Повышение эффективности работы подъемных автомобильных установок с использованием бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий - Статья

Детально розглянута кінематична схема механічної трансмісії установки типу УПА на базі шасі автомобіля КРАЗ-63221-02, призначена для виконання ремонтних операцій на гирлах нафтогазових свердловин. Детально рассмотрена кинематическая схема механической трансмиссии установки типа УПА на базе шасси автомобиля КРАЗ-63221-02, предназначенная для выполнения ремонтных операций на устьях нефтегазовых скважин. Выполнен динамический анализ предлагаемых схем при выполнении ремонтных операций «спуск - подъем» на скважинеНа территории Украины разработчиками и производителями данных мобильных машин является Харьковский завод транспортного оборудования (ХЗТО), выпускающий на шасси автомобилей КРАЗ установки подъемные автомобильные типа УПА-60, УПА-80ПХ, осуществляющие подъем и опускание колонны из труб весом 60 и 80 тонн. Неотъемлемой частью каждого транспортного средства, будь то автомобиль, трактор, специальный подвижной состав, установка подъемная автомобильная или другие средства имеющие движитель, они оснащены таким неотъемлемым элементом как трансмиссия, которая существенным образом влияет на технические характеристики машины, ее эр-гономичность, экономичность, и другие показатели. Проанализировав установки подъемные автомобильные (УПА), бывшего СССР, России, США, Германии [1], Украины [2, 3], следует, что они предназначались для освоения текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин, и обеспечивают проведение следующих операций: переезд от скважины к скважине; монтаж - демонтаж на скважине; спуско-подъемныеоперации.Основнаяконструктивнаясхема трансмиссий УПА является механическая трансмиссия, состоящая из системы «двигатель - механическая трансмиссия - лебедка» которая устанавливается на шасси автомобиля либо трактора. Установка имеет восемь скоростных диапазонов передач в транспортном режиме движения, и технологическом режиме работы «подъем», которые обеспечиваются ступенчатой механической трансмиссией, а технологический режим работы «спуск» обеспечивается ленточными тормозами лебедки (рис. Анализ динамических параметров трансмиссий с использованием зарубежных гидроагрегатов, при выполнении технологического режима «спуск» груза, описываются приведенным ниже образом: Система уравнений, описывающая угловое ускорение «спуска» груза с использованием зарубежных гидроагрегатов: где I - приведенный к валу барабана лебедки момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс; e - угловое замедление вала барабана лебедки; МВР - крутящий момент вала барабана лебедки; МСОПР - момент сопротивления при подъеме груза.Предложены принципиальная и кинематические схемы бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий для установок типа УПА с использованием импортной и отечественной гидроаппаратуры. Особенностью данных схем является: бесступенчатое регулирование скорости подъема и спуска труб, при выполнении ремонтной операции; уменьшение числа диапазонов передач с восьми до двух, что в свою очередь повысит производительность и эргономику установки.

Постоянная добыча нефти и газа ведет к увеличению их глубин залегания, что в свою очередь приводит к повышению веса труб, по которым добываются соответствующие виды топлива. Каждая скважина требует своевременногообслуживания,основнымвидомкото-рого является плановые ремонтные работы. Для выполнения поставленной задачи используются специальные установки подъемные автомобильные.

На территории Украины разработчиками и производителями данных мобильных машин является Харьковский завод транспортного оборудования (ХЗТО), выпускающий на шасси автомобилей КРАЗ установки подъемные автомобильные типа УПА-60, УПА-80ПХ, осуществляющие подъем и опускание колонны из труб весом 60 и 80 тонн. Основные операции, выполняемые на базе шасси автомобиля, это трогание с места и подъем колонны из труб, а также процесс опускания, осуществляемый под действием собственного веса.

Следовательно, в связи с постоянной добычей нефти и газа, возможность подъема и опускания ко -

УДК 629.114.026

DOI: 10.15587/1729-4061.2014.30867

ПОВTRIALЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПОДЪЕМНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕССТУПЕНЧАТЫХ ГИДРООБЪЕМНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ

В . Б . С а м о р о д о в Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры* E-mail: vadimsamorodov@mail.ru

А . О . О с т р о в е р х Ассистент*

E-mail: ostrov.sasha@gmail.com *Кафедра ”Автомобиле- и тракторостроения”

Национальный технический университет ”Харьковский политехнический институт” ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002

лонны из труб весом до 100 тонн при минимальном изменении характеристик существующей установки, требует разработки новых трансмиссий, которые обеспечат долговечность работы установки и удовлетворят всем требованиям, является актуальной задачей.

2. Анализ литературных источников и постановка проблемы

Неотъемлемой частью каждого транспортного средства, будь то автомобиль, трактор, специальный подвижной состав, установка подъемная автомобильная или другие средства имеющие движитель, они оснащены таким неотъемлемым элементом как трансмиссия, которая существенным образом влияет на технические характеристики машины, ее эр-гономичность, экономичность, и другие показатели. Выбор типа трансмиссии, ее кинематической схемы, конструктивных параметров при процессе проектирования требует целенаправленной исследователь-скойработы.Неправильныерасчетно-теоретические

37

? В. Б. Самородов, А. О. Островерх, 2014

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 6/7 ( 72 ) 2014

исследования могут привести к общему снижению техникоtrialомических и эргономических показателей машины, преждевременной выработке ее ресурса. Достоверное обоснование типа схемы и конструктивных параtrialв трансмиссии позволит снизить затраты на ее создание доводку и обеспечит конкурентные преимущества проектtrialых образцов.

Проанализировав установки подъемные автомобильные (УПА), бывшего СССР, России, США, Германии [1], Украины [2, 3], следует, что они предназначались для освоения текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин, и обеспечивают проведение следующих операций: переезд от скважины к скважине; монтаж - демонтаж на скважине; спуско-подъемныеоперации.Основнаяконструктивнаясхема трансмиссий УПА является механическая трансмиссия, состоящая из системы «двигатель - механическая трансмиссия - лебедка» которая устанавливается на шасси автомобиля либо трактора.

Исследовав такой вид трансмиссий как гидрообъемно - механическая трансмиссия ГОМТ [4-6], кото-рыевосновномиспользуютсявтрансмиссияхгусенич-ныхмашиниколеснойсельскохозяйственнойтехники в странах Западной Европы [7] и США, можно сделать вывод о том, что использование ГОМТ в других видах машин является перспективным направлением.

3. Цель и задачи исследования

Цель данной работы - выполнить динамический анализ предлагаемых схем гидрообъемно-механических трансмиссий при выполнении ремонтных операций «спуск - подъем» на скважине.

Для достижения поставленной цели решались задачи: - составить математическую модель предлагаемых схем гидрообъемно-механических трансмиссий;

- проанализировать составленные математические модели трансмиссий.

4. Материалы и методы исследования

4. 1. Анализ механической трансмиссии мобильной установки УПА на базе шасси автомобиля КРАЗ-63221-02

Установка является самоходной машиной (рис. 1) и может передвигаться по всем видам бездорожья со скоростью 40 км/час.

Рис. 1. Установка типа УПА - 80 ПХ

Установка предназначена для освоения текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин и обеспечивает проведения следующих операций: - переезд от скважины к скважине; - монтаж - демонтаж на скважине; - спускоподъемные операции.

Установка имеет восемь скоростных диапазонов передач в транспортном режиме движения, и технологическом режиме работы «подъем», которые обеспечиваются ступенчатой механической трансмиссией, а технологический режим работы «спуск» обеспечивается ленточными тормозами лебедки (рис. 2).

Рис. 2. Кинематическая схема установки типа УПА на базе шасси автомобиля КРАЗ-63221-02: 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - коробка передач автомобиля; 3, 6, 12, 14, 16 - карданные валы; 4 - раздаточная коробка автомобиля; 5 - коробка отбора мощности; 7 - промежуточная опора; 8 - цилиндрический редуктор; 9 - раздаточный редуктор; 10 - цепная передача; 11 - лебедка; 13 - передний ведущий мост; 15 - центральный ведущий мост; 17 - задний ведущий мост

38

Прикладная механика

4. 2. Принципиальная схема трансмиссии Авторами предлагается внести изменения в штатной трансмиссии установки, а именно заменить механическую коробку шасси автомобиля КРАЗ-63221-02, промежуточную опору и цилиндрический редуктор на гидрообъемно-механическую коробку передач (ГОМКП).

Принципиальная схема предлагаемых бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий для установок типа УПА показаны на (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема для установок типа УПА: 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - ГОМКП;

3 - раздаточная коробка автомобиля; 4 - лебедка; 5 - передний ведущий мост; 6 - центральный ведущий мост; 7 - задний ведущий мост

4. 3. Кинематические схемы предлагаемых трансмиссий и 3D - модель их ГОМКП

Кинематические схемы предлагаемых бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий для установок типа УПА показаны на (рис. 4), 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - ГОМКП; 3 - раздаточная коробка автомобиля; 4 - лебедка; 5 - передний ведущий мост; 6 - центральный ведущий мост; 7 - задний ведущий мост.

Схема с использованием импортной гидроаппаратуры показана на (рис. 4, а), ГОМКП которой состоит из: трех планетарных передач; муфты переключения; четырех зубчатых пар; регулируемого гидронасоса объемом 160 см3, регулируемого гидромотора объемом 250 см3, производства ”Зауэр-Данфосс” Германия.

Схема с использованием отечественной гидроаппаратуры показана на (рис. 4, б), ГОМКП которой состоит из: трех планетарных передач; четырех зубчатых пар; двух гидроподжимных муфт; обгонной муфты; двух регулируемых гидронасосов объемом 112 см3, двух нерегулируемых гидромоторов объемом 112 см3, производства ”Гидросила” Украина.

На (рис. 5) показаны 3D - модели предлагаемых ГОМКП с применением различных гидроагрегатов.

а б

Рис. 4. Кинематическая схема бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий для установок типа УПА: а - с использованием импортной гидроаппаратуры; б - с использованием отечественной гидроаппаратуры

39

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 6/7 ( 72 ) 2014

машин; DQ - потери рабочей жидкости [м3/с] в гидромашинах, вычисляются с учетом знака перепада давления в ГОП: DQ = Dp? n ?2 Cy (w1 w2 )? , (2) y k

? ?

а б

Рис. 5. 3D - модель ГОМКП: а - с использованием импортной гидроаппаратуры; б - с использованием отечественной гидроаппаратуры где Dp - перепад давления в рабочей жидкости между магистралями высокого и низкого давления [Па]; ky,Cy - коэффициенты утечек; v - динамическая вязкость рабочей жидкости [Па.с].

Силовые параметры «подъема» груза с использованием зарубежных гидроагрегатов:

4. 4. Математическая модель предлагаемых трансмиссий при выполнении ремонтной операции «спуск - подъем»

В работах [8, 9] описаны структурные схемы предлагаемых трансмиссий, проанализировав которые составлены математические моде-липривыполненииремонтныхопе -раций.

Анализ динамических параметров трансмиссий с использовани-емзарубежныхгидроагрегатов,при выполнении технологического режима «подъем» груза, описываются следующим образом.

Система уравнений, описывающая угловое ускорение «подъема» груза с использованием зарубежных гидроагрегатов:

?M7C ?HQSIGN(M7C?w7 ) M2A ?HQSIGN(M2A?w2 ) M1B = 0; ?M7C ?k1 ?HQSIGN(M7C?w7 ) M2A ?HQSIGN(M2A?w2 ) = 0;

?

?

?M2B M4A = 0; M5A ?i3 M4B ?HQSIGN(M4B?w4 ) = 0;

?

?

M5B ?e1 ?q1 ?DP= ?DM1 ?sign(w10); M6A e2 ?q2 ?DP= ?DM2 ?sign(w60);

?M7A ?i2 M6B ?HQSIGN(M6B?w6 ) = 0; M7B ?HQSIGN(M7B?w7 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) M8A = 0; ?M7B ?k2 ?HQSIGN(M7B?w7 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) = 0; M9A M9B ?T 1 = 0;

? n

?

?M8C ?HQSIGN(M8C?w8 ) M11A ?HQSIGN(M11A?w11 ) M10A = 0;

?

?M8C ?k3 ?HQSIGN(M8C?w8 ) M11A ?HQSIGN(M11A?w11 ) = 0; (3)

M i M 0; M i M 0;

M i M 0; M i M 0;

?h ? = ?h ? =

?h ? = ?h ? =

?

?

?

Qsign(M10B?w10 ) Qsign(M10B?w10 )

10B 9 27A 10B 9 28A ? Qsign(M27B?w27 ) Qsign(M28B?w28 )

27B 10 29A 28B 11 30A ?M29B M31A = 0; M30B M32A = 0; M31B =MBP; M32B =MBP;

?

?

M1A M1B = 0; M2A M2B = 0; M4A M4B = 0; M5A M5B = 0;

?M6A M6B = 0; M7A M7B M7C = 0; M A M C = 0;M A M B M C = 0;

8 8 9 9 9

?

?M10A M10B = 0; M11A M11B M11C = 0; M27A M27B = 0; M28A M28B = 0; ?M29A M29B = 0; M30A M30B = 0; M31A M31B = 0; 32A 32B = 0.

?

?

M M

где M - момент двигателя Н·м; M - момен-

( ) dt dt dt dt

· · · · · · · d ?e q w e q w DQ

?

?

?

?

?

· · · · · · · d i w7 ?k1 ?w2 (k1 ?1)?w1 = 0; w2 ? w4 = 0; w4? i ? w = 0; ты на входе и выходе редукторов, Н·м; h - ? КПД редуктора; h ,h - КПД в зубчатых 1 1 5 2 2 6 = 2 q2w6 ? 1 q1w5 e2q2e2 ?e1q1e1; зацепленияхсолнце-сателлитиэпицикл-

5

1 i d Q

D de de

13 23 сателлит при остановленном водиле, опре-

?w6?i ?w7 = 0; w7 ?k ?w9 (k ?1)?w8 = 0; w9 = 0; w11 = 0; (1) деляющие потери моментов; Q - коэффи -

2 2 2 w i w 0; w i w 0;w w 0; w w 0.

?

?

?

?

? ? = ? ? = ? = ? = циент учета потерь в зубчатых зацеплениях

· · w

· · · · · w8 ? k3 ?w 1 (k3 ?1)? 10 = 0; w10?i9 ?w27 = 0; w10?i9 ?w28 = 0; (Q=0 - без учета потерь, Q=-1 с учетом · · · · · · · · потерь в зубчатых зацеплениях); DM1,M2 -

1

? 27 10 29 28 11 30 29 31 30 32 моменты потерь в гидромашинах, вычисля-

?

? емые как функции параметров регулирования e, угловой скорости вала гидромашины ?, рабочего объема q и перепада давления Dp;

·

T T где wi - угловое ускорение звена, рад/с ?; w - угло - n1, n2 -параметр описывающий тормоз (T=1 - тормоз вая скорость звена, рад/с; i - передаточное отно- включен, T=0 - тормоз выключен). i i шение редуктора; k - внутреннее передаточное от - Момент потерь в гидромашинах определяется из ношение планетарного ряда; e1,e2 - относительные следующего выражения: параметры регулирования гидронасоса и гидромотора;

2

?

DM = q ? K ? w ?(1 K ?e ) q1,q2 - максимальная производительность гидро - i i ? i i0 2 i машин,м /рад. (гидронасоса и гидромотора соответ-

3

?

K ?(1 K ? e ) K ?(1 K ? e ) ственно); de/dt - закона управления параметром 5 4 i ?Dp 8 7 i ?, (4) регулирования; e1,e2 - угловые ускорения валов гидро- 3 i0 q 6 i0 qi ?

0

(1 K ? w ?D ) (1 K ? w ?D )

?

40

Прикладная механика

· ·

?

· ·

где Dp0 - перепад рабочего давления в ГОП, вычисляемый при итерационном решении нелинейной матричной системы на предыдущей итерации; K1,K2,...K8 - коэффициенты гидромеханических потерь; Dqi - характерный размер гидромашин, равный

Dqi = 3 2?p?qi .

Для нахождения вращательного момента на лебедке в выражении (3) его необходимо описать следующим образом: I?e =MBP ?МСОПР, (5)

Математическая модель дизельного двигателя с учетом его загруженности и подачи топлива при определении параметров и режимов его работы в динамической постановке задачи исследования была построена по работам [10].

Анализ динамических параметров трансмиссий с использованием зарубежных гидроагрегатов, при выполнении технологического режима «спуск» груза, описываются приведенным ниже образом: Система уравнений, описывающая угловое ускорение «спуска» груза с использованием зарубежных гидроагрегатов:

где I - приведенный к валу барабана лебедки момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс; e - угловое замедление вала барабана лебедки; МВР - крутящий момент вала барабана лебедки; МСОПР - момент сопротивления при подъеме груза. Приведенный момент инерции определяется из равенства кинетической энергии приведенной массы и фактически распределенных масс с учетом потерь на трение. Для упрощения расчетов можно пренебречь кинетической энергией канатных шкивов, не имеющей существенного влияния. В этом случае справедливо равенство: I=Іб m?DCP , (6) T.C T.C

2

2

4 i

? ?h

?w1?w3 = 0; ?w3?i ?w5 = 0;

?d(?e1q1w5 e2q2w6 DQ) DDQ de2 de1

?

3

? q q e q e q ;

= w ? w e ? e

? dt dt dt 2 6 dt 1 5 2 2 2 1 1 1

?

?

?w6?i2 ?w7 = 0;

· ·

· · ·

?

?w7 ?k2 ?w9 (k2 ?1)?w8 = 0; (9)

?

· ·

?w9 = 0; w11 = 0;

?

?

?w8 ?k3 ?w11 (k3 ?1)?w10 = 0; w10?i9 ?w27 = 0; w10?i9 ?w28 = 0;

· · ·

· · · ·

?

?

?w27?i10 ?w29 = 0; w28?i11 ?w30 = 0; ?w29 ?w31 = 0; w30 ?w32 = 0.

· · · ·

?

· · · ·

?

Силовые параметры «спуска» груза с использова-где Іб - приведенный момент нием зарубежных гидроагрегатов: инерции барабана лебедки

2

(Іб =Gб ?Dб /4?g ); w - угло - ?M M = 0; M ?i M ?HQSIGN(M3B?w3 ) = 0;

1C 3A 5C 3 3B

? вая скорость вала барабана; ?M5B ?e1 ?q1 ?DP= ?DM1 ?sign(w10); M6A e2 ?q2 ?DP= ?DM2 ?sign(w20);

( )

T.C T m = G G /g - мас -

?

? са подвижных частей талево- M7A ?i2 M6B ?HQSIGN(M6B?w6 ) = 0; M7B ?HQSIGN(M7B?w7 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) M8A = 0; го механизма и подвешенной ?M ?k ?HQSIGN(M7B?w7 ) M ?HQSIGN(M9A?w9 ) = 0; M M ?T = 0;

8C 8

11A 11

M ?h M ?h M = 0;

?

?

?

7B 2 9A 9A 9B n1 колонны труб; - скорость посту- Qsign(M ?w ) Qsign(M ?w ) пательно движущихся масс; h - 8C 11A 10A К.П.Д. талевого механизма. ?M8C ?k3 ?HQSIGN(M8C?w8 ) M11A ?HQSIGN(M11A?w11 ) = 0;

T.C sign(

Q

M ?h i ?M = 0; M ?h i ?M = 0;

M ?h

M ?w )

?

?

?

Момент сопротивления при Qsign(M10B?w10 ) Qsign(M10B?w10 ) подъеме груза описывается следу- 10B 9 27A 10B 9 28A ющим выражением: ? 27B 27B 27 10 29A 28B 28B 28 11 30A i M 0; M i M 0;

Qsign(M ?w )

? = ?h ? =

(10)

?

?

M29B M31A = 0;M30B M32A = 0; M31B MBP = 0;M32B MBP = 0;

( )

С Р Т T.

M = G G ?

?DОП /2?g?IT.C ?HCC, (7) ?M1A M1B = 0; M3A M3B = 0; 5B 5C = 0; 6A 6B = 0; 7A 7B 8A 8C

M M M M

M M 0; M M 0;

= =

?

?

CP T. где DCP - средний диаметр навивки ?M9A M9B M9C = 0; M10A M10B = 0; каната; IT.C - кратность оснастки M M M = 0;

1

1A 11B 11C

M M 0; M M 0;

?

?

?

= = талевого механизма.

Угловое замедление вала бара- ? 27A 27B 28A 28B бана лебедки при подъеме груза 29A 29B 30A 30B

M M 0; M M 0;

= =

?

? описывается следующим выраже- ?M31A M31B = 0; M32A M32B = 0; нием: Анализ динамических параметров трансмиссий с e = /TT , (8) использованием отечественных гидроагрегатов, при dw dt

? ?

? ?

? ? выполнении технологического режима «подъем» груза, описываются приведенным ниже образом: dw где - угловое ускорение вала барабана лебедки; Система уравнений, описывающая угловое ускоре-dt ние «подъема» груза с использованием отечественных

TT - время торможения. гидроагрегатов:

41

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 6/7 ( 72 ) 2014

?

· · · · · ·

?

· ·

?

· ·

?wdvs?i2 ?w5 = 0; wdvs?i1 ?w0 = 0; w6?i5 ?w7 = 0; ? wdvs?i2 ?w5 = 0;

?w7 ?w8 = 0; w6 ? k1 ?w0 (k1 ?1)?w1 = 0;

?

· · · · ·

?

? w1?i ?w3 = 0; w3 ?w8 = 0; ? d(?e1q1w5 e2q2w6 DQ)

· · · ·

?

3

=

?

?

? dt (11)

Q

D

2 1 de de

?= ddt dt q2w5 ? dt q1w6 e2q2e2 ?e1q1e1; ? · 8 ?k3 ?w9 (k3 ?1)?w10 = 0;

w

?

?

?

· ·

? w10?i11 ?w27 = 0; w10?i11 ?w28 = 0; ?w27?i12 ?w29 = 0; w28?i 3 ? w30 = 0;

· · · ·

?

· · · ·

?

?

?

1

? w29 ?w31 =0; w· 30 ?w· 32 =0.

· ·

Силовые параметры «подъема» груза с использованием отечественных гидроагрегатов: Qsign(M5A?w5 ) DVSC 2 5A M i M 0;

? ?h =

?

?

?M6D ?i5 M7A ?HQSIGN(M7A?w7 ) = 0;

?

?M7B M8A = 0; M3B M8E = 0; Qsign(M0C?w0 )

M i M 0;

M i M 0;

? ?h =

? ?h =

?

?

?

?

DVSB 1 0C

Qsign(M5A?w5 ) DVSA 2 5A ?M6B ?HQSIGN(M6B?w6 ) M2A ?HQSIGN(M2A?w2) M0B = 0;

?

?M6B ?k1 ?HQSIGN(M6C?w6 ) M2A ?HQSIGN(M2A?w2 ) = 0; M1B ?i3 M3A ?HQSIGN(M3A?w3 ) = 0;

?

?

?M2B ?i4 M4A ?HQSIGN(M4A?w4 ) = 0;

?

?M4B M8C = 0; M5B ?e1 ?q1 ?DP= ?DM1 ?sign(w10); M6A e2 ?q2 ?DP= ?DM2 ?sign(w20);

?

?

?M8B ?HQSIGN(M8B?w8 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) M10A = 0;

?

?

?M8B ?k3 ?HQSIGN(M8B?w8 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) = 0; (12) M10D ?HQSIGN(M10D?w10 ) i9 ?M27A = 0;

?

?

?M10D ?HQSIGN(M10D?w10 ) i9 ?M28A = 0; ?M27B ?HQSIGN(M27B?w27 ) i10 ?M29A = 0;

?

?

?

M28B ?HQSIGN(M28B?w28 ) i11 ?M30A = 0; ?M29B M31A = 0; M30B M32A = 0;

?

?M31B MBP = 0; M32B MBP = 0;

?

?

MDVSA MDVSB MDVSC = 0; M0A M0C = 0; ?M3A M3B = 0; M4A M4B = 0;

?

?

M5A M5B = 0; M6A M6B M6D = 0; ?M7A M7B = 0; M8A M8C M8D = 0; ?M9A M9B M9C = 0; M10A M10D = 0;

?

?

?

?

M27A M27B = 0; M28A M28B = 0; 29A 29B = 0; ?M30A M30B = 0; M31A M31B = 0; M32A M32B = 0.

M M

Анализ динамических параметров трансмиссий с использованием отечественных гидроагрегатов, при выполнении технологического режима «спуск» груза, описываются следующим образом: Система уравнений, описывающая угловое ускорение:

?wdvs?i2 ?w5 = 0;

?

?w6?i ?w7 = 0; w7 ? w8 = 0; d(?e1q1w5 e2q2w6 DQ)

· · · ·

5

?

?

=

? dt

?

?

?= ddt dt q2w5 ? dt q1w6 e2q2e2 ?e1q1e1; (13)

DQ

2 1 de de

?

?w8 ?k3 ?w9 (k3 ?1)?w10 = 0;

· · ·

?

? w10?i11 ? w27 = 0;w10?i11 ? w28 = 0;

· · · ·

?

? w27?i12 ? w29 = 0; w28?i 3 ? w30 = 0; ?w29 ?w31 = 0;w30 ?w32 = 0.

· · · ·

?

1

· · · ·

?

Силовые параметры «спуска» груза с использованием отечественных гидроагрегатов: ?MDVSC ?i2 M5A ?HQSIGN(M5A?w5 ) = 0; ?M6D ?i5 M7A ?HQSIGN(M7A?w7 ) = 0;

?

?

?

M7B M8A = 0;

?M6D ?i5 M7A ?HQSIGN(M7A?w7 ) = 0; ?M5B ?e1 ?q1 ?DP= ?DM1 ?sign(w10);

?

?

?

M6A e2 ?q2 ?DP= ?DM2 ?sign(w20);

?M8B ?HQSIGN(M8B?w8 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) M10A = 0;

?

?M8B ?k3 ?HQSIGN(M8B?w8 ) M9A ?HQSIGN(M9A?w9 ) = 0;

?

?M10D ?HQSIGN(M10D?w10 ) i9 ?M27A = 0;

?M10D ?HQSIGN(M10D?w10 ) i9 ?M28A = 0; (14) ?M27B ?HQSIGN(M27B?w27 ) i10 ?M29A = 0;

?

?

?M28B ?HQSIGN(M28B?w28 ) i11 ?M30A = 0;

?

?

M29B M31A = 0; M30B M32A = 0;M30B M32A = 0; ?M31B MBP = 0; M32B MBP = 0; DVSA DVSC = 0; ?M5A M5B = 0; M6A M6D = 0;

M M

?

?

?

M7A M7B = 0; M8A M8C M8D = 0; ?M9A M9B M9C = 0; 10A 10D = 0;

M M

?

?M27A M27B = 0; M28A M28B = 0; M29A M29B = 0;M30A M30B = 0;

?

?

?

?M31A M31B = 0; M32A M32B = 0.

5. Результаты исследования динамических параметров предлагаемых трансмиссий при выполнении ремонтной операции «спуск - подъем»

Установка подъемная автомобильная типа УПА - 80 ПХ может выполнить подъем труб при ремонтной операции массой до 80 тонн.

Проанализировав и выполнив расчет составленных математических моделей, были получены результаты того, что предлагаемые трансмиссии могут выполнять подъем и спуск труб массой до 100 тонн, с оптимальной скоростью и КПД. Результаты расчета показаны на (рис. 6, 7), N - мощность двигателя;

e ,e - угол наклона шайбы гидронасоса и гидромотора; DP - давление в гидросистеме; h - КПД трансмиссии; V - скорость подъема и спуска.

1 2

42

Прикладная механика а б

Рис. 6. Зависимость динамических параметров трансмиссии с использованием зарубежных гидроагрегатов при выполнении технологической операции: а - подъем; б - спуск а б

Рис. 7. Зависимость динамических параметров трансмиссии с использованием отечественных гидроагрегатов при выполнении технологической операции: а - подъем; б - спуск

43

Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 6/7 ( 72 ) 2014

Предложены принципиальная и кинематические схемы бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий для установок типа УПА с использованием импортной и отечественной гидроаппаратуры. Особенностью данных схем является: бесступенчатое регулирование скорости подъема и спуска труб, при выполнении ремонтной операции; уменьшение числа диапазонов передач с восьми до двух, что в свою очередь повысит производительность и эргономику установки.

Предложена 3D - модель ГОМКП с использованием импортной и отечественной гидроаппаратуры, а именно предлагается применить гидравлику следующих производителей ”Sauer-Danfoss” Германия, ”Гидросила ГРУП” Украина.

Разработана математическая модель трансмиссий при выполнении ремонтных операций «спуск - подъем» на скважине, представляющая собой систему уравнений кинематических и силовых параметров трансмиссии.

Выполнен анализ динамических характеристик бесступенчатых ГОМТ для установок типа УПА с использованием импортной и отечественной гидроаппаратуры,привыполненииремонтныхопераций«спуск- подъем» на скважине. Данный анализ показал, что применение бесступенчатых ГОМТ обеспечивает выполнение ремонтной операции «спуск - подъем» весом 100 тонн; а также данные трансмиссии при спуске труб могут использоваться как основой либо дополнительный тормозной механизм, при этом штатная механическая трансмиссия установки не обладает такой функцией и спуск труб выполняется ленточными тормозами лебедки.

1. Абубакиров, В. Ф. Справочник в 2-х томах. Том I [Текст] / В. Ф. Абубакиров, Ю. Г. Буримов, И. Б. Малкин // ОАО ”Издательство ”Недра”, 2000. - 268 с.

2. Установка подъемная автомобильная [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.neftcom.ru/catalog?item=82 3. Руководство по эксплуатации 69УПА.00.00.000.РЕ [Текст] / Установка подъемная УПА-80ПХ.

4. Самородов, В. Б. Критический обзор работ в области тракторных гидрообъемно-механических трансмиссий [Текст] / В. Б. Самородов, А. В. Рогов, М. Б. Бурлыга // Вестник национального технического университет “Харьковский политехнический университет”: сб. науч. тр. Тематический выпуск: Автомобиле- и тракторостроение. - 2003. - № 4. - С. 3-19.

5. Rydberg, K.-E. Concepts and Development Trends for Efficiency Improvement of Hydrostatics in Mobile Applications [Text] / K.-E. Rydberg. - SAE Technical Paper, 2002. doi: 10.4271/2002-01-1422

6. Dasgupta, K. Dynamic analysis of a low speed high torque hydrostatic drive using steady-state characteristics [Text] / Mechanism and Machine Theor. - 2012. -Vol. 52. - P. 1-17. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2011.12.004

7. ZF Friedrichshafen, AG Germany [Electronic resource] / ZF Technology in Construction Vehicles. - Available at: http://www.zf.com/corporate/en/products/prod.

8. Самородов, В. Б. Разработка и анализ бесступенчатой двухпоточной гидрообъемно-механической трансмиссии автомобиля для ремонта нефтегазовых скважин [Текст] / В. Б. Самородов, А. О. Островерх // Вісник національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”: зб. наук. праць. Тематичний випуск: Транспортне машинобудування. - 2012. - № 20. - С. 47-55

9. Самородов, В. Б. Разработка и анализ бесступенчатой двухпоточной гидрообъемно-механической трансмиссии по критерию наибольшего КПД, автомобиля для ремонта нефтегазовых скважин [Текст] / В. Б. Самородов, А. О. Островерх, А. П. Кожушко // Вестник национального технического университет “Харьковский политехнический университет”: сб. на-уч. тр. Тематический выпуск: Автомобиле- и тракторостроение. - 2012. - № 60(966). - С. 105-111.

10. Ребров, А. Ю. Математическая модель дизельного двигателя в безразмерных величинах с учетом его загрузки и подачи топлива [Текст] / А.Ю. Ребров, Т. А. Коробка, С. В. Лахман // Вісник національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”: зб. наук. праць. Тематичний випуск: Транспортне машинобудування. - 2012. - № 19. - С. 31-36.

44