УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАДИЕНТОВ В ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНОМ ТОРМОЗЕ

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 (аналог патент RU №2268418, F16D 65/813, 2006, Б.И. №02). Однако длинная система обладает инерционностью и не обеспечивает с помощью металлических теплопроводных колец снижение температурных градиентов обода шкива.

Известен ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки, в котором при спуске колонны бурильных труб в скважину, на поверхностях его металлополимерных пар трения в процессе торможения температуры достигают 800°С и более (прототип Джанахмедов А.Х. Нефтяная трибология / Баку: Элм, 2003. - С. 38). Указанные температуры влияют на износофрикционные 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.

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 кондуктивным охлаждением за счет разных величин коэффициентов теплопроводности материалов колец и штырей;

- возможность использования для отвода теплоты от пар трения тормоза реборд разборного шкива, всего тела колец и их наружных поверхностей, и как следствие, снижение температурных градиентов за счет равномерного прогрева системы теплопроводных колец;

- достижении е за счет кондуктивного теплообмена в схеме "система теплопроводных цилиндрических колец - система теплопроводных штырей" объединения множества вертикальных тепловых токов в один горизонтальный мощный тепловой ток с направлением в энергоемкую левую и правую реборды шкива, что способствует снижению тепловых градиентов в системе колец;

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

- повышение эффективности торможения и ресурса пар трения.

Задача изобретения разработка устройства и способа снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе.

Технический результат изобретения - повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет снижения температурных градиентов в их элементах путем целенаправленного кондуктивного охлаждения.

Технический результат достигается тем, что устройство для снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе, содержащее узлы для снижения температурных градиентов, расположенные в ободе разборного тормозного шкива, тормозную ленту с фрикционными накладками, отличающееся тем, что узлы для снижения температурных градиентов выполнены в виде системы теплопроводных цилиндрических колец, между которыми 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 при этом крепится к штырям с помощью гаек, стягивая таким образом систему колец, образующих обод шкива.

Способ снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе, характеризующийся тем, что обеспечивают сток генерируемой теплоты в процессе торможения кондуктивным теплообменом к энергоемким ребордам тормозного шкива, устройства для снижения температурных градиентов в ленточно-колодочном тормозе за счет разности коэффициентов теплопроводности цилиндрических колец, образующих обод шкива, и цилиндрических штырей, завинченных в тело одной из реборд тормозного шкива.

На фиг. 1 изображен общий вид ленточно-колодочного тормоза с устройством для снижения температурных градиентов в его металлополимерных парах трения; на фиг. 2 - вид А на фрикционные узлы в рабочем состоянии; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на которой показан поперечный разрез фрикционных узлов с устройством.

Ленточно-колодочный тормоз с устройством для снижения температурных градиентов в металлополимерных парах трения содержит разборный тормозной шкив 1, имеющий собственно обод 2 с рабочей 3 и нерабочей 4 поверхностями, а также левую 5 и правую 6 реборды. Шкив 1 расположен на подъемном валу 7 лебедки. С рабочей поверхностью 3 обода 2 шкива 1 взаимодействуют при торможении рабочие поверхности 8 фрикционных накладок 9. Последние крепятся с помощью усиков 10 к тормозной ленте 11, имеющей набегающую (а) и сбегающую (б) ветви. Сбегающая ветвь (б) тормозной ленты 11 с помощью винтовых стержней 12 крепится к опоре 13. При этом набегающая ветвь (а) тормозной ленты 11 прикреплена к рычагу управления 14.

Обод 2 тормозного шкива 1 состоит из набора теплопроводных цилиндрических колец 15, в которых на их боковых поверхностях выполнены сквозные отверстия 16 с равномерным шагом. Между собой кольца 15 разделены поперечными кольцевыми теплоизоляторами 17 также имеющими сквозные отверстия 16. Торцы крайних колец 15 не теплоизолированы от выступов левой 5 и правой 6 реборд. Теплопроводные кольца 15 и поперечные кольцевые теплоизоляторы 17 благодаря наличию на своих боковых поверхностях сквозных отверстий 16 надеваются на теплопроводные штыри 18, завинченные в левую реборду 5. Со стороны правой реборды 6 система колец стягивается с помощью резьбового соединения, включающего в себя конец штыря 18 с резьбой, шайбу 19 и гайку 20.

Способ снижения температурных градиентов ленточно-колодочного тормоза реализуется следующим образом. При торможении, когда микровыступы рабочих поверхностей 8 фрикционных накладок 9 взаимодействуют с микровыступами рабочей поверхности 3 обода 2 шкива 1, в результате чего на их поверхностях генерируются электрические и тепловые токи. Первые в дальнейшем усиливают тепловые токи, нагревающие индивидуально каждое из теплопроводных цилиндрических колец 15. Благодаря тому, что коэффициент теплопроводности (λ_к) материалов кольца 15 меньше, чем коэффициент теплопроводности (λ_ш) материалов штыря 18, теплота через его тело будет направляться в энергоемкие левую 5 и правую 6 реборды шкива 1. От матовых поверхностей последнего теплота рассеивается в окружающую среду радиационным и конвективным теплообменом. Незначительная часть теплоты рассеивается в окружающую среду радиационным и конвективным теплообменом от внутренних поверхностей системы теплопроводных колец.

Таким образом, за счет кондуктивного теплообмена в схеме "система теплопроводных цилиндрических колец 15 - система теплопроводных штырей 18" происходит целенаправленное превращение множества вертикальных тепловых токов в один горизонтальный мощный тепловой ток, направленный в энергоемкие левую 5 и правую 6 реборды шкива 1. Это обстоятельство будет способствовать снижению температурных градиентов как на поверхностях теплопроводных цилиндрических колец 15, так и по их толщине из-за незначительной энергоемкости каждого кольца системы. Предложенный способ позволяет снижать температурные градиенты не только за счет конструктивных параметров системы теплопроводных колец и штырей, но и с помощью изменения теплофизических свойств их материалов.

Ленточно-колодочный тормоз с устройством и способом снижения температурных градиентов в металлополимерных парах трения работает следующим образом.

При нажатии на рычаг 14 происходит перемещение тормозной ленты 11 с фрикционными накладками 9 для взаимодействия их микровыступов с микровыступами рабочей поверхности 3 тормозного шкива 1. Первым при этом взаимодействуют с микровыступами шкива 1 микровыступы рабочих поверхностей 8 накладок 9 набегающей ветви (а) тормозной ленты 11, 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 9 большая часть теплоты уходит на нагревание системы теплопроводных цилиндрических колец 15, суммарная энергоемкость которых намного меньше из-за наличия между ними поперечных кольцевых теплоизоляторов 17, нежели серийного обода шкива. При этом происходит снижение температурных градиентов как по поверхности системы теплопроводных цилиндрических колец 15, 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 теплопроводных цилиндрических колец 15 - система теплопроводных штырей 18", 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.