DRUM BRAKE RIMS 

Periodic inspection of drum brake rims is necessary to determine indications of uneven or excessive wear. In general, brake rim failures other that regular wear are caused by brake linings being too soft or too hard. Soft woven  linings usually cause deep  circumferential growing. Very hard brake blocks  cause  the  rims  first  to  turn blue  in  spots and  then  crack. Frequent inspection of the brake rims and a complete change of lining might save a costly brake rim change. 

Two practiced methods for determining the amount of wear are: 

1. The circumference of the worn rim may be measured with a steel tape. In using this method, care should be taken to wrap the tape around the rim at the point on maximum wear.   

 2. A gauge made of wood or metal may 

  

            

 

 

BRAKE BANDS AND LINING 

Each  lining block on  the main drum  is  secured with  six bolts. The lining bolts will loosen as the lining seats itself. They  should  be  checked  after  putting  new  lining  into service and retightened as required. Peening the end of the bolts will  keep  the nuts  from  coming off but  it will not guarantee that the bolts will stay tight. They should be checked regularly. These bolts are made of brass and care should be taken not to break them by over‐torquing. The  lining  blocks  are  curved  to  the  proper  radius  in manufacture,  but  in  storage  this  radius  may  change slightly. Heat and pressure in service will eventually seat the  lining  against  the  band. Good  practice  prescribes  a breaking‐in  period  before  handling  heavy  loads  at  high speeds.  Under  load,  the  lining  is  kept  in  place  on  the band primarily by  friction with  the band. Therefore,  the contact area between the lining and band should be free from oil, grease, mud, or soft paint so the block retainer bolts won’t be sheared off as a result of reduced friction.  The inside of the band should not have over one coat of protective 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

paint. In fact, no paint at all is preferable. 

When replacing brake  lining blocks the bands should be inspected for damage caused by corrosion,  loose blocks, and  rough  handling.  The  band  curvature  should  be  a relatively true radius and free from kinks. New lining may never  seat  properly  against  a  kinked  band.  The  band should  be  checked  for  accuracy  of  curvature,  and straightened  if  necessary  and  handled  carefully.  The clevis eyes should be kept tied together when the bands are not on the drawworks. 

The  repetitive  application  of  the  main  brake  on  a drawworks  subjects  the dead end  (eye‐bolt end) of  the band  to  a  stress‐no  stress  condition.  The magnitude  of this  stress  range  can  lead  to  eventual  metal  fatigue. Therefore, whenever the bands are removed for relining, they  should  be  magnafluxed  to  guard  against  fatigue cracks  in  the  band  and  clevis  on  the  dead  end.  The complete  band  should  be  replaced  if  there  is  any question at all about its quality. 

PAGE: 50 

PARTS FIT 

General—Economic  features  enter  into  the  normal overhaul  job; no one wants to spend money needlessly; however,  at  the  time  the  equipment  is  in  the  shop  for repairs  new  parts may  be  installed  at  far  less  expense that when  the  equipment  is  in  service.  For  example,  it has become customary in our own shop, when making a major  overhaul,  to  replace  many  roller  bearings throughout  the  drawworks.  Some  of  the  bearings replaced may still have some life left in them, but should the  repair  shop  fail  to  replace  a bearing  at  the  time of overhaul, and should this old bearing fail within the first few  months  of  new  service,  the  resultant  costs  from down  time and emergency  repairs will amount  to many times the cost of replacement at regular overhaul time. 

When  replacing parts on a  shaft assembly, be  sure  that the  new  part  fits  within  the  tolerance  shown.  For assembly  or  removal  of  parts  which  fit  from  .000”  to .004” tight, heat to approximately 400° F; for parts which fit from  .005” to  .010” tight, heat to approximately 650° F. 

Shafts  –  Whenever  possible,  all  shafting  should  be checked  by  magnaflux  or  other  means  to  detect  any cracks. Cracks are most likely to appear in the bottom of keyways.  A  cracked  shaft  should  be  discarded  and replaced, as a crack is a danger signal for a bad failure. 

Shafts  should  also  be  checked  for  straightness.  This  is accomplished by supporting it by any anti‐friction means placed at the position of the main bearings and turning it. Straightness is then checked by means of a dial indicator placed  at  the  extreme  ends  of  the  shaft.  The  total reading of the dial indicator should not exceed .010”. If a shaft shows a greater run out than  .010” a replacement should  be  considered.  The  lack  of  straightness  in drawworks shafting caused vibration, whipping of chains and a generally poor running rig. 

Bearings – Roller bearings should always be discarded  if they show pitting, rust or corrosion, chipping or spalling off of small particles, excessive  internal  looseness which indicates extreme wear, or cracks in rollers or races. 

