ПОДЪЕМНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2005 года по МПК B66D1/12 B66D5/14 

Изобретение относится к подъемному механизму типа описанного в ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Подобные подъемные механизмы служат для опускания и подъема груза, в частности буровой установки, например с платформы в скважину или на морское дно. Они содержат гибкий тяговый орган, один конец которого закреплен на буровой установке. Другой конец тягового органа закреплен на установленном с возможностью вращения намоточном барабане, с помощью которого можно наматывать и разматывать тяговый орган.

Для вращательного привода барабана предусмотрен, по меньшей мере, один привод вращения. Последний включает в себя, как правило, электродвигатель постоянного тока. Для того чтобы барабан можно было приводить в относительно широком диапазоне частот вращения с почти постоянной высокой мощностью, к электродвигателю постоянного тока подключен механизм переключения, входной вал которого соединен с электродвигателем постоянного тока, а выходной вал - с барабаном.

В первой форме выполнения подобных известных подъемных механизмов приложенный крутящий момент передается на барабан посредством звенной цепи. Эти так называемые цепные подъемные механизмы имеют, правда, относительно компактные внешние габариты, однако, их недостаток в том, что всегда имеющийся провис цепи в нижней ветви цепной передачи в так называемом «четырехквадрантном режиме», при котором как при подъеме, так и при опускании груза можно производить как ускорение, так и торможение, перешел бы на верхнюю ветвь, и за счет этого возник бы толчковый режим работы со значительными, действующими на тяговый орган пиками усилий. Из-за этого возникает значительная опасность того, что за счет этих пиков усилий прочность тягового органа на растяжение может быть превышена, что привело бы к обрыву тягового органа со связанными с этим губительными последствиями.

Поэтому от фирмы «Вирт Машинен- унд Боргерэте-Фабрик ГмбХ», Эркеленц известен подъемный механизм, который включает в себя два приводных узла, состоящих из электродвигателя постоянного тока с подключенным механизмом переключения, у которого выходные валы механизмов несут каждый шестерню, находящуюся в зацеплении с неподвижно установленным на валу барабана зубчатым колесом. Оба привода вращения установлены рядом друг с другом в продолжении оси барабана на одном из торцов барабана таким образом, что зацепление шестерни с находящимся на валу барабана зубчатым колесом происходит со смещением на 180° относительно оси барабана. По другую сторону другого торца барабана друг за другом, если смотреть в направлении оси барабана, предусмотрены дисковый и индукционный тормоза, жестко соединенные с валом барабана.

С помощью этого редукторного подъемного механизма в противоположность цепному подъемному механизму возможен «четырехквадрантный режим», не приводящий к нежелательным пикам усилий в тяговом органе. Благодаря возможности использования приводных двигателей одновременно для притормаживания вращения барабана можно благодаря возможности непосредственного питания полученной в процессе торможения электрической энергией достичь ее значительной экономии. Далее механическое дисковое тормозное устройство используется еще значительно реже, чем в цепном подъемном механизме, благодаря чему до минимума уменьшаются, с одной стороны, его износ и обусловленные износом простои подъемного механизма, а с другой стороны, шумовые нагрузки, регулярно возникающие у механических тормозных устройств.

Хотя этот редукторный подъемный механизм в последние годы многократно зарекомендовал себя, однако его недостатком является значительная потребность в площади, что делает его непригодным, в частности, для замены более компактных цепных подъемных механизмов.

Известно, что приводные электродвигатели переменного тока имеют высокий крутящий момент по значительно большему диапазону частот вращения, чем электродвигатели постоянного тока. Поэтому стало принято редукторные подъемные механизмы описанного выше рода взамен нормализованных с электродвигателями постоянного тока оснащять электродвигателями переменного тока без механизмов переключения, поскольку за счет этого уменьшается конструктивная длина подъемного механизма.

Существенный недостаток, однако, состоит в том, что, в частности, тогда, когда редукторный подъемный механизм должен быть использован взамен приводимого постоянным током цепного подъемного механизма, все электрическое приводное устройство должно быть переналажено с постоянного тока на переменный, что означает, как правило, экономически неприемлемые затраты.

В основе изобретения лежит поэтому задача создания подъемного механизма, с помощью которого был бы возможен четырехквадрантный режим, который приводился бы постоянным током и конструктивная длина которого была бы уменьшена.

