Курсовая работа (т): Автоматический ключ буровой АКБ–3М2

Для исключения рассоединения челюсти 8 на составляющие части при извлечении ее из ключа с целью замены или ремонта, ролик 20 с большим радиальным зазором 23 надет на тонкую (не силовую) шпильку 24. укрепленную в проушинах корпуса 11 челюсти 8 (фиг.3, 4). Радиальный зазор 23 служит для обеспечения достаточной свободы смещения от номинального положения ролика 20 по копиру 5 (фиг.1, 2) роторной шестерни 3 для осуществления перераспределения и выравнивания нагрузки между плашками 16 и 17. Следует отметить, что конструктивная схема взаимосвязи ролика 20 с корпусом 11 может быть иной, лишь бы соблюдался принцип обеспечения самоустановки ролика под нагрузкой. Корпус 11 челюсти 8 снабжен перемычкой 25 (фиг.2 и 5) между проушинами, причем на части окружности отверстие под шарнирный палец 14 расположено в перемычке 25, а направляющее отверстие 13 во вкладыше 12 на соответствующем угле не замкнуто. Такое выполнение обеспечивает усиление отверстия в проушинах и предотвращение изгиба шарнирного пальца 14. Работа заявляемого механического ключа осуществляется следующим образом.

Свинчивание. Вращение роторной шестерне 3 от привода 9 передается по часовой стрелке посредством двух промежуточных зубчатых колес 10.

При этом вначале заторможенный челюстедержатель 7 вместе с шарнирными пальцами 14 челюстей 8 и вкладышей 12 стоит на месте, а копиры 5 прямого хода, расположенные на внутренней поверхности роторной шестерни, контактируя с роликами 20 челюстей, придвигают к трубе 15 плечи челюстей 8 и вкладышей 12 с зубчатыми плашками 16 и 17. Это происходит при нарастании крутящего момента на зубчатом венце роторной шестерни. После превышения крутящего момента на зубчатом венце роторной шестерни над тормозным моментом на челюстедержателе 7 дальнейшее вращение роторной шестерни 3, челюстедержателя 7 и зажатой челюстями 8 трубы 15 будет происходить совместно.

Как правило, это происходит до достижения заданной величины крутящего момента. После чего вращение прекращается.

Чтобы отвести ключ от трубы производят отделение челюстей от трубы.

Для этого реверсируют направление вращения роторной шестерни. Поскольку при этом соответствующие копиры становятся ниспадающими, то под действием упругих деформаций всех элементов, участвующих в захвате трубы, ролики 20 челюстей 8 скатываются в нижние части копиров 5. Вращение роторной шестерни 3 продолжается до тех пор, пока боковые проемы роторной шестерни и челюстедержателя не совместятся (вручную при медленном вращении или автоматически) с боковым проемом корпуса ключа.

Далее ключ отодвигается от трубы, причем труба, проходя через боковой проем, раздвигает челюсти.

Развинчиванние.

Происходит так же, как и свинчивание. С разницей только в направлении вращения.

.4      Патент RU 2026483. Трубовращатель бурового ключа

Использование: свинчивание и развинчивание буровых и обсадных труб. Сущность: трубовращатель содержит механизм захвата в виде наружного и внутреннего колец с шарнирными рычагами и переключателем частот его вращения, фрикционный тормоз с приводом, узел реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного. Внутреннее кольцо выполнено с подпружиненными фиксаторами, наружное кольцо - с внутренними пазами, узел реверсирования в виде нескольких стопоров, фрикционный тормоз - со средством для создания двух величин тормозного момента, стопоры размещены во внутренних пазах наружного кольца с возможностью перемещения по окружности в пределах паза и взаимодействия с подпружиненными фиксаторами, при этом усилие срабатывания подпружиненных фиксаторов больше усилия, создаваемого стопорами при меньшем тормозном моменте, и меньше усилия, создаваемого стопорами при большем тормозном моменте. Замкнутый корпус трубовращателя выполнен с фрикционными накладками с приводом, а средство для создания двух величин тормозного момента выполнено в виде плоского тормозного диска, установленного на внутреннем кольце между фрикционными накладками с возможностью взаимодействия с ними и передачи вращающего момента, при этом привод фрикционных накладок выполнен в виде подпружиненных поршней.

На фиг. 1 показан поперечный разрез устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.2.

