10. Кинематика спускоподъемного механизма. Тахограммы подъема и спуска. Коэффициент заполнения тахограммы. Основные факторы, определяющие его величину.

Задача кинематики — определение скоростей и ускорений подъемного механизма. При этом заданными являются высота подъема, кинематическая схема и размеры звеньев подъемного меха­низма, частота вращения и характеристика используемого двигателя.

При спуско-подъемных операциях высота подъема h несколько превышает длину бурильной свечи l, т. е. h 1,02l. Это обуслов­лено возможностью установки бурильной колонны на клинья либо элеватор. При спуске бурильная колонна приподнимается для освобождения клиньев либо элеватора, поэтому перемещения при спусках и подъемах бурильных свечей примерно одинаковые.

Изменения скорости за время подъема и спуска одной свечи изображаются тахограммой. Для подъемных механизмов харак­терна трехпериодная тахограмма подъема, имеющая трапецеи­дальную форму.

В первый период происходит разгон барабана лебедки, чему со­ответствует ускоренное дви­жение крюка со скоростью, возрастающей от нуля до начальной установившейся V_ну. Режим разгона буровой лебедки су­щественно не влияет на продолжительность подъема. Однако для снижения динамических нагрузок ускорение при разгоне должно быть минимальным.

;

,

где — ускорение крюка при разгоне, м/с²; — начальная установившаяся скорость крюка, м/с; — продолжительность разгона, с; — путь крюка в период разгона, м; — угол наклона кривой скорости.

Второй период соответствует установившемуся движению крюка, при котором двигатель и барабан лебедки вращаются с постоянной частотой.

Скорость подъема в период установившегося движения

где — диаметр навивки каната на барабан лебедки, м; — передаточное число трансмиссии лебедки; — кратность оснастки подъемного механизма.

Вследствие изменения диаметра навивки при переходе каната на каждый последующий слой на тахограмме скорость подъема в период установившегося движения изображается ступенчатой прямой линией. В кинематических расчетах пользуются средней установившейся скоростью подъема

где — конечная установившаяся скорость подъема крюка, определяемая по диаметру последнего (конечного) слоя навивки каната.

Средняя установившаяся скорость подъема рассчитывается также по среднему диаметру навивки каната на барабан лебедки

Исходя из средней установившейся скорости, для второго периода подъема имеем

где — ускорение крюка, м/с⁸; — продолжительность установившегося движения, с; — путь крюка за период установившегося движения, м.

В третий период происходит торможение буровой лебедки при котором конечная установившаяся скорость подъема снижается до нуля.

где — замедление крюка при торможении, м/с²; — скорость крюка в начале торможения, м/с; — продолжительность торможения, с; — путь крюка в период торможения, м. Продолжительность подъема

высота подъема в определенном масштабе выражается площадью тахограммы:

Для расчета продолжительности подъема на заданную высоту пользуются средней скоростью подъема, учитывающей изменение скорости крюка в период разгона и торможения лебедки: t = h/V_ср

Отношение средней установившейся скорости к средней скорости крюка называют коэффициентом заполнения тахограммы:

= V_cy/ V_cp 1

Пользуясь коэффициентом , продолжительность подъема на заданную высоту можно определять по формуле t=h/V_cp=h /V_cy.

Коэффициент заполнения тахограммы зависит от типа при­вода подъемного механизма, скорости и высоты подъема крюка.