Эта задача решается тем, что подъемный механизм для опускания и подъема груза, в частности бурового станка, содержащий гибкий тяговый орган, который закреплен на грузе, установленный с возможностью вращения вокруг оси вращения барабан для наматывания тягового органа и, по меньшей мере, один первый привод вращения, включающий в себя, по меньшей мере, один действующий через коробку передач на барабан вращательный приводной двигатель, с помощью которого барабан приводится во вращение в направлении разматывания или наматывания тягового органа, причем первый привод вращения по отношению к оси вращения барабана расположен рядом с барабаном таким образом, что барабан и привод вращения, по меньшей мере, частично перекрываются в проекции перпендикулярно оси вращения барабана, снабжен вторым приводом вращения с вращательным приводным двигателем и второй коробкой передач, причем приводной вал вращательного приводного двигателя и входной и выходной валы второй коробки передач второго привода вращения лежат на одной общей прямой, и причем первый и второй приводы вращения расположены таким образом, что выходные валы коробок передач обращены друг к другу и имеют одну общую ось вращения, причем выходные валы соединены с входной стороной редукторного узла.

Приводной вал вращательного приводного двигателя первого привода и входной и выходной валы первой коробки передач лежат на одной общей прямой.

Барабан жестко соединен с установленным с возможностью вращения валом барабана.

Вал барабана соединен с выходной стороной редукторного узла, входная сторона которого присоединена к выходному валу первой коробки передач.

Упомянутый редукторный узел представляет собой зубчатую передачу, которая для перекрытия расстояния между выходным валом первой коробки передач и валом барабана содержит промежуточное колесо.

Вал барабана одним концом присоединен к тормозному устройству механического действия, а другим концом - к тормозному устройству электромагнитного действия.

Тормозное устройство механического действия представляет собой дисковое тормозное устройство, а тормозное устройство электромагнитного действия - индукционный тормоз.

Второй привод вращения по отношению к направлению оси вращения тормозного устройства электромагнитного действия расположен рядом с этим тормозным устройством.

Коробка или коробки передач оснащена или оснащены предохранительным устройством, которое при превышении максимально допустимого крутящего момента на входном валу автоматически переключает редуктор на передачу наибольшего отношения частоты вращения входного вала к частоте вращения выходного вала.

Для повышения передаваемых на вал барабана крутящих моментов и для достижения аварийных ходовых свойств подъемный механизм, согласно изобретению, содержит преимущественно второй привод вращения с вращательным приводным двигателем и коробкой передач.

За счет того, что, по меньшей мере, один привод вращения по отношению к оси вращения барабана расположен рядом с ним таким образом, что барабан и привод вращения, по меньшей мере, частично перекрываются в проекции перпендикулярно оси вращения барабана, конструктивная длина подъемного механизма значительно уменьшается.

Длина подъемного механизма определяется, тем самым, в основном, барабаном и агрегатами, установленными в направлении оси барабана до и после.

Согласно изобретению приводной вал вращающегося приводного электродвигателя и входной и выходной валы коробки передач расположены на одной общей прямой. Этим предотвращается отклонение крутящих моментов привода, которое означало бы повышение затрат и потери в приводе.

За счет того, что вал барабана одним концом присоединен к тормозному устройству механического действия, а другим - к тормозному устройству электрического действия, то в случае необходимости за счет одновременного приведения в действие обоих тормозных устройств можно оказать на барабан высокий тормозной момент без возникновения только односторонних скручивающих усилий вала барабана, как это произошло бы, если бы с тормозными устройствами был соединен только один конец вала барабана.

Если второй привод вращения - по отношению к направлению оси вращения тормозного устройства электромагнитного действия - расположен рядом с этим тормозным устройством, то конструктивная длина этого оснащенного двумя приводами вращения подъемного механизма не увеличивается или увеличивается лишь незначительно.

Во избежание перегрузок приводных двигателей приводов вращения механизмы переключения оснащены преимущественно предохранительным устройством, которое при превышении максимально допустимого крутящего момента на входном валу автоматически переключает редуктор на передачу наибольшего отношения частоты вращения входного вала к частоте вращения выходного вала.

Пример выполнения изобретения изображен на чертежах, на которых представляют:

- фиг.1: форму выполнения подъемного механизма, согласно изобретению, при виде сбоку (вид А-А из фиг.2);

- фиг.2: тот же подъемный механизм при виде сверху (вид В-В из фиг.1);

- фиг.3: тот же подъемный механизм в перспективе.

Обозначенный, в целом, поз. 100 подъемный механизм содержит раму 1 прямоугольного контура, состоящую из сваренных между собой двутавровых стальных балок 2. На верхних горизонтальных поверхностях 3 балок 2 путем привинчивания закреплены описанные ниже узлы подъемного механизма.