Трубовращатель бурового ключа содержит установленные в корпусе 1 наружное 2 и внутреннее 3 кольца. На внутреннем кольце 3 на осях 4 установлены двуплечие рычаги 5, снабженные отводными 6 и выдвижными 7 опорными роликами. На внутреннем кольце 3 установлены также подпружиненные фиксаторы 8, имеющие возможность взаимодействия со стопорами 9. Стопоры 9, подвижные в угловом направлении их, установлены в пазах 10 наружного кольца 2.

На наружном кольце 2 на двух разных уровнях установлены две группы спиральных кулачков 11 и 12 с возможностью взаимодействия с соответствующими роликами 6 и 7 двуплечих рычагов 5. Спиральные кулачки 12, находящиеся в контакте с выдвижными роликами 7, выполнены с карманами 13 для размещения выдвижных роликов 7 при нейтральном положении двуплечих рычагов 5. С внутренним кольцом 3 посредством шлицев 14 связан тормозной диск 15, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении.

В корпусе 1 выше и ниже тормозного диска 15 посредством пальцев 16 установлены фрикционные накладки 17 и 18. Верхние накладки 17 связаны с подпружиненными поршнями 19, установленными в крышке 20.

Трубовращатель бурового ключа работает следующим образом.

При свинчивании труб шестерня 21, связанная с приводом (на чертеже не показано), передает вращение наружному кольцу 2, которое начинает вращаться по часовой стрелке (фиг.1 и 2), при этом внутреннее кольцо 3 заторможено, так как связанный с ним тормозной диск 15 заторможен усилием пружин поршней 19. За счет этого наружное кольцо 2 начинает поворачиваться относительно внутреннего кольца 3, при этом выдвижные ролики попадают на скосы 22 карманов 13 и при дальнейшем относительном движении ролики 7 с рычагами 5 выводятся в рабочую позицию и, двигаясь далее по спиральной поверхности кулачка, подводятся к трубе (на фиг. не показано). В процессе выдвижения двуплечих рычагов 5 и подвода их к трубе опорные поверхности 23 прорезей 10 наружного кольца 2 отводят стопоры 9 от фиксаторов 8 на угол, зависящий от диаметра свинчиваемой трубы. В этом положении двуплечих рычагов происходит свинчивание труб. Перед их докреплением, т.е. кратным увеличением крутящего момента, во избежание пробуксовок захватных элементов двуплечих рычагов 5 оператор производит включение второй ступени тормоза. Это производится одновременно (от одной силовой линии) с переключением скоростей редуктора на более медленную скорость. Вторая ступень тормоза включается путем подачи рабочего агента по каналу 24 в полости подпружиненных поршней 19.

По завершении операции свинчивания и докpепления осуществляется реверс привода вращателя (на фиг. не показан) с одновременным переключением на быструю скорость (соответственно и на малый тормозной момент).

При этом рычаги с помощью спиральных кулачков 11 и отводных роликов 6 отводятся от трубы и при дальнейшем движении наружного кольца 2 в обратную сторону выдвижные ролики 7 попадают в карманы 13, что соответствует нейтральному положению двуплечих рычагов 5. Одновременно с этим (посредством упорных поверхностей 26 паза 10) стопоры 9 возвращаются в исходное положение до контакта их симметричных рабочих поверхностей 25 с шариками фиксаторов 8.

При дальнейшем совместном вращении наружного и внутреннего колец 2 и 3 (если оператор по какой-либо причине не успел остановить вращение в нужный момент) выдвижение двуплечих рычагов не происходит, так как суммарный момент фиксаторов 8 больше момента первой ступени тормоза и не возникает относительного движения наружного и внутреннего колец. За счет того, что шарики фиксаторов 8 подпружинены, а рабочие поверхности 25 стопоров 9 скошены, не возникает жесткого удара, а инерция внутреннего кольца гасится пружинами фиксаторов 8.

