Компактная лебедка для спускоподъемных операций (варианты)

Полезная модель относится к подъемно-транспортному оборудованию и, в основном, предназначена для применения в буровых установках в качестве вспомогательного средства к основному исполнительному механизму - лебедке буровой. По первому варианту полезной модели компактная лебедка для спуско-подъемных операций содержит приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном; со стороны, обращенной к редуктору, барабан опирается на концевой участок выходного вала редуктора через подшипник, с другой стороны барабан снабжен дополнительным валом, опирающимся через подшипник на подшипниковую опору, входной вал редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом редуктора посредством фланцевого соединения. По второму варианту полезной модели компактная лебедка для спуско-подъемных операций содержит приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан с подъемным валом, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном, подъемный вал одним концом опирается на концевой участок выходного вала редуктора через подшипник, другим концом - через подшипник на подшипниковую опору, входной вал редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом редуктора посредством фланцевого соединения. По двум вариантам полезной модели целесообразно редуктор выполнять с вертикальным входным валом или с горизонтальным входным валом. Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении арсенала средств подобного назначения при обеспечении повышения надежности работы лебедки и оптимальной компоновке ее элементов с точки зрения сохранения компактности устройства и возможности адаптации к месту установки. 2 н.п., 2 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к подъемно-транспортному оборудованию и, в основном, предназначена для применения в буровых установках в качестве вспомогательного средства к основному исполнительному механизму - лебедке буровой.

Известна лебедка по описанию к патенту на полезную модель 58522 (МПК B66D 3/22), предназначенная для спуска и подъема груза и инструмента. Лебедка содержит установленные на раме приводной электродвигатель, редуктор, подъемный барабан с подъемным валом, муфту в виде фрикциона, механический тормоз в виде тормоза муфты. В известном средстве применен редуктор, конструктивные элементы которого содержатся в двух самостоятельных корпусах, при этом элементы быстроходной части установлены с одной стороны подъемного вала, элементы планетарной передачи - с другой стороны подъемного вала; подъемный вал барабана выполнен заодно с ведущим валом редуктора (т.е. подъемный вал является ведущим валом). В лебедке наряду с механическим тормозом используется ручной тормоз муфты (фрикциона).

Известной лебедке присущи отрицательные особенности. К ним относится сложность кинематической схемы редуктора, содержащей элементы, предназначенные для взаимодействия с валом электродвигателя и муфтой (фрикционом), расположенных с двух сторон подъемного вала.

Кроме того, использование ручного тормоза в управлении лебедкой привносит человеческий фактор как признак недостаточной надежности конструкции. Так, оператор, управляет ручным тормозом лебедки при операциях подъема и спуска груза на протяжении всей работы лебедки.

Известна другая конструкция лебедки ЛВ-50-ВТ, сведения о которой приведены в руководстве по эксплуатации РЭ 44031.44.000 (РЭ 44031.44.000 ЗАО «УРБО», 2004 г., стр.1, 2, 10). Лебедка, предназначенная для спуска и подъема грузов и инструмента, содержит подъемный вал с барабаном, зубчатый элемент в виде зубчатой муфты, предназначенной для передачи крутящего момента от редуктора к барабану, связанной с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном, редуктор, приводной электродвигатель. Ввиду того, что данная лебедка предназначена также для свинчивания/развинчивания бурильных труб, в ее конструкции содержится дополнительный барабан, который используется для выполнения лебедкой вышеуказанной функции. Известное устройство содержит дополнительный зубчатый элемент в виде дополнительной зубчатой муфты, предназначенной для передачи крутящего момента к дополнительному барабану. Кроме того, устройство содержит предохранительную муфту, установленную между электродвигателем и редуктором.

Известная лебедка имеет большие габаритные размеры из-за наличия вышеперечисленных дополнительных средств, следовательно, повышенную металлоемкость.

Известна конструкция лебедки транспортной по описанию к патенту 90776 (МПК B66D 1/22), предназначенной, в том числе, для грузоподъемных операций. Данная лебедка содержит барабан, планетарный редуктор, выходной вал которого (соответственно и концевой участок выходного вала) заходит в полость барабана. Таким образом, барабан консольно установлен на выходном валу редуктора. Планетарный редуктор связан с приводным электродвигателем. Барабан выполнен незначительной длины. Устройство по патенту 90776 выбрано в качестве прототипа к первому и второму вариантам заявляемой полезной модели.

