводность которых увеличивается от верхнего к нижнему слою, обеспечивая тем самым сток генерируемой теплоты кондуктивным теплообменом к нижнему слою обода шкива в процессе электротермомеханического трения фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:

- с увеличением энергонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза наблюдается повышение эффективности кондуктивного охлаждения за счет разных величин коэффициентов теплопроводности материалов цилиндрических колец, составляющих слои обода, которые разделены теплоизоляционными кольцами;

- возможность использования для отвода теплоты от пар трения тормоза радиальных теплопроводных колец, которые пронизывают слои обода, обеспечивая продольный подвод теплоты к ним и, как следствие, достигается снижение температурных градиентов за счет равномерного прогрева системы энергоемких теплопроводных колец, из которых составлен обод шкива;

- достигается разъединение множества вертикальных тепловых токов и переориентация их в горизонтальные тепловые токи с ускоренным подводом к наружной поверхности нижнего слоя обода шкива за счет кондуктивного теплообмена в схеме «система теплопроводных радиальных цилиндрических колец - система теплопроводных цилиндрических колец слоев», что способствует снижению поверхностных температурных градиентов на рабочей поверхности шкива;

- возможность снижения температурных градиентов не только за счет конструктивных параметров системы теплопроводных цилиндрических колец, но и посредством изменения теплофизических свойств их материалов;

- повышается эффективность электротермомеханического трения и ресурса пар трения за счет снижения их энергонагруженности.

На фиг. 1 изображен общий вид ленточно-колодочного тормоза с «тепловыми мостиками» в ободе шкива; на фиг. 2 - вид А на фрикционные узлы в рабочем состоянии; на фиг. 3 показан поперечный разрез обода (без реборд) с «тепловыми мостиками». На фиг. 3 использованы следующие обозначения: λ1 - приведенный коэффициент теплопроводности материалов рабочего слоя обода шкива; λ2, λ3, λ4 - коэффициенты теплопроводности материалов слоев обода шкива; λ5, λ6 - коэффициенты теплопроводности материалов теплоизоляционных колец; λ7 - коэффициент теплопроводности металлических колец; q - генерируемый тепловой поток на рабочей поверхности обода шкива.

Ленточно-колодочный тормоз с «тепловыми мостиками» в ободе шкива содержит разборный тормозной шкив 1, имеющий, собственно, обод 2 с рабочей 3 и нерабочей 4 поверхностями. «Тепловые мостики» выполнены в виде системы тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец 5, простирающихся через всю толщину обода 2 шкива 1, между которыми расположены энергоемкие цилиндрические кольца с различными диаметрами, которые и составляют слои (I-й, II-й и III-й) обода 2 шкива 1, и разделены между собой цилиндрическими теплоизоляционными кольцами 6. По бокам обода 2 шкива 1 имеются реборды 7. Тормозной шкив 1 расположен на подъемном валу 8. С рабочей поверхностью 3 обода 2 шкива 1 взаимодействуют при торможении рабочие поверхности 10 фрикционных накладок 9. Последние крепятся с помощью усиков 11 к тормозной ленте 12, имеющей набегающую (а) и сбегающую (б) ветви. Сбегающая ветвь (б) тормозной ленты 12 с помощью винтовых стержней 13 крепится к опоре 14. При этом набегающая ветвь (а) тормозной ленты 12 прикреплена к рычагу управления 15.

Тормозной шкив 1 собирается из вертикальных столбцов, в которые входят энергоемкие цилиндрические кольца различного диаметра, переложенные цилиндрическими теплоизоляционными кольцами 6 в горизонтальной плоскости, и в вертикальной плоскости - тонкими радиальными теплопроводными кольцами 5. К торцам крайних столбцов примыкают реборды 7. Последние и слои обода 2 шкива 1 стягиваются болтовыми соединениями (на фиг. 1 не показаны).

В процессе электротермомеханического трения при импульсной и длительной передаче теплоты от слоя к слою обода шкива существенную роль играет их термическое сопротивление. Чем больше расстояние от рабочей поверхности обода шкива до его середины, тем меньше внутреннее термическое сопротивление из-за ослабления теплового тока, прошивающего толщину очередного слоя обода.