Для подъема и опускания бурового станка подъемный механизм 100 включает в себя выполненный в виде стального троса гибкий тяговый орган 4, наматываемый и разматываемый посредством барабана 5.

Барабан 5 жестко закреплен на валу 6 барабана, ось S которого проходит параллельно продольным сторонам 7 рамы 1. Она опирается на подшипниковые стойки 8, 9, расположенные по другую сторону обоих торцов 10, 11 барабана 5. Изображенный на чертеже слева конец вала 6 барабана жестко закреплен с диском 12 дискового тормозного устройства 13, которое со смещением в направлении оси вращения S на 180° включает в себя двое тормозных клещей 14, 15. Посредством дискового тормозного устройства 13 скорость вращения барабана 5 в процессе разматывания гибкого тягового органа 4 можно уменьшить или также полностью блокировать. По другую сторону другого торца 11 вал 6 барабана соединен с выходной стороной 16 описываемого ниже более подробно редукторного узла 17 и с подключенным в направлении оси S индукционным тормозом 18. Последний также служит для уменьшения скорости разматывания барабана 5. Его использование предпочтительно по сравнению с дисковым тормозным устройством, поскольку приложение тормозной энергии происходит без износа и без вызванной механическим вмешательством шумовой нагрузки.

Помимо устройства из дискового тормоза 13, барабана 5, индукционного тормоза 18 и лежащей между барабаном 5 и индукционным тормозом 18 выходной стороной 16 редукторного узла 17 на раме 1 закреплены два привода 19, 20 вращения. Каждый из приводов 19, 20 вращения включает в себя электродвигатель 21, 22 постоянного тока, выходной вал которого жестко соединен с входным валом 23, 24 механизма 25, 26 переключения.

Механизмы 25, 26 переключения представляют собой коробки передач, используемые в подъемных механизмах известной конструкции, на которых в рамках этого описания можно подробно не останавливаться. Приводы 19, 20 вращения пространственно расположены так, что выходные валы 27, 28 механизмов 25, 26 переключения обращены друг к другу, а оси Т, Т' вращения выходных валов 27, 28 лежат на одной общей прямой. Оба выходных вала 27, 28 соединены со входной стороной 29 редукторного узла 17 и воздействуют на зубчатое колесо (не показано), которое через промежуточное зубчатое колесо 30 на предусмотренном на выходной стороне 16 редукторного узла 17 зубчатом колесе (не показано) соединено с валом 6 барабана. Редукторный узел 17 служит поэтому для передачи крутящих моментов между выходными валами 27, 28 механизмов 25, 26 переключения и валом 6 барабана.

В случае наматывания гибкого тягового органа 4 на барабан 5 приводы 19, 20 вращения приводят вал 6 барабана, необходимое в случае разматывания гибкого тягового органа 4 с барабана 5 притормаживание последнего также может происходить за счет двигателей 21, 22 постоянного тока, которые тогда действуют как генераторы. Поскольку в результате этого кинетическая энергия вращающегося барабана превращается в электрическую энергию, можно при желании за счет обратного питания энергией таким образом добиться ее экономии. Существенное преимущество связи выходных валов 27, 28 механизмов 25, 26 переключения с валом 6 барабана через оснащенный зубчатыми колесами редукторный узел 17 состоит в том, что подъемный механизм, согласно изобретению, может эксплуатироваться в так называемом четырехквадрантном режиме. Под четырехквадрантным режимом подразумевается то, что как при подъеме, так и опускании находящегося на гибком тяговом органе 4 груза барабан 5 с помощью приводов 19, 20 вращения может быть как ускорен, так и приторможен. Механизмы 25, 26 переключения оснащены предохранительной муфтой (не показана), которая при перегрузке соответствующего приводного двигателя 21, 22 постоянного тока автоматически выбирает минимальное передаточное отношение между входными 23, 24 и выходными 27, 28 валами, с тем, чтобы минимизировать прикладываемый электродвигателями 21, 22 в этом рабочем состоянии крутящий момент. Предохранительная муфта сконструирована так, что на этой «первой» передаче созданное усилием пружины нагружение предотвращает выключение муфты независимо от имеющегося гидравлического давления, посредством которого муфта срабатывает, что, тем самым, обеспечивает передачу крутящего момента с входных валов 23, 24 на выходные валы 27, 28. Далее в подъемный механизм, согласно изобретению, встроено преимущественно отпускающее устройство (не показано), которое предназначено даже в процессе бурения опускать и поднимать буровой станок и которое устанавливает усилие прижима бурового станка к подошве скважины на нужное значение. Для этого отпускающее устройство может эксплуатироваться в следующих трех различных режимах:

а) «constant load», т.е. отпускающее устройство регистрирует усилие, с которым буровой станок прилегает к подошве скважины и регулирует его до заданного значения;

б) «constant speed», т.е. отпускание бурового станка происходит с постоянной скоростью;

в) «constant mud pressure», т.е. отпускающее устройство регулируют так, что давление промывочной жидкости для приводимого ею приводного двигателя бурового станка в процессе выемки является постоянным.

