Исполнительный механизм подачи бурового инструмента Советский патент 1988 года по МПК E21B19/08 B66D5/02 

. SudA

22

П

ГЭ

00

00

N

СО

4

К

Изобретение относится к подъемным механизмам, а именно к тормозным лебедкам подачи бурового инструмента, и позволяет повысить надежность и удобс- во эксплуатации исполнительного механизма путем обеспечения возможности отключения кинематической связи троса с тросоприемным бараба ном при ручном управлении тормозной системой. Перематывание троса 17 тросоприемным барабаном обеспечивается за счет фрикционного сцепления между ними, возникающего от воздействия упругой силы пружины 22 на один конец троса и массы груза 20, подвешенного к тормозному рычагу 21, связанному с противоположным концом троса 17. В результате ручного вмешательства в работу исполнительного механизма силы натяжения троса стремятся к нулю, происходит пробуксовка троса 17 относительно тросоприемного бара- , бана, что исключает перематывание троса, резкое растормаживание барабана лебедки и падение бурильной колонны. 2 ил. Q € (Л

/Vy / X X X VXX /V // V X y XXX X / /VVXX X

Фиг. 2

Изобретение относится к подъемным устройствам, а именно к тормозам лебедок подачи бурового инструмента.

Целью изобретения является повышение надежности и удобства эксплуатации исполнительного механизма путем обеспечения возможности отключения кинематической связи троса с тро- соприемным барабаном при ручном управлении тормозной системой.

На фиг. 1 изображен исполнительный механизм подачи бурового инстру- MeHTaj на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Исполнительный механизм подачи бу- чивается редуктором 5 за счет его

рового инструмента содержит основание 1, на котором посредством шарнира 2 закреплен основной корпус 3 с приводом 4, связывающим корпус .3 с основанием 1.

Внутри основного корпуса 3 смонтирован редуктор 5, корпус 6 которого снабжен опорами 7 и 8 качения, посредством которых он смонтирован в основном корпусе 3. Быстроходный вал 9 редуктора 5 посредством муфты 10 соединен с валом электрического двигателя 11. Тихоходный вал 12 редуктора 5 снабжен фрикционным прижимным роликом 13, который посредством привода А прижат к тормозному шкиву 14 барабана 15 лебедки. На корпусе 6 редуктора. 5 смонтирован тросоприем-, ный барабан 16 с тросом 17, который через направляюпщй ролик 18, рукоятку 19 и груз 20 связан с тормозным рычагом 21. Свободный конец троса 17 намотанного на тросоприемный барабан 16, соединен с пружиной 22 растяжения, жестко прикрепленной к корпусу 23 буровой лебедки. Питание электродвигателя 11 осуществляется по кабелю 24,

Исполнительный механизм подачи бурового инструмента работает следующим образом.

Перед началом подачи бурового инструмента барабан 15 лебедки под действием груза 20, создающего усилие на тормозном рычаге 21, находится в заторможенном- состоянии. При этом посредством привода 4 поступательного перемещения основной корпус исполнительного механизма поворачивается на шарнире 2 так, что ционный прижимной ролик 13 вводится в силовое зацепление со шкивом 14 (ребордой) барабана 15 лебедки. Так как натяжение троса барабана 15 ле

бедки, создаваемое весом бурового инструмента, меньше тормозного усилия, развиваемого тормозным рычагом 21 с грузом 20, опускания бурового инструмента не происходит.

Для осуществления подачи бурового инструмента на pvriM электродвигателя 11 по кабелю 24 подают управляющее напряжение От блока управления, реализующего тот или иной закон регулирования. На быстроходном валу 9 редуктора 5 электродвигателя 11 создается крутящий момент, который увелипередачи и прикладывается к шкиву 14 барабана 15 лебедки через тихоходный вал 12 редуктора 5 и фрикционнвш ролик 13.

0 Так как крутящий момент, развива- емьш электродвигателем 11 на тихоходном валу 12 редуктора 5, меньше тор-. мозного усилия, а вал электродвигателя 11 вращается, корпус 6 редукто5 ра 5 под действием сил реакции от крутящего момента, развиваемого на его заторможенном тихоходном валу 12, начинает вращаться в направлении, противоположном направлению

0 вращения электродвигателя 11, при этом за счет силы трения между тро- соприемньм барабаном 16, смонтированным на корпусе 6 редуктора 5, и тросом 17, величина которой определяется весом груза 20 и упругостью

5 пружины 22, трос 17 наматьшается на тросоприемный барабан 16. Усилие на-, тяжения троса передается с помощьк направляющего ролика 18 на тормозной рычаг 21 с грузом 20.

Для обеспечения вращения корпуса 6 редуктора 5 он выполнен подвижным относительно основного корпуса 3 исполнительного механизма благодаря его посадке на подшипниках 7 и 8. Фиксация положения (неподвижность) корпуса 6 в отсутствие управляющего напряжения обеспечивается натяжением троса 17 и трением в передачах редуктора и в электродвигателе.