Величина поверхностной температуры зависит не только от числа спуско-подъемных операций, выполняемых ленточно-колодочным тормозом буровой лебедки, но и от физико-химических свойств приповерхностных слоев их металлополимерных пар трения. Установлено, что в начале спуска бурового инструмента генерируемая электрическая и тепловая энергия затрачивается на прогрев обода шкива. При этом прирост температуры в ободе шкива является минимальным, но зато в дальнейшем он возрастает за счет увеличения времени торможения и слабой вынужденной конвективной и радиационной теплоотдачей от матовой поверхности шкива скоростными токами омывающей среды. Причиной является увеличение работы торможения, выполняемой узлами трения и способствующей полному прогреву обода шкива в процессе спуска колонны бурильных труб в скважину. Таким образом, на начальной стадии торможения в большинстве случаев необходимо регулировать величину градиента температуры по толщине обода шкива (поперечное регулирование). В дальнейшем при полном прогреве обода шкива будет наблюдаться, в основном, прирост температуры на рабочей поверхности обода шкива, а следовательно, и величины поверхностного градиента температуры (продольное регулирование).

Особенностью поперечного и продольного регулирования тепловых потоков, пронизывающих слои (I-й, II-й и III-й) обода 2 шкива 1, является следующее условие: λ1234, а для теплоизоляционных колец λ56. В свою очередь, λ71; λ2; λ3 и λ4. Предложенные ограничения величин коэффициентов теплопроводности материалов позволяют интенсивно отводить тепловой поток q не только верхним слоем (I-м) обода 2 шкива 1, но и с помощью радиальных теплопроводных колец 5 к внутреннему слою (II) обода 2 шкива 1. Кроме того, на пути следования теплового потока происходит потеря энергии от боковых поверхностей теплопроводных колец 5 на нагревание среднего слоя (II-го) обода 2 шкива 1. Наличие цилиндрических теплоизоляционных колец 6 между I-м и II-м слоями и II-м и III-м слоями позволяют ограничить их кондуктивный теплообмен между собой в поперечном направлении. В то же время усиливается эффект продольного кондуктивного теплообмена за счет взаимодействия боковых поверхностей радиальных теплопроводных колец 5 с боковыми поверхностями энергоемких колец, составляющих обод 2.

Таким образом, за счет деления обода шкива на кольца, сформированных в слои, с помощью радиальных теплопроводных цилиндрических колец и теплоизоляционных колец, разделяющих слои обода, т.е. путем его разбивки на элементы с незначительной металлоемкостью, достигается существенное уменьшение градиентов температуры по толщине обода и по его рабочей поверхности посредством поперечного и продольного регулирования их энергонагруженности.

Ленточно-колодочный тормоз с «тепловыми мостиками» в ободе шкива работает следующим образом.

При нажатии на рычаг 15 происходит перемещение тормозной ленты 12 с фрикционными накладками 10 для взаимодействия их микровыступов с микровыступами рабочей поверхности 3 тормозного шкива 1. Первыми при этом взаимодействуют с микровыступами шкива 1 микровыступы рабочих поверхностей 9 накладок 10 набегающей ветви (а) тормозной ленты 12, а потом уже сбегающей ветви (б), при этом на их поверхностях одновременно генерируются как электрические, так и тепловые токи, в результате чего поверхностные температуры зон взаимодействия металлополимерных пар трения становятся одинаковыми, а следовательно, их поверхностные температурные градиенты равны. В дальнейшем из-за различных величин коэффициентов теплопроводности материалов обода 2 тормозного шкива 1 и фрикционных накладок 10 большая часть теплоты уходит на нагревание системы теплопроводных цилиндрических колец, суммарная энергоемкость которых намного меньше из-за наличия между ними продольных кольцевых теплоизоляторов 6, нежели серийного обода шкива. При этом происходит снижение температурных градиентов как по поверхности системы теплопроводных цилиндрических колец, так и по их толщине.

Таким образом, использовав принцип суперпозиции в элементах трения тормоза «генерирование - сток» теплоты, достигается предложенным кондуктивным решением повышение темпа вынужденного охлаждения за счет применения кондуктивного теплообмена по схеме «система тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец 5 - система теплопроводных энергоемких цилиндрических колец», составляющих обод 2 шкива 1.

Интенсивное кондуктивное охлаждение пар трения ленточно-колодочного тормоза позволяет повысить его эксплуатационные параметры, снизить температурные градиенты как на поверхности, так и по толщине теплопроводных цилиндрических колец и, как следствие, увеличить ресурс пар трения фрикционных узлов тормоза.