Подъемный механизм, согласно изобретению, оснащен далее двухфильтровой установкой (не показана), с помощью которой эффективно фильтруется гидравлическое масло, необходимое для работы деталей подъемного механизма с гидроприводом, например дискового тормозного устройства 13 и механизма 25, 26 переключения. Оба фильтра этой двухфильтровой установки встроены в проточные ветви, включаемые независимо друг от друга в гидравлический контур попеременно. Благодаря этому, когда у одного из обоих фильтров пропускная способность исчерпана, можно, не прерывая работу, произвести переключение на другой фильтр.

Изобретение относится к механизмам подъема и опускания грузов. Согласно изобретению в подъемном механизме, который может быть использован для опускания и подъема груза, в частности бурового станка, предусмотрен второй привод вращения с вращательным приводным двигателем и второй коробкой передач. Приводной вал вращательного второго приводного двигателя и входной и выходной валы второй коробки передач второго привода вращения лежат на одной общей прямой. Первый и второй приводы вращения расположены таким образом, что выходные валы обеих коробок передач обращены друг к другу и имеют одну общую ось вращения, а выходные валы коробок соединены с входной стороной редукторного узла. Изобретение обеспечивает повышение удобства использования механизма при одновременном уменьшении его длины. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Подъемный механизм для опускания и подъема груза, в частности бурового станка, содержащий гибкий тяговый орган (4), который закреплен на грузе, установленный с возможностью вращения вокруг оси (S) вращения барабан (5) для наматывания тягового органа (4) и, по меньшей мере, один первый привод (19) вращения, включающий в себя, по меньшей мере, один действующий через коробку (25) передач на барабан (5) вращательный приводной двигатель (21), с помощью которого барабан (5) на выбор приводится во вращение в направлении разматывания или наматывания тягового органа (4), причем первый привод (19) вращения по отношению к оси (S) вращения барабана (5) расположен рядом с барабаном (5) таким образом, что барабан (5) и привод (19) вращения, по меньшей мере, частично перекрываются в проекции перпендикулярно оси (S) вращения барабана (5), отличающийся тем, что предусмотрен второй привод (20) вращения с вращательным приводным двигателем (22) и второй коробкой (26) передач, причем приводной вал вращательного приводного двигателя (22) и входной (24) и выходной (28) валы второй коробки (26) передач второго привода (20) вращения лежат на одной общей прямой (G), и причем первый (19) и второй (20) приводы вращения расположены таким образом, что выходные валы (27, 28) коробок (25, 26) передач обращены друг к другу и имеют одну общую ось вращения, причем выходные валы (27, 28) соединены с входной стороной (29) редукторного узла (17).2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что приводной вал вращательного приводного двигателя (21) и входной (23) и выходной (27) валы коробки (25) передач лежат на одной общей прямой (G).3. Механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что барабан (5) жестко соединен с установленным с возможностью вращения валом (6) барабана.4. Механизм по п.3, отличающийся тем, что вал (6) барабана соединен с выходной стороной (16) редукторного узла (17), входная сторона (29) которого присоединена к выходному валу (27) коробки (25) передач.5. Механизм по п.4, отличающийся тем, что редукторный узел (17) представляет собой зубчатую передачу, которая для перекрытия расстояния между выходным валом (27) коробки (25) передач и валом (6) барабана содержит промежуточное колесо (30).6. Механизм по одному из пп.3-5, отличающийся тем, что вал (6) барабана одним концом присоединен к тормозному устройству механического действия, а другим концом - к тормозному устройству электромагнитного действия.7. Механизм по п.6, отличающийся тем, что тормозное устройство механического действия представляет собой дисковое тормозное устройство (13), а тормозное устройство электромагнитного действия - индукционный тормоз (18).8. Механизм по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что второй привод (20) вращения по отношению к направлению оси (S) вращения тормозного устройства электромагнитного действия расположен рядом с этим тормозным устройством.9. Механизм по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что коробка или коробки (25, 26) передач оснащена или оснащены предохранительным устройством, которое при превышении максимально допустимого крутящего момента на входном валу автоматически переключает редуктор на передачу наибольшего отношения частоты вращения входного вала к частоте вращения выходного вала.