На рисунке 3 показан КПП со снятой крышкой установки
БУ-2500.
Рисунок 3 - Коробка передач БУ-2500
Внутри корпуса 1 КПП установлены ведущий 4 и ведомый 3 валы, каждый на двух роликовых подшипниках, редуктор 2 привода ротора, звездочка реверса 7, система смазки. Вал 4 приводит во вращение звездочку 6 включением муфты 5.
На конусной части ведущего вала 4 на шпонках закреплено цепное колесо, через которое при помощи наклонной трехрядной цепной передачи ведущий вал получает вращение от силового привода.
Первые три цепных звездочки на этом валу закреплены на шпонках и при помощи цепей передают вращение ведомому валу 3 через цепные колеса, сидящие на валу свободно на роликовых подшипниках.
Включение большего колеса 10 (тихой скорости) осуществляется муфтой ШПМ-7009, двух следующих колес 11 (обратное вращение) и 12 (вторая скорость) - зубчатой двусторонней муфтой, установленной между ними.
Рукоятка передвижения этой муфты находится на крышке корпуса. Передвижение муфты - ручное механическое.
Таким образом, ведомый вал КПП получает три частоты вращения, которые через трехрядное цепное колесо, закрепленное на консольной части вала, могут быть поочередно переданы бурилыциком на подъемный вал лебедки. Переходить на вторую скорость, а затем и на третью осуществляется с помощью двусторонней зубчатой 12 и фрикционной 5 муфт и включения цепных передач 11 и 6.
Вращение роторного стола производится от ведущего вала КПП с помощью трехрядной цепи и цепного колеса 14, находящегося на ведомом валу и передающего его при помощи цепи валу редуктора 2 с коническим зацеплением для привода ротора. Редуктор 2 находится внутри КПП и состоит из корпуса, в котором смонтированы под углом 90° два вала. Один - приемный, расположен в подшипниках параллельно осям двух основных валов коробки. Между подшипниками установлено колесо для трехрядной цепи, а за подшипником на консольной части вала находится коническая шестерня. Второй вал расположен тоже на двух подшипниках, вблизи одного из которых на валу находится аналогичная коническая шестерня в зацеплении с шестерней приемного вала.
трансмиссия муфта буровой ремонт
Для соединения трансмиссионных валов применяют сцепные управляемые и постоянные соединительные муфты.
Сцепные муфты, предназначенные для соединения и разобщения валов, должны обеспечивать быстрое, но плавное включение, надежность соединения при включении, иметь легкие управление и регулировку, высокую износостойкость, малые массу и диаметральные размеры для уменьшения маховых моментов. В качестве сцепных применяют фрикционные, зубчатые, электромагнитные и кулачковые муфты.
Рисунок 4 - Сухая фрикционная дисковая муфта
Наиболее широко распространены фрикционные муфты, обеспечивающие плавное включение при большой разнице угловых скоростей соединяемых валов за счет пробуксовки ведомого вала. В трансмиссиях буровых установок применяют сухие и масляные дисковые, а также шинно-пневматические фрикционные муфты. Простые по конструкции конусные муфты используют редко, так как они требуют более точной соосности соединяемых валов и передают значительные осевые усилия на опоры при включении.
В трансмиссиях установок геологоразведочного бурения широко применяют постоянно разомкнутые сухие муфты (рис. 4).
Ведущий вал 2 муфты сцепления соединен с приводным валом упругой муфтой 1. Ведущие диски 8 имеют зубчатое соединение с валом 2, а ведомые б - с зубчатым венцом 7, жестко связанным с ведомым валом фрикциона. На валу 2 на резьбе посажена крестовина 11, в проушинах которой на пальцах 4 установлены кулачки 5.
Муфта включения 13 смонтирована на подвижной втулке 12 и перемещается вдоль вала вилкой 14, жестко связанной валиком 15 с рукояткой управления фрикционом. При передвижении муфты 13 по валу звенья 3 поворачивают кулачки 5 относительно пальцев крестовины. Включение фрикциона производится перемещением муфты 13 вправо; при обратном ее движении диски расцепляются пружинами 9.
Усилие прижатия дисков регулируется перемещением крестовины 11 по резьбе вала 2. Крестовина фиксируется на валу винтом 10.
Масляные фрикционные муфты имеют более стабильный коэффициент трения, так как их фрикционные поверхности работают в масляной ванне. Фрикционными парами в этих муфтах могут быть закаленная сталь по закаленной стали, бронза по стали или чугуну, металлокерамические материалы по стали.
Вследствие лучшего отвода тепла масляные муфты имеют до 10-12 дисков, благодаря чему отличаются малыми диаметральными размерами и массой.
В качестве муфт сцепления в КПП цепных передач используются пневматические, кулачковые муфты которые служат для соединения или разъединения валов (на ходу или во время остановки) с помощью специальных управляющих устройств.
Принципиальная схема цилиндрической
шинно-пневматической муфты (рисунок 5).
Рисунок 5 - Пневматическая муфта
Между ведущей 1 и ведомой 2 полумуфтами помещается резинокордный баллон 4, прикрепленный к полумуфте 1. На внутренней поверхности баллон несет фрикционные накладки 3. При поступлении сжатого воздуха через штуцер 5 в камеру баллона последний расширяется и колодки прижимаются к полумуфте 2 с силой, обеспечивающей передачу заданного крутящего момента.
Баллон может быть закреплен и на полумуфте 2. При этом колодки располагают на внешней стороне баллона. В первом случае муфта называется обжимной, во втором - разжимной. В разжимных муфтах центробежная сила, действующая на колодки, с одной стороны, повышает давление на трущихся поверхностях, с другой препятствует размыканию муфты при выключении.
В радиальных шинно-пневматических муфтах резинокордный баллон непосредственно воспринимает действие передаваемого окружного усилия, благодаря чему они приобретают все свойства упругих муфт.
Баллон представляет собой резинокордную оболочку, имеющую в поперечном сечении форму загнутого овального кольца. Внутренняя эластичная резиновая камера 1 предназначена для обеспечения герметичности. Баллон армирован каркасом 2, который обеспечивает необходимую прочность и устойчивость его профиля при действии облицованные фрикционными накладками 5.
Шестерня z2, получающая вращение от зубчатого колеса z4, посажена на вал 1на подшипниках и вилкой 2 может перемещаться относительно втулки 3. На торцах шестерни z2 имеются внутренние зубчатые венцы для соединения с полумуфтами z1 и z3, жестко закрепленными на валах 1 и 4. В крайнем левом положении шестерни z2 вращение передается валу 1, в среднем- одновременно обоим валам, в крайнем правом - валу 4.
Кулачковые муфты создают жесткое соединение валов, и если включение их производится на ходу, то повышение угловой скорости ведомого вала до скорости ведущего осуществляется за очень короткий промежуток времени. Включение кулачковых муфт возможно лишь при определенных угловых положениях одного вала относительно другого.
Преимуществами кулачковых муфт являются малые габариты
и отсутствие относительного поворота соединяемых валов. Основной недостаток
кулачковых муфт - невозможность их включения на ходу при большой разности
угловых скоростей ведущего и ведомого вала.
Рисунок 6 - Радиальная шинно-пневматическая муфта.
Кулачковые муфты различаются: с кулачками на торцевых поверхностях, зубчатые, шпоночные с вытяжной, шпоночные с поворотной шпонкой.
Включение и выключение зубчатых и кулачковых муфт требуют практически полной остановки соединяемых деталей и снятия нагрузки.
Фрикционные муфты осуществляют передачу крутящего момента от ведущего вала к ведомому при помощи сил трения, создаваемых на контактных поверхностях сцепляющихся частей муфты. В нерабочем состоянии муфты, контактные поверхности не находятся в сцеплении. Включение муфты производится прижатием друг к другу указанных поверхностей, а выключение их разъединением. В период включения происходит взаимное скольжение контактных поверхностей, которое прекращается после уравнивания угловых скоростей ведомой и ведущей частей. Некоторое проскальзывание возможно во время работы муфты при внезапном возрастании крутящего момента.
В нерабочем состоянии муфты, контактные поверхности не находятся в
сцеплении. Включение муфты производится прижатием друг к другу указанных
поверхностей, а выключение их разъединением. В период включения происходит
взаимное скольжение контактных поверхностей, которое прекращается после
уравнивания угловых скоростей ведомой и ведущей частей. Некоторое
проскальзывание возможно во время работы муфты при внезапном возрастании
крутящего момента.
Рисунок 7 - Зубчатая двусторонняя сцепная муфта
Основные требования, предъявляемые к коробкам передач:
При наружном осмотре редуктора устанавливают, нет ли утечки масла, механических повреждений корпуса, болтов фундамента, проверяют состояние маслоуказателей, манометров, а также вибрацию, шум и толчки в зацеплении и т.д.
Плоскости соединения крышек с корпусом, стаканов подшипников валов с корпусом должны быть герметичными.
Все уплотнения крышек подшипников и крышек корпуса коробки перемены передач должны быть новыми и не допускать течи масла во время работы.
Цепные и зубчатые передачи должны работать плавно с равномерным гудящим шумом. Удары и перекаты не допускаются.
После обкатки коробки передач зона касания зубьев зубчатых колес реверса должна быть по длине не менее 50% и по высоте - 40%.
Болты, гайки и шпильки должны быть затянуты до отказа.
Картер и коробок передач должен быть покрашен маслостойкой краской.
Коробки передач должны быть покрашены стойкой краской, а трущиеся поверхности деталей и валы смазаны антикоррозионной смазкой или солидолом.
После сборки коробки скоростей особое внимание должно быть уделено системе управления включения скоростей, реверсированию и блокировке управления, при которой невозможно одновременное включение двух разных скоростей.