Известная лебедка, обладая свойством компактности, проявляет недостатки. К ним относятся, во-первых, ограниченные возможности применения из-за короткого барабана. Так, при увеличении нагрузки на барабан его незначительная длина может оказаться недостаточной для наматывания каната, и при увеличении размеров барабана наличие одной опоры со стороны редуктора ставит под сомнение устойчивость барабана, следовательно, надежность работы лебедки.

Во-вторых, существующая лебедка не обеспечивает статическое положение груза синхронно моменту отключения электродвигателя, т.к. по инерции груз продолжает перемещение. Данный фактор отрицательно сказывается на надежности работы лебедки при необходимости аварийной и технологической остановки груза.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении арсенала средств подобного назначения при обеспечении повышения надежности работы лебедки и оптимальной компоновке ее элементов с точки зрения сохранения компактности устройства и возможности адаптации к месту установки.

Заявляемая полезная модель относится к группе технических решений, а именно к вариантам воплощения полезной модели, т.к. варианты относятся к устройствам одного назначения, обеспечивающих один и тот же технический результат.

В соответствии с первым вариантом полезной модели поставленная задача решается тем, компактная лебедка для спуско-подъемных операций включает приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном; со стороны, обращенной к редуктору, барабан опирается на концевой участок выходного вала редуктора через подшипник, с другой стороны барабан снабжен дополнительным валом, опирающимся через подшипник на подшипниковую опору, входной вал редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом редуктора посредством фланцевого соединения.

В соответствии со вторым вариантом полезной модели компактная лебедка для спуско-подъемных операций включает приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан с подъемным валом, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном, подъемный вал одним концом опирается на концевой участок выходного вала редуктора через подшипник, другим концом - через подшипник на подшипниковую опору, входной вал редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом редуктора посредством фланцевого соединения.

По двум вариантам полезной модели редуктор выполнен с вертикальным входным валом или с горизонтальным входным валом.

Сущность полезной модели поясняется следующим образом.

По двум вариантам полезной модели применен угловой планетарный редуктор с входным и выходным валами. Редуктор данного вида предопределяет возможность сохранения компактного расположения элементов лебедки. При выполнении редуктора, например, с вертикальным входным валом данный вал взаимодействует с валом электродвигателя, неизбежно установленным также вертикально. При вертикальном расположении электродвигателя исключается его установка непосредственно на раму, т.к. в этом случае корпус электродвигателя выполнен с фланцем, последний соединен с соответствующим фланцем, выполненным на корпусе редуктора. Следует отметить, что при выполнении редуктора с вертикальным входным валом редуктор выбирают с возможностью установки данного редуктора при расположении входного вала выше или ниже уровня выходного вала.

Использование фланцевого соединения является оптимальным с точки зрения обеспечения устойчивого положения электродвигателя и технологичным с точки зрения монтажа, ремонтопригодности как электродвигателя, так и редуктора.

При выполнении редуктора с горизонтальным входным валом данный вал взаимодействует с валом электродвигателя, который расположен соответственно горизонтально. В этом случае корпус электродвигателя может быть консольно закреплен на корпусе редуктора (также как и при выполнении редуктора с вертикальным входным валом) посредством фланцевого соединения.

Таким образом, использование углового конического редуктора с вертикальным или горизонтальным расположением входного вала приводит к возможности адаптировать внешнюю конфигурацию элементов лебедки к месту установки.

В рамках первого варианта полезной модели для обеспечения передачи крутящего момента от редуктора к барабану на концевом участке выходного вала установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответным зубчатым элементом - зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном.

Следует отметить, что для применения лебедки в буровом оборудовании с учетом действующих на барабан нагрузок, длина барабана в заявляемом устройстве может варьироваться и быть значительной по сравнению с коротким барабаном в устройстве-прототипе.

В первом варианте полезной модели для повышения устойчивости барабана с двух сторон барабана предусмотрена его связь с двумя опорами. Так, с одной стороны, обращенной к редуктору, барабан опирается на концевой участок выходного вала (концевой участок которого заходит в полость барабана) через подшипник. Для организации второй опоры барабан с другой (противоположной) стороны снабжен жестко соединенным с ним дополнительным валом, опирающимся через подшипник на подшипниковую опору. Таким образом, две опоры барабана (соответственно двум его сторонам) обеспечивают устойчивое положение барабана независимо от его длины, следовательно, повышают надежность заявляемого устройства.

Подшипник, через который барабан опирается на концевой участок выходного вала, служит, также средством, обеспечивающим центрирование взаимодействующих элементов: зубчатой втулки и зубчатой обоймы.

Что касается дополнительного вала, то данный вал имеет незначительную длину, выбранную из условия обеспечения его установки в подшипниковую опору, которая, в свою очередь, установлена на раме.

Как указывалось выше, особенностью первого варианта полезной модели является тот факт, что концевой участок выходного вала расположен в полости барабана. Наличие в полости барабана лишь концевого участка выходного вала приводит к еще одному техническому результату - сокращению металлоемкости устройства.

В рамках второго варианта полезной модели барабан выполнен с подъемным валом, причем концевой участок выходного вала редуктора заходит в полость барабана. Для передачи крутящего момента от редуктора к барабану на концевом участке выходного вала редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответным зубчатым элементом - зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном. Принимая во внимание жесткую связь барабана и подъемного вала, зубчатая обойма связана с подъемным валом, следовательно, передача крутящего момента от редуктора к барабану осуществляется через зубчатую втулку.

Во втором варианте для повышения устойчивости барабана находят применение иные средства по сравнению с первым вариантом. Для этой цели соответствующий конец подъемного вала опирается на концевой участок выходного вала редуктора через подшипник, а противоположный конец подъемного вала опирается через подшипник на подшипниковую опору, которая установлена на раме. Таким образом, с двух его сторон барабан обретает опоры, положительно влияющие на надежность работы заявляемого устройства.

По двум вариантам полезной модели наличие концевого участка редуктора в полости барабана позволяет сохранить компактность устройства, - в этом случае корпус редуктора может быть максимально приближен к барабану.

Также по двум вариантам выполнение электродвигателя с встроенным электромагнитным тормозом обеспечивает возможность управления работой лебедки при подъеме и спуске груза с обеспечением фиксированного статического положения груза синхронно отключению электродвигателя. Так, тормозное устройство располагается в корпусе электродвигателя со стороны, противоположной выступающему концу вала электродвигателя, и осуществляет быстрое торможение двигателя при отключении питания. При подаче напряжения на электродвигатель происходит его растормаживание.

Кроме того, наличие электродвигателя с встроенным тормозом обеспечивает компактность конструкции лебедки, т.к. нет необходимости в установке тормоза как отдельного средства непосредственно на раму.

Таким образом, реализация расширения арсенала средств подобного назначения обеспечивается за счет двух вариантов полезной модели, выполняющих одну и ту же функцию, обеспечивающих один и тот же результат, но отличающихся выполнением барабана, следовательно, его связи с опорами. По первому варианту барабан выполнен с дополнительным коротким валом, установленным с одного конца барабана, по второму варианту - барабан выполнен с подъемным валом. Варианты полезной модели позволяют сохранить компактную компоновку основных элементов лебедки и обеспечить оптимальное управление лебедкой с возможностью статического положения груза синхронно отключению электродвигателя.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фигуре 1 изображен общий вид компактной лебедки, предназначенной для спускоподъемных операций по первому варианту полезной модели, на фигуре 2 - кинематическая схема устройства по первому варианту, на фигуре 3 - кинематическая схема устройства по второму варианту.

По первому варианту полезной модели (фиг.1) компактная лебедка содержит раму 1, на которой установлен корпус углового планетарного редуктора 2.

Редуктор 2 содержит вертикальный входной вал 3 и выходной вал 4, причем вертикальный входной вал 3 расположен выше уровня выходного вала 4.

Выходной вал 4 редуктора 2 заходит в полость барабана 5 своим концевым участком. На концевом участке выходного вала 4 установлена зубчатая втулка 6, при этом барабан выполнен с ответным зубчатым элементом 7 (зубчатой обоймой 7).

С двух сторон барабан связан с опорами. С одной стороны, обращенной к редуктору 2, барабан 5 опирается на концевой участок выходного вала 4 через подшипник 8.

С другой стороны барабан 5 содержит дополнительный вал 9, запрессованный с соответствующей торцевой стороны в данный барабан 5. Дополнительный вал 9 опирается через подшипник 8 на соответствующую опору 10 (подшипниковую опору 10), прикрепленную к раме 1. Следовательно, жесткая связь барабана 5 и дополнительно вала 9 обеспечивает вторую опору для барабана 5.

Корпус электродвигателя 11 соединен с корпусом редуктора 2 посредством фланцевого соединения 12.

Для обеспечения статического положения грузов в лебедке используется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором со встроенным электромагнитным тормозом 13, например, в виде изделия марки «СЕМП, (HB) DB30 160L4».

По первому варианту устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя 11, тормоз 13 растормаживается и от редуктора 2 к барабану 5 передается крутящий момент посредством зубчатого зацепления зубчатой втулки 6 и зубчатой обоймы 7.

Для аварийной или технологической остановки груза электродвигатель 11 отключается, тормоз 13 затормаживает, накладывая тормозные элементы, например, на диски или шкив электродвигателя. Таким образом, при наличии электродвигателя 11 со встроенным электромагнитным тормозом 13 обеспечивается фиксированное быстрое торможение груза при отключении питания электродвигателя 11.

По второму варианту полезной модели (фиг.3) барабан 5 выполнен с подъемным валом 14. На концевом участке выходного вала 4 редуктора 2 установлена зубчатая втулка 6, взаимодействующая с ответным зубчатым элементом 7 (зубчатой обоймой 7). Подъемный вал 14 одним концом опирается на концевой участок выходного вала 4 редуктора 2 через подшипник 8, другим концом - через подшипник 8 на подшипниковую опору 10.

Работа устройства по второму варианту осуществляется таким же образом, как и по первому варианту.

Заявляемая полезная модель может быть востребована в качестве так называемой вспомогательной лебедки в буровом оборудовании, применяемой только для спуско-подъемных операций, т.к. функция свинчивания/развинчивания бурильных труб может быть возложена на иные средства (например, на систему верхнего привода буровой установки). Таким образом, расширение перечня подобных средств обеспечивается за счет использования в буровом оборудовании компактной лебедки в качестве вспомогательного средства, обладающего всеми преимуществами, описанными выше, к лебедке буровой.

1. Компактная лебедка для спускоподъемных операций, включающая приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала углового планетарного редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном; со стороны, обращенной к угловому планетарному редуктору, барабан опирается на концевой участок выходного вала углового планетарного редуктора через подшипник, с другой стороны барабан снабжен дополнительным валом, опирающимся через подшипник на подшипниковую опору, входной вал углового планетарного редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены угловой планетарный редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом углового планетарного редуктора посредством фланцевого соединения.

2. Компактная лебедка по п.1, отличающаяся тем, что угловой планетарный редуктор выполнен с вертикальным входным валом или с горизонтальным входным валом.

3. Компактная лебедка для спускоподъемных операций, включающая приводной электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом, барабан с подъемным валом, угловой планетарный редуктор, причем на заходящем в полость барабана концевом участке выходного вала углового планетарного редуктора установлена зубчатая втулка, взаимодействующая с ответной зубчатой обоймой, выполненной заодно с барабаном, подъемный вал одним концом опирается на концевой участок выходного вала углового планетарного редуктора через подшипник, другим концом - через подшипник на подшипниковую опору, входной вал углового планетарного редуктора соединен с валом электродвигателя, при этом на раме установлены угловой планетарный редуктор в корпусе и подшипниковая опора, а корпус электродвигателя соединен с корпусом углового планетарного редуктора посредством фланцевого соединения.

4. Компактная лебедка по п.3, отличающаяся тем, что угловой планетарный редуктор выполнен с вертикальным входным валом или с горизонтальным входным валом.