1. Ленточно-колодочный тормоз с «тепловыми мостиками» в ободе шкива, содержащий теплоотводящие узлы для снижения температурных градиентов, расположенные в ободе составного тормозного шкива, тормозную ленту с фрикционными накладками, отличающийся тем, что узлы с «тепловыми мостиками» выполнены в виде системы тонких теплопроводных радиальных цилиндрических колец, простирающихся через всю толщину обода шкива, между которыми расположены энергоемкие цилиндрические кольца с различными диаметрами, которые и составляют слои обода шкива, разделены между собой цилиндрическими теплоизоляционными кольцами.

2. Ленточно-колодочный тормоз с «тепловыми мостиками» в ободе шкива по п. 1, отличающийся тем, что тонкие теплопроводные радиальные цилиндрические кольца выполнены из материалов, имеющих по величине самый высокий коэффициент теплопроводности, нежели материалы слоев обода шкива, теплопроводность которых увеличивается от верхнего к нижнему слою, обеспечивая тем самым сток генерируемой теплоты кондуктивным теплообменом к нижнему слою обода шкива в процессе электротермомеханического трения фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ленточно-колодочным тормозам буровых лебедок. Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив, тормозную ленту и упругую тормозную ленту-кольцо, охлаждающие узды и привод.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах строительных и буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ленточно-колодочным тормозам буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ленточно-колодочным тормозам буровых лебедок. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к трансмиссии транспортного средства, и может быть использовано для автоматизации регулирования передаточного числа.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в барабанно-колодочных тормозах автотранспортных средств, дорожных и строительных машин, а также в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Способ определения геометрических параметров тормозных шкивов ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок заключается в определении тормозного момента на заключительной стадии торможения в зависимости от типа фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах различных типов лебедок. Ленточно-колодочный тормоз с устройством электротермостимулированной деполяризации взаимодействующих участков металлополимерных пар трения, содержащих тормозную ленту с установленными на дуге обхвата с равномерным шагом фрикционными накладками, комбинированный шкив и привод.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Способ заключается в том, что в зависимости от геометрических параметров накладок и угла обхвата тормозной лентой рабочей поверхности шкива в данных фрикционных узлах определяют соотношения статических коэффициентов взаимного перекрытия.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Устройство выравнивания удельных нагрузок в парах трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, содержащее тормозной шкив на валу, основную и дополнительную тормозные ленты.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ленточно-колодочным тормозам буровых лебедок. Ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив на валу и дополнительную тормозную ленту с установленными на ней фрикционными накладками, а также расположенную под ней основную тормозную ленту и привод управления тормозом.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ленточно-колодочным тормозам буровых лебедок. Ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив на валу и дополнительную тормозную ленту с установленными на ней фрикционными накладками, а также расположенную под ней основную тормозную ленту, при этом их набегающие концы прикреплены соответственно к балансиру и к мотылевым шейкам коленчатого вала, и привод управления тормозом.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Способ заключается в том, что при квазилинейном законе изменения частоты вращения тормозного шкива от установившегося значения до нуля при спуске загруженного элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных в первую группу, ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности: оценивают режим вращения тормозного шкива, затем определяют время торможения, натяжение набегающей ветви тормозной ленты, максимальные и минимальные удельные нагрузки в парах трения, тормозной момент, развиваемый фрикционными узлами; коэффициент запаса тормозного момента, энергоемкость фрикционных узлов, усилия, прикладываемые бурильщиком к рычагу управления тормозом; коэффициент полезного действия тормоза.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Способ заключается в том, что при контактно-термическом взаимодействии рабочих поверхностей тормозных шкивов и фрикционных накладок генерируются электрические токи, подчиняющиеся синусоидальному закону изменения плоской электромагнитной волне при тлеющем и искровом режимах разрядов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. .

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе содержит узлы для снижения температурных градиентов, расположенные в ободе разборного тормозного шкива, и тормозную ленту с фрикционными накладками. Узлы выполнены в виде системы теплопроводных цилиндрических колец, между ними установлены поперечные кольцевые теплоизоляторы с выполненными в них сквозными отверстиями, через которые они надеваются на теплопроводные цилиндрические штыри, завинченные в тело одной из реборд тормозного шкива. Вторая реборда тормозного шкива крепится к штырям, стягивая систему колец, образующих обод шкива. Способ снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе заключается в обеспечении устройствами для снижения температурных градиентов стока генерируемой теплоты в процессе торможения кондуктивным теплообменом к энергоемким ребордам тормозного шкива. Достигается повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет снижения температурных градиентов в их элементах путем целенаправленного кондуктивного охлаждения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх