Теоретично обгрунтовано необхідність і можливість використання індукційного гальма, суміщеного зі стрічково-колодковим гальмом бурової лебідки. Розроблено двовимірну електромагнітну модель індукційного гальма з масивним феромагнітним ротором (складової комбінованого гальма) із зонами ротора, статора, зазору між ними й обмотками збудження. Оцінено закономірності зміни його електричних і магнітних характеристик. Для комбінованого гальма встановлено режими роботи в лабораторних умовах і доведено його працездатність за закономірностями зміни: середніх величин динамічного коефіцієнта тертя та коефіцієнтів стабільності гальмівного моменту; величин коефіцієнтів коливання гальмівного моменту, ефективності та зведеної ефективності гальмування. Запропоновано метод систематизації експлуатаційних параметрів стрічково-колодкового гальма бурової лебідки з урахуванням їх причинно-наслідкового зв'язку залежно від частоти обертання гальмівного шківа. Розроблено принципові схеми контролю експлуатаційних параметрів стрічково-колодкового гальма бурової лебідки та дистанційного оперативного керування складовими комбінованого гальма.

Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень динамічної та теплової навантаженості багатопарних і фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок. Проаналізовано вплив конструктивних параматрів фрикційного вузла на деформації та згинальні моменти гальмівної стрічки, умови працездатності зовнішніх і внутрішніх пар тертя. Розглянуто питання щодо теплової навантаженості та втрати енергії гальмівним шківом. Розкрито особливості роботи багатоструменевих систем охолодження.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований динамической и тепловой нагруженности многопарных и фрикционных узлов ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок. Проанализорованы влияние конструктивных параметров фрикционного узла на деформации и сгибающие моменты тормозной ленты, условия работоспособности внешних и внутренних пар трения. Рассмотрены вопросы, касающиеся тепловой нагруженности и потери энергии тормозным шкивом. Раскрыты особенности работы многоструйных систем охлаждения.

Висвітлено результати теоретичних досліджень динамічної і теплової навантаженості нових фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок, описано методику розрахунку параметрів різних типів їх фрикційних вузлів. Проаналізовано вплив на рівень експлуатаційних параметрів фрикційних вузлів гальм конструктивних та експлуатаційних параметрів пар тертя, жорсткості гальмівної стрічки на параметри гальма. Наведено оцінку інтенсивності теплообміну під час природного охолодження фрикційних вузлів гальма.

Освещены результаты теоретических исследований динамической и тепловой нагрузки новых фрикционных узлов ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок, описана методика расчёта параметров разных типов их фрикционных узлов. Проанализированы влияние на уровень эксплуатационных параметров фрикционных узлов тормозов конструктивных и эксплуатационных параметров пар трения, жесткости тормозной ленты на параметры тормоза. Приведена оценка интенсивности теплообмена при природном охлаждении фрикционных узлов тормоза.

Досліджено теплонавантаженості зовнішніх і внутрішніх пар тертя стрічково-колодкового гальма з рухомими фрикційними накладками бурової лебідки. Зазначено, що дані дослідження базуються на наступних теоретичних засадах: теплоутворенні у фрикційних вузлах гальма, оцінці їх теплового балансу та термічного опору контакту зовнішніх і внутрішніх пар тертя, ефектах природного охолодження фрикційних вузлів. Проведено стендові експериментальні дослідження модельного нетрадиційного гальма за оцінки теплонавантаженості даних пар теря у разі природного та примусового їх охолодження. Встановлено закономірності впливу конструктивних та експлуатаційних параметрів нетрадиційного гальма на теплонавантаженість його пар тертя. Запропоновано методику оцінки інтенсивності природного теплообміну фрикційних вузлів гальма. Розроблено системи для примусового охолодження пар тертя гальма, які працюють на ефектах теплової труби та термоелектиричному.

Обгрунтовано необхідність і можливість вирівнювання питомих навантажень і поверхневих температур у різних типах фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок. Висвітлено динамічні процеси в багатопарних фрикційних вузлах гальма під час переходу від сил тертя спокою до сил тертя ковзання за умов взаємодії їх внутрішніх пар тертя. Встановлено закономірності зміни експлуатаційних параметрів залежно від динамічного коефіцієнта взаємного перекриття. Визначено коефіцієнти стабільності для динамічного коефіцієнта тертя та питомих навантажень у багатопарних вузлах тертя гальма. Запропоновано статичний і динамічний методи вирівнювання питомих навантажень у різних типах фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок, а також конструктивні рішення щодо зниження навантаженості гальмівних шківів.

Розв'язано статично невизначувану задачу щодо напружено-деформованого стану (НДС) ділянки гальмівної стрічки над і між фрикційними накладками, створено її математичну модель. Одержано залежності розподілу сил у контакті "стрічка - накладка", згинальних моментів і еквівалентних напружень від силової навантаженості та конструктивних особливостей ділянки фрикційного вузла. Змодельовано НДС фрикційної накладки та зношування її робочої поверхні, аналітично оцінено розподіл сил у контакті "накладка - гальмівний шків" за умов її зношування від силової навантаженості, коефіцієнта тертя й особливостей конструкції ділянки фрикційного вузла на стадіях припрацювання й усталеної роботи фрикційної пари. Одержано залежності розподілу питомого навантаження у контакті "накладка - шків" від зміни навантаженості ділянки фрикційного вузла та її конструкції. Створено модель деформації фрикційного вузла у розімкненому стані та на початку гальмування. Установлено взаємозв'язок між розміщенням і силовою дією пристроїв регулювання зазора між парами тертя та зношуванням накладок.

Показано можливість зниження динамічної та теплової навантаженості стрічково-колодкових гальм лебідок бурових установок за рахунок використання нового типу фрикційного вузла стрічково-колодкового гальма. Виконано математчний опис динамічних процесів на першій та другій стадіях гальмування нового типу фрикційного вузла та одержано аналітичні залежності для визначення його основних експлуатаційних і конструктивних параметрів сил тертя, зусиль натягів набігаючої та збігаючої гілок стрічки, гальмівних моментів, радіуса та ширини ободу гальмівного шківа. Розроблено метод для визначення теплових втрат від поверхонь гальмівних шківів. На підставі результатів проведених експериментальних досліджень нового багатопарного фрикційного вузла гальма встановлено закономірності зміни питомих навантажень, поверхневих температур, коефіцієнтів тертя, зношування зовнішніх і внутрішніх поверхонь фрикційних вузлів гальма. Визначено закономірності впливу статичного та динамічного коефіцієнтів взаємного перекриття зовнішніх і внутрішніх пар тертя на величини сил тертя, його коефіцієнти, поверхневі температури та тривалість гальмування на різних стадіях. Для зниження теплової навантаженості фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок розроблено конструкцію охолодження гальмівного шківа за рахунок використання термоелектричного ефекту.

Уперше запропоновано методики розрахунку основних експлуатаційних параметрів (зусиль натягів і деформацій гальмівної стрічки, загальної деформації елементів гальмівної системи, відстані між накладками, охопленими і неохопленими гальмівною стрічкою під час завершення процесу гальмування) гальма з рухомими фрикційними накладками. Установлено закономірності зміни експлуатаційних параметрів гальма з рухомими фрикційними накладками залежно від їх ширини. Розвинуто елементи теорії перерозподілу питомих навантажень та вирівнювання теплонавантаженості в парах тертя набігаючої та збіжної гілки стрічки серійного гальма. Удосконалено та запропоновано пристрої для підвищення ефективності затягування гальмівної стрічки, а також збільшення коефіцієнта взаємного перекриття пар тертя та високоефективного їх охолодження.

Изложены результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований высокоэффективных усовершенствованных и новых функциональных узлов ленточно-колодочных тормозов (ЛКТ) буровых лебедок. Рассмотрена работа пар трения ЛКТ с усовершенствованными тормозными лентами и шкивами или фрикционными узлами. Проанализированы электротермические процессы и явления при взаимодействии металлополимерных пар трения тормозов. Внимание уделено расчету конструктивных и эксплуатационных параметров различных типов фрикционных узлов ЛКТ. Рассмотрены конструкция и особенности работы дополнительных индукторных систем ЛКТ. Приведены методы и средства выравнивания удельных нагрузок во фрикционных узлах ЛКТ. Даны сведения о перспективных высокоэффективных фрикционных узлах тормозных устройств.

Розглянуто завдання зниження енергонавантаженості металополімерних пар тертя стрічково-колодкових гальм (СКГ) лебідок бурових установок. Детально проаналізовано явище і процеси нанотрибологічного характеру в парах тертя СКГ на основі використання біполярних фрикційних елементів, які вмонтовані у гальмівні шківи бурових лебідок. Здійснено аналіз процесів, що відбуваються з компонентами полімерних матеріалів за змінення електричних полів та у разі взаємодії ділянок металополімерних пар тертя СКГ. Запропоновано пристрій електротермостимульованої деполяризації взаємодіючих ділянок металополімерних пар тертя СКГ лебідок бурових установок, який в порівнянні з традиційними конструкціями СКГ лебідок бурових установок має ряд переваг. Досягнуто зниження енергонавантаженості металополімерних пар тертя запропонованої конструкції СКГ на різних режимах їх навантаження, що дозволило експлуатувати фрикційні накладки гальма за поверхневих температур, нижче допустимих для їх матеріалів. Це дозволило не тільки зменшити сили тертя, але і стабілізувати знософрикційні характеристики фрикційних вузлів СКГ. В цьому разі відбувається зменшення зносу робочих поверхонь фрикційних накладок СКГ лебідок бурових установок.

Розглянуто конструкції пристроїв і систем для примусового охолоджування пар тертя барабанно- і стрічково-колодкових гальм, що працюють на ефекті теплової труби. Наведено принцип роботи гальмівних пристроїв. Використання двоступінчастого стрічково-колодкового гальма в буровій лебідці надає змогу істотно поліпшити не тільки динаміку гальмування, але й зносо-фрикційні характеристики зворотних пар тертя першого ступеня гальма за рахунок інтенсивного охолоджування. Розглянуто стадії гальмування двоступінчастим стрічково-колодковим гальмом. Розглянуто роботу двоступінчастих гальм в різних гальмівних режимах.

Запропоновано метод визначення динамічних експлуатаційних параметрів стрічково-колодкових гальм. В основу методу покладено поліноміальний закон зниження швидкості обертання гальмівного шківа. Розглянуто триперіодну тахограму спуску бурильної колони на довжину однієї свічки. Експлуатаційні параметри гальма сформовано послідовно у групи. Розглянуто першу групу експлуатаційних параметрів - швидкісно-динамічних.

Працездатність комбінованої гальмівної стрічки в стрічково-колодковому гальмі бурової лебідки розглянуто з точки зору динаміки взаємодії поверхонь основної і додаткової стрічок. Взаємодія враховує сили контактного тертя та розтягу набігаючих гілок гальмівних стрічок (що не мають збігаючої гілки), які викликають змішане зміщення їх поверхонь, тобто зміщення першого та другого роду. Досягнуто підвищення ефективності гальма за рахунок цілеспрямованого використання основної і додаткової гальмівної стрічки під час розтягування, а також використання нових зон взаємодії "внутрішня поверхня додаткової гальмівної стрічки - зовнішня поверхня основної гальмівної стрічки", "внутрішня поверхня основної гальмівної стрічки - неробоча поверхня фрикційних накладок" для одержання багатопарних вузлів тертя в процесі гальмування. В цьому разі спостерігалося зменшення співвідношення натягів набігаючих гілок комбінованої гальмівної стрічки, що дозволило квазівирівняти питомі навантаження по її довжині.

Для оцінювання темпів нагрівання й охолодження ободів металевих фрикційних елементів гальмівних пристроїв (МФЕГП) використано метод регулярного режиму. Проілюстровано особливості визначення теплових характеристик МФЕГП. Установлено дольову частка кожного з видів теплообміну. Наведено закономірності зміни температур по шарах обода гальмівного шківа в часі. Вказано на темпи нагрівання обода та бічної стінки задніх гальмівних барабанів автотранспортних засобів. Проілюстровано можливість потрапляння обода гальмівного барабана в термостабілізаційну зону на тривалий проміжок часу. Картину темпів нагрівання та охолодження ободів металевих фрикційних елементів важливо знати під час удосконалення існуючих та конструювання нових гальмівних пристроїв, а також дослідження режимів експлуатації їх пар тертя.

Розглянуто особливості конструкції та роботу індукторного гальма (ІГ) як допоміжного у системі стрічково-колодкового гальма. Наведено розрахунковий гальмівний момент ІГ і встановлено закономірності його зміни. Проілюстровано порівняльний аналіз діаграми опускання бурильної колони з підключенням гідро- та ІГ наприкінці періоду розгону. Встановлено закономірності розповсюдження теплових хвиль із поверхонь обода шківа в його товщину та порівняно варіанти їх взаємодії під час роботи комбінованого гальма.

За допомогою методів скінченноелементного і кореляційно-регресійного аналізу досліджено вплив навантаження і конструктивних параметрів фрикційного вузла стрічково-колодкового гальма на розподіл напружень у робочому і неробочому контактах фрикційної накладки. Виявлено, що підвищення рівномірності розподілу контактних напружень і зношування фрикційної накладки по її довжині можна досягти шляхом зменшення відстані між накладками і вибором оптимальної товщини гальмівної стрічки.

Наведено аналітичні дослідження визначення точки початкової взаємодії робочої поверхні фрикційної накладки гальмівної стрічки з робочою поверхнею гальмівного шківа, а також точки прикладання сумарного питомого навантаження на робочій поверхні накладки. Наведено особливості конструкції незалежного канатного кріплення фрикційних накладок до гальмівної стрічки.

Наведено результати експериментальних досліджень ефективності електромагнітного індукторного гальма у разі сумісної роботи зі стрічково-колодковим гальмом за стендових умов.

Наведено визначення взаємозв'язків фаз векторів електричного та магнітного полів в ободі шківа (ОШ), а також загальну оцінку теплової енергії, яка розвивається в ОШ. Визначено температури зовнішньої поверхні ОШ і його приповрехневого шару у процесі роботи індукторного гальма. За допомогою методу Е. Шмідта визначено температури шарів з боку його робочої поверхні у процесі роботи стрічково-колодкового гальма (СКГ). Встановлено, що темп нагрівання робочої поверхні ОШ є набагато вищим, ніж зовнішньої його поверхні. Підтверджено можливість використання індукторного гальма разом із СКГ.

Розглянуто стрічково-колодкове гальмо, в якому фрикційні накладки не з'єднані зі стрічкою, а рухомо розміщені на циліндричній поверхні шківа. Накладки утримуються на барабані за допомогою напрямних, які гвинтами кріпляться до шківа. У результаті теоретичних досліджень одержано залежності для визначення тривалості періодів гальмування фрикційними парами шків-накладка та накладка-стрічка, а також основні силові залежності, необхідні для оцінки силової навантаженості гальма в різні періоди процесу гальмування.