При необходимости переключения трубовращателя на режим развинчивания наружное кольцо 2 необходимо вращать против часовой стрелки. При этом, поскольку резьба трубы затянута, процесс развинчивания начинается с медленной скорости (раскрепление) и при второй ступени тормозного момента. Поэтому величина второй ступени тормозного момента кратно больше момента, создаваемого пружинами фиксаторов 8. Рабочие поверхности 25 стопоров 9 утапливают шарики фиксаторов 8 и выступ 27 стопора 9 переходит в зону по другую сторону фиксатора 8. При движении в этом направлении (против часовой стрелки) наружного кольца 2 происходит вывод выдвижных роликов 7 из карманов 13 скосами 28; при дальнейшем движении за счет взаимодействия выдвижных роликов 7 и спиральных кулачков 12 происходит подвод рычагов к трубе, зажатие ее и раскрепление. После раскрепления развинчивание осуществляется на высокой скорости. Возврат рычагов в нейтральное положение осуществляется по ранее описанной схеме, с той только разницей, что выступ 27 стопора 9 подходит к шарику фиксатора 8 с противоположной стороны, переместившись на величину свободного хода. Но так как угловой свободный ход стопора равен углу между двумя положениями фиксатора, т.е.  =  (фиг.1), то взаимное положение внутреннего и наружного колец в нейтрали остается неизменным, что дает возможность свести к минимуму угловой размер кармана 13 и значительно увеличить рабочую длину спиральных кулачков 12, а следовательно, и увеличить диапазон диаметров труб, захватываемых без перенастройки ключа. Использование предложенного трубовращателя бурового ключа позволит значительно упростить конструкцию буровых ключей, повысить надежность и производительность спускоподъемных операций за счет автоматизации управления реверсированием, снизить металлоемкость и повысить диапазон диаметров труб, захватываемых без перенастройки ключа.

.       
Модернизация АКБ - 3М2

.1      Техническое предложение

Проводится модернизация ролика радильной опоры ключа АКБ - 3М2.

Рис 3.1. Ролик радиальной опоры: 1-ролик; 2-ось; 3-антифрикционная втулка; 4-упорное кольцо; 5-втулка; 6-шайба; 7-стопорное кольцо; 8- манжета; 9-гайка.

В процессе работы ролик радиальной опоры испытывает значительные нагрузки, загрязнение, перепады температур. При сочетании этих факторов разрушается манжета 8, нарушается герметичность ролика и грязь, буровой раствор и пр. проникают в полость ролика, и при вращении абразивные частицы разрушают мягкую бронзовую втулку 3, что ведет к перекосу и заеданию ролика. Со временем грязь и буровой раствор ведут к закоксовыванию ролика, потере его подвижности и выходу из строя. При ремонте ключа возникают трудности при разборке и ремонте роликов. Модернизация ролика заключается в следующем: ось 2 на токарном станке точится до диаметра 25 мм, а затем бронзовая втулка 3 заменяется парой роликовых подшипников: 6-205 и 60205.

3.2    Технология модернизации радиального ролика АКБ - 3М2

Данная модернизация позволяет значительно сократить трудоемкость и время на повторную разборку опоры при последующих ремонтах, особенно при ремонте ключа в полевых условиях, за счет исключения этапов 2.3.1 - 2.3.5. Также увеличивается КПД ролика: , КПД подшипника качения, КПД подшипника скольжения. Подшипник качения имеет коэффициент трения , в то время как коэффициент трения подшипника скольжения варьируется в пределах , за счет чего улучшается динамика ролика. Снижается расход дорогостоящего цветного металла: стоимость пары подшипников марки 205 и 60205 равна 65 рублей, стоимость втулки 3, рис. 3.1. (втулка бронзовая АКБ-3М2.12-261) - 220 рублей. Экономия времени сборки - разборки одного ролика в условиях ремонтной базы составляет 1-1,5 часа (основано на практических наблюдениях).

.3      Прочностной расчет радиального ролика

3.3.1 Построение расчетной схемы оси ролика

При расчете на статическую прочность представим ось в виде балки на шарнирно - неподвижной опоре.

Рис. 3.2. Расчетная схема оси.

Заменим действие сил, действующих на ролик соответствующими нагрузками. Вектор силы F проецируется на оси x и y. Составляющая x представляет собой вектор продольной силы N, составляющая y - вектор радиальной силы R. Вектор радиальной силы R переносится в центр тяжести сечения вала по линии их действия. Вектор окружной силы Р - параллельно самой себе. Вычислим значения сил.

Окружная сила:

Продольная сила:

Радиальная сила:

Вычислим сосредоточенный изгибающий момент при воздействии силы N:

Вычислим изгибающие моменты:

3.3.2 Построение эпюр внутренних силовых факторов

Рис. 3.3. Эпюра продольных сил.

Рис. 3.4. Эпюра сосредоточенного изгибающего момента.

Рис. 3.5. Эпюра Крутящего момента.

Рис. 3.6. Эпюра изгибающего момента в плоскости z.

Рис. 3.7. Эпюра изгибающего момента в плоскости y.