Техническое обслуживание коробок перемены передач состоит в своевременной смазке узлов и замене отработанного масла. Сюда же относится ликвидация неплотностей в системе смазки. Смену масла обычно производят через 6 мес., а долив его - в зависимости от уровня, который необходимо контролировать каждую вахту. Циркуляционная смазка осуществляется шестеренным насосом с наружным или внутренним зацеплением. Масло, поступающее к точкам смазки, проходит через фильтр. Для защиты системы смазки от высокого давления, что может быть следствием засорения фильтра или маслопровода, на нагнетательной линии масляного насоса устанавливают перепускной клапан. На всасывающей линии может быть установлен обратный клапан, что позволяет обходиться без заливки насоса перед пуском в случае его износа, так как столб масла во всасывающей линии держится постоянно. Давление масла в нагнетательной линии замеряют манометром. Для наблюдения за подачей масла к точкам смазки на трубах устанавливают указатели течения, отклонение флажка которых свидетельствует о подаче масла. При нормальной работе масляной системы флажки всех указателей должны колебаться в пределах красной черты, нанесенной на корпус указателя течения; При установке валов привода ротора регулируется зацепление конической пары зубчатых колес. Регулировку бокового зазора осуществляют подбором прокладок между конической шестерней и упорным кольцом подшипника. Зазор должен быть в пределах 0,2-0,6 мм. При этом проверяют правильность зацепления зубьев колес на краску. Пятно касания зубьев должно быть по длине не менее 5о% и по высоте-40%. Валы должны свободно, без заеданий вращаться в подшипниках от усилия одного рабочего.
Давление в нагнетательной линии должно находиться в пределах 0,15-0,25 МПа, а температура масла не должна превышать 70°С.
Основные виды разрушения деталей КПП:
-деформация и изломы, возникающие при чрезмерном увеличении напряжений в материале деталей, превосходящих предел текучести или предел прочности. Деформация материала сопровождается изменением формы и размеров детали;
механический износ, проявляющийся в результате взаимодействия трущихся пар,
коррозионные повреждения,
коррозионно-механические повреждения.
В процессе эксплуатации редукторов наибольшему износу подвергаются цепи передач, шинно-пневматические муфты, зубчатые колеса, звездочки цепных передач и подшипники.
Характерными дефектами зубчатых колес редукторов являются износ, задиры и риски на рабочих поверхностях, смятие шпоночных канавок, коробление или погнутость. Кроме того, в корпусе могут появиться трещины.
Шестерни могут иметь изношенные поверхности зубьев, полную или частичную поломку одного или нескольких зубьев, а также трещины в ободе или ступице. Причинами поломки зубьев шестерен являются перегрузка, неправильный монтаж, что вызывает одностороннюю нагрузку, попадание между зубьями твердых предметов и др.
Зубья звездочек и шестерен, цепи не должны иметь трещин, заусенцев и вмятин; пластинчатые цепи должны быть подвижны во всех шарнирных соединениях.
Зубчатые пары подвержены как механическому износу (истирание металлических пар), так и деформации и излому. Зубчатые пары изготавливают из углеродистых легированных сталей со средним содержанием углерода (45, 40Х, 40Х 4, 30ХН 3А) с последующей цементацией и из углеродистых и легированных сталей с низким содержанием углерода (15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН 3А, 15ХФ, 18ХГТ). Подвергаются улучшению, термообработки 190 ÷ 230 НВ
Цепи. Пластины подвержены деформационному износу, растяжению. Ролики испытывают контактные усталостные повреждения, их изготовливают из цементируемых сталей 10, 20, 12ХН 3А, 20ХН 3А, 30ХН 3А с термообработкой до твердости HRC 40÷45. Пластины исполняют из среднеуглеродистых и легированных сталей 40, 45, 50, 30ХН 3А с закалкой до твердости HRC 32÷44.
Цепные колеса испытывают осевые динамические, вибрационные нагрузки, Цепные колеса изготавливают из среднеуглеродистых и легированных сталей 40, 45, 50Г 2, 35ХГСА, 40ХН с закалкой до твердости HRC 50÷60.
В ременных передачах в основном изнашиваются ремни, так как они работают при условии постоянного натяжения, а при изменениях скорости вращения валов в момент запуска ремни проскальзывают, тем самым вызывая растяжение и истирание ремней. Корды ремней исполняют из полиамидных волокон и стальных тросов.
При выборе стали на изготовление валов КПП предусматривается статистическое нагружение и требуется повышенная ее износостойкость и преимущество следует отдать высоколегированной стали.
При отсутствии особых требований в отношении габаритов, выбирают материалы со средними механическими характеристиками. Например, шестерня - сталь 45, термообработка улучшение, НВ 230, колесо - сталь 45, термообработка улучшение, НВ 200.
Для уменьшения габаритов можно использовать такие материалы: шестерня - сталь 40ХН, термообработка - объёмная закалка HRC 50.
Недостатками ШПМ являются чувствительность камеры к попаданию нефтепродуктов, щелочей и кислот, старение резины при длительном хранении