Кинематические схемы
Кинематической схемой машины называется условное схематическое изображение ее механизмов, показывающее их взаимосвязь и способ передачи движения от двигателя рабочим механизмам. Условные обозначения различных элементов механизмов, принятые для упрощения чертежа, приведены в табл.2.
| Наименование | Обозначение |
| Вал, валик, ось, стержень, шатун и т. п. |  |
| Вращение вала по часовой стрелке, против и в обе стороны |  |
| Неподвижное закрепление оси, стержня, пальца и т. п. |  |
| Подшипники скольжения: радиальный |  |
| радиально-упорные: односторонний |  |
| двусторонний |  |
| Подшипники качения: радиальный (общее обозначение) |  |
| радиально-упорные: односторонний |  |
| двусторонний |  |
| Соединение детали с валом: свободное при вращении |  |
| подвижное без вращения |  |
| глухое |  |
| Соединение двух валов: глухое |  |
| шарнирное |  |
| Муфты сцепления кулачковые: односторонняя |  |
| двусторонняя |  |
| Муфты сцепления: фрикционные: общее обозначение (без уточнения типа) |  |
| конусная: односторонняя |  |
| двусторонняя |  |
| дисковая: односторонняя |  |
| двусторонняя |  |
| Тормоза: колодочный |  |
| ленточный |  |
| Наименование | Обозначение |
| Храповой зубчатый механизм с наружным зацеплением односторонний |  |
| Маховик на валу |  |
| Передачи цепью: |  |
| общее назначение без уточнения типа цепи |  |
| роликовой |  |
| бесшумной |  |
 | |
| то же, с косыми, прямыми и шевронными зубьями |  |
| внутреннее зацепление |  |
| Передачи зубчатые с пересекающимися валами (конические) с прямыми, спиральными и круговыми зубьями |  |
| Передачи зубчатые со скрещивающимися валами: гипоидные |  |
| червячная с цилиндрическим червяком |  |
| Блок из двух шестерен |  |
| Ведущая звездочка гусеничной ленты |  |
| Гусеничное звено |  |
Рассмотрим кинематическую схему наиболее распространенной бурильно-крановой машины БМ-205 (рис. 13), представляющую собой привод бурильной штанги с бурильным инструментом и барабана лебедки грузоподъемного оборудования.
Привод бурильной штанги. От вала 1 отбора мощности трактора через карданный вал II вращение передается установленному на подшипниках 25 входному валу III с сидящей на нем шестерней 26 раздаточной коробки и далее через связанную с ней шестерню 15, вал VI, установленный на конических подшипниках 16, и сидящую на нем шестерню 14 — на шестерню 17 и вал V. Вместе с валом V вращаются неподвижно закрепленные на нем шестерни 18, 19, 5 и подвижная шестерня 4. Введение в зацепление подвижной блок-шестерни 2 с шестерней 5 или 17 обеспечивает две прямые передачи вращения валу IV, установленному на подшипниках 3 и 23. При зацеплении подвижной шестерни 24 с шестерней 18 валу IV передается третья прямая передача вращения, а с паразитной шестерней 20, сидящей на шарикоподшипнике 21 и связанной постоянно с шестерней 19,— обратное вращение. С вала IV через сидящую на нем фрикционную муфту 22 и карданный вал IX вращение передается валу-шестерне 28 вращателя, установленному на конических подшипниках 27 и цилиндрическом роликоподшипнике 29, и далее через шестерню 34 с проходным квадратным отверстием, сидящую на шарикоподшипниках 33 и 35, на бурильную штангу 32 квадратного наружного профиля с бурильным инструментом (на схеме не показан), имеющую возможность осевого перемещения в отверстии шестерни 34. Бурильная штанга получает три прямые и одну обратную передачи вращения в соответствии с вращением вала IV.
Привод барабана лебедки грузоподъемного оборудования. Получение вращения валом V было описано выше. При зацеплении подвижно сидящей на валу V шестерни 4 с шестерней 10 вал VII, сидящий на подшипниках 9 и 11, получает прямое вращение; при зацеплении шестерни 4 (через паразитную шестерню 7, сидящую на шарикоподшипнике 6) с шестерней 8 — обратное вращение. От вала VII через жестко сидящий на нем червяк 13 вращение передается червячному колесу 12, валу VIII, установленному на конических подшипниках 37, и барабану 36 лебедки с находящимся на нем канатом 30 и крюком 31.
В соответствии с направлением вращения вала VII вращается барабан 36, наматывая или стравливая канат 30. Нагрузка на лебедку ограничивается кулачковой муфтой, которую настраивают на момент, соответствующий максимальной грузоподъемности кранового оборудования машины.
Фрикционная муфта 22 предохраняет привод бурильной штанги 32 от перегрузки и отключает вращатель с бурильной штангой от раздаточной коробки при переключении ее передач.
Унифицированные бурильно-крановые машины БМ-202А, БМ-302А и БМ-305 имеют аналогичные кинематические схемы. Схемы остальных машин рассмотрены при описании их устройства (см. гл. IV).
Источник
Трансмиссии буровых установок
ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию — насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.
В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей. К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей. К неавтономным приводам относятся: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.
В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения: индивидуальный, групповой и комбинированный или смешанный.
Индивидуальный привод — каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже.
Групповой привод — несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания,
Комбинированный привод — использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Например, насосы приводятся от индивидуальных двигателей, а лебедка и ротор от общего двигателя. Во всех случаях характеристики привода должны наиболее полно удовлетворять требуемым характеристикам исполнительных механизмов.
Потребителями энергии буровой установки являются: в процессе бурения — буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;
при спуске и подъеме колонны труб — лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.
Приводы также делятся на главные (приводы лебедки, насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10-15% мощности, потребляемой главным оборудованием.
Гибкость характеристики — способность силового привода автоматически или при участии оператора в процессе работы быстро приспосабливаться к изменениям нагрузок и частот вращения исполнительных механизмов. Гибкость характеристики зависит от коэффициента приспособляемости, диапазона регулирования частоты вращения валов силового привода и приемистости двигателя.
Коэффициент гибкости характеристики определяется отношением изменения частоты вращения к вызванному им отклонению момента нагрузки. Он пропорционален передаточному отношению и обратно пропорционален коэффициенту перегрузки.
Приемистостью называется интенсивность осуществления переходных процессов, т. е. время, в течение которого двигатель и силовой привод реагируют на изменение нагрузки и изменяют частоту вращения.
Приспособляемость — свойство силового привода изменять крутящий момент и частоту вращения в зависимости от момента сопротивления. Собственная приспособляемость- свойство двигателя приспособляться к внешней нагрузке. Искусственная приспособляемость — свойство трансмиссий приспосабливать характеристику двигателя к изменению внешней нагрузки.
ТРАНСМИССИИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСМИССИИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
В буровом оборудовании для осуществления кинематической связи между валами в механизмах, изменения скорости и направления вращения, преобразования крутящих моментов используют цепные, клиноременные и зубчатые передачи. В установках малой мощности для геологоразведочного бурения при небольших межосевых расстояниях между валами (до 0,5 м) используют почти всегда зубчатые передачи, а при межосевых расстояниях более 0,5 м — клиноременные. В установках для эксплуатационного бурения для передачи «больших мощностей (500-2000 кВт и более) и межосевых расстояниях более 1 м применяют многорядные цепные и клиноременные передачи. Зубчатые передачи используют при межосевых расстояниях менее 1м — в редукторах насосов, реверсивных устройствах КПП, приводах роторов и др.
Источник
Разработка кинематических схем буровых установок
Число факторов, влияющих на структурные схемы буровых установок, ограничено, поэтому при разработке их могут быть использованы некоторые общие рекомендации.
1. Выбор минимального числа передач. Кинематическая цепь содержит тем меньше передач, чем меньше отличаются частоты ее ведущего и ведомого звеньев. Для уменьшения редукции при механических трансмиссиях целесообразно в буровых установках применять приводные двигатели средних частот вращения. Наиболее подходящие, как установлено практикой, двигатели с частотами вращения 900 — 1200 об/мин, при использовании турботрансформаторов в передачах — двигатели с частотами до 1600 об/мин. Применение двигателей с более высокой частотой вращения усложняет кинематическую схему и конструкцию, с меньшей частотой вращения — значительно увеличивает массу силовой части установки и ухудшает ее динамику, надежность и долговечность.
На рис. 3.12 приведены кинематические схемы двух буровых установок с разными силовыми приводами. В варианте на рис. 3.12, а применены двигатели с частотой вращения hд= 1150 об/мин и с редукторами, понижающими частоту вращения валов блокирующей передачи до 750 об/мин. Так как эти зубчатые редукторы изменяют направление вращения ведомых валов и оно не соответствует требуемому для лебедки и ротора, то в кинематическую цепь привода агрегатов для изменения направления вращения введен дополнительный вал еще с одной зубчатой передачей.
В варианте на рис. 3.12, б применены двигатели с частотой вращения nд = 1600 об/мин с турботрансформаторами, снижающими рабочую частоту вращения валов блокирующей трансмиссии до 1000 об/мин, но не меняющие направления вращения и обеспечивающие ее регулирование в широком диапазоне. За счет регулирования частот вращения ДВС по схеме на рис. 3.12, а могут быть получены частоты вращения трансмиссий в 1,3—1,4 раза меньше указанных. При применении в приводе турботрансформатора (рис. 3.12, б) частоты вращения валов трансмиссий могут снижаться за счет как диапазона регулирования, так и изменения частот вращения двигателя. Допустимый диапазон регулирования зависит от к.п.д. турботрансформатора. Для длительной работы при к.п.д. = 0,7-0,8 передаточное отношение можно принимать итг= 1,6÷2,5.
В табл. 3.3 приведен сравнительный анализ этих двух схем. Как видно из этой таблицы, в приводе барабана лебедки по схеме на рис. 3.12, а валов и передач на четыре больше, чем по схеме на рис. 3.12, б. В то же время по схеме на рис. 3.12, а обеспечиваются только четыре ступени частоты вращения барабана лебедки, а по схеме на рис. 3.12, б можно получить шесть частот вращения барабана при меньшем числе передач и валов, участвующих в работе. Аналогичная картина получается и с приводом ротора.
При выборе двигателя следует считаться с наличием выпускаемых двигателей, их характеристикой, стоимостью, моторесурсом и учитывать, что габариты и масса двигателей тем больше, чем меньше при одной и той же мощности его частота вращения.
Сравнительный анализ двух схем приводов лебедок
Источник