0 ,

Как только барабан 16 вместе с

корпусом 6 начинает вращат ься, наматывая трос 17, тормозной рычаг 21 с грузом 20 начинает перемещаться вверх 5 и растормаживает барабан 15 лебедки до тех пор, пока суммарные силы, приложенные к барабану лебедки, обусловленные весом бурового инструмента и крутящим моментом, развиваемым на

0

фрикционном ролике 13, не превзойдут тормозных усилий, развиваемых тормозным рычагом 21с грузом 20, после чего происходит трогание барабана 15 лебедки и его вращение.

Реборда 14 тормозного шкива барабана 15 лебедки при этом начинает вращать прижимной ролик 13 исполнительного механизма. Скорость вращения вала 12 при этом вбзрастает, что вызывает снижение скорости вращения тросоприемного барабана 16, уменьшение механического момента, передаваемого от корпуса 6 на этот барабан, и, следовательно, уменьшение натяжного усилия, передаваемого через трос 17 к рычагу 21, что уменьшает дальнейший подъем тормозного рычага 2Гс грузом 20 и, следовательно, снижает растормаживание лебедки и дальнейшее увеличение скорости ее вращения. В этом проявляется влияние отрицательной обратной связи. При пропорциональном выравнивании окружных скоростей лебедки и вала электродвигателя 11 корпус 6 редуктора 5 и тросо- приемный барабан 16 становятся неподвижными. При этом становится неподвижным тормозной рычаг 21 с грузом,, дальнейшее растсфмаживание лебедки прекращается, вращение барабана 15 лебедки, а следовательно, и подача бурового инструмента принимают характер установившегося движения.

При увеличении CKopiocTH вращения барабана 15 лебедки сверх скорости установившегося режима (это возможно, например, за счет уменьшения коэффициента трения тормозньсс колодок и тормозного шкива 14 лебедки или за счет снижения скорости вращения электродвигателя 11) скорость вращения вала 12 увеличивается по сравнению с той, которую он может получить от ведущего вала 10 через

I

редуктор 5 при заданном уровне управляющего напряжения на электродвигателе 11 от управляющего блока (не показан). При этом корпус 6 редуктора и тросоприемный барабан 16 начинают вращаться, меняя направление вращения таким образом, что трос- 17 сматьшается с барабана 16, позволяя рычагу 21 осуществлять притормаживание под действием груза 20. Скорость вращения лебедки уменьшается до тех пор, пока скорости вращения барабана 15 и электродвигателя 11 снова не вы

равняются (с учетом коэффициента передачи).- Таким образом, скорость вращения барабана 15, а следовательно, и подача бурового инструмента становятся пропорциональны скорости вращения вала электрического двигателя 1 1 .

Нарушение баланса скоростей приводит к растормаживанию или затормаживанию барабана лебедки и, следовательно, к ускорению или замедлению подачи бурового инструмента. При этом управление подачей бурового инструмента электромеханическим исполнительным механизмом осуществляется посредством имеющихся в нем элементов жесткой отрицательной обратной связи.

Для управляемого изменения скорости подачи бурового инструмента блок управления, обрабатывающий закон регулирования (действуюш ий по программе), должен изменить управляющее напряжение на электродвигателе 11, которое подается по кабелю 24.

В результате ручного вмешательства в работу исполнительного механизма сила натяжения троса 17 стремится к нулю, что приводит к резкому снижению сил трения между тросоприемным барабаном 16 и тросом 17. В результате при вращении тросоприемного барабана 16 и подаче бурового инструмента трос 17 не сматывается (наматывается) и не оказывает влияния на управление рукояткой тормоза буровой лебедки. Кроме того, отсутствие полного схватывания троса 17 с барабана 16 предотвращает изменение направления его намотки и, следовательно, переход отрицательной обратной связи в положительную, что в конечном итоге предотвращает аварии, связанные с падением бурового инструмента в скважину.

Если подъем бурового инструмента из ствола скважины происходит при включенном исполнительном механизме (ручка 19 с тросом 17 и грузом 20 сняты с тормозного рычага 21), то наматывания троса 17 на тросоприем- вый барабан не происходит из-за отсутствия сил трения между тросом 17 и тросоприемным барабаном 16, а следовательно, не происходит обрыв троса 17 и выхода из строя редуктора 5.

Формула изобретения

Исполнительный механизм подачи бурового инструмента по авт. св. № 945395, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и удобства эксплуатации путем

5 6

Г2

т

обеспечения возможности отключения кинематической связи троса с тросо- приемным барабаном при ручном управлении тормозной системой, он снабжен пружиной растяжения, одним концом связанной с лебедкой, а другим концом - с тросом.

Фиг.1