In most  cases  it will  be  necessary  to  heat  the  bearing inner race, in order to remove it from the shaft. It will be necessary  to heat  the  inner  race and  cool  the  shaft  for reassembly. 

To  pull  the  bearing  and/or  the  inner  race,  place  a  “U” puller behind bearing or  inner  race. Arrange balance of the pulling mechanism and tighten sufficiently to remove all slack. Apply heat evenly to the bearing or  inner race, while at the same time  increasing tension on the pulling mechanism.   DO NOT OVERHEAT. 

Fits  of  the  outer  races  to  the  bearing  housings  range from .002” to .004” loose. If the outer race is a tight fit it will be necessary to heat the housing in order to remove it.  The  bearing  must  be  cool  before  it  can  be reassembled. When outer race  is a tight  fit, arrange the puller mechanism to apply pressure toward the open end of  the  housing.  Apply  heat  to  he  housing  and  increase pressure on the puller mechanism at the same time. DO NOT OVERHEAT. 

Spacers  –  Spacers  used  between  bearings  to maintain center  lines of bearings, or between bearings and other parts, are usually .002” to .008” loose. Spacers which are used to hold a bearing  in position which  is not adjacent to  another  part  securely  fixed  to  the  shaft  are  usually .001” to .003” tight. 

To remove a spacer which  is shrunk on a shaft, proceed in accordance with instruction for removing a bearing. To replace, heat the spacer, make sure the shaft is cool, and proceed the same as for bearing replacement. 

Sprockets  and  Clutch  Hubs  –  The  teeth  of  all  but  the largest sprockets are surface hardened. This hardening is effective to a depth of approximately 1/8”. After several years usage the chain may wear into the sprocket teeth. When the sprocket teeth become worn to a depth near 1/8”,  the  rate  of  wear  will  accelerate.  The  amount  of wear may be ascertained by visual inspection. 

                                                                                                                                                   PAGE: 51 

If inspection shows the amount of wear to be near 1/8”, the sprocket should be replaced at the time of overhaul. 

Four  methods  are  used  for  mounting  clutch  hubs, bearing inner races and sprockets on shaft assemblies. 

(1) Press fit without key. (2) Press fit with key. (3) Shrink fit without key. (4) Tapered shaft with key. 

When  removing and  replacing parts mounted according to  arrangement  (1)  above,  refer  to  instructions  for removing bearings. When  removing and  replacing parts mounted  according  to  arrangement  (2)  above,  use  the following method.  Insert  puller  studs  through  openings between sprocket spokes 180 degrees apart. Place steel plates  and  nuts  on  stud  ends  extending  through  the openings.  Arrange  balance  of  pulling  mechanism  and tighten  only  enough  to  remove  any  slack.  Apply  heat evenly  and  as  near  to  the  hub  as  possible  while increasing  tension with  the puller at  the same  time. DO NOT OVERHEAT. 

In some cases the hubs will have two tapped holes in the end  so  that  puller  studs may  be  screwed  in.  In  other cases where neither spokes or tapped holes are available for utilization of puller studs it will be necessary to use a “strongback”  or  “U”  plate  behind  the  sprocket  and secure  the  puller  studs  to  it.  Proceed  to  remove  the sprocket as described in the foregoing paragraph. 

To  replace  the  sprocket,  first  be  sure  that  the  shaft  is cool. Heat the sprocket to approximately 400°F. Be sure that  the  keyways  in  the  shaft  and  sprocket  are  aligned before the sprocket tightens on the shaft. Insert key after sprocket has been installed. 

Caution – Excess heat at the hub and attempting to pull the  sprocket  with  a  chain  attached  to  the  outer  rim, powered by a  jack on the end of the shaft will bend the sprocket.  Sprockets with  shrink  fits  are  very  difficult  to remove. This should only be attempted on a shop where a hydraulic press is available. 

If  the  sprocket  is  being  removed  for  salvaging  and installing on a new shaft, cut the shaft near the sprocket and machine part of the metal from the shaft under the sprocket. Heat the sprocket and press out “Dutchman”. If purpose of removal is to replace the sprocket with a new one  it  is  advisable  to  machine  or  torch  cut  the  old 

sprocket  to  remove  it.  Let  the  shaft  cool, heat  the new sprocket to 650°F and assemble on the shaft. 

Important – When a  shaft assembly  is disassembled  for any reason, be sure that passages for admission of air or grease are thoroughly cleaned. 

Hub  and  Shaft  Fits  –  The  temperature  required  to expand  a  hub  enough  to  be  assembled  easily  over  an interference  fit  can  be  determined  by  the  following equation: 

    T  =              E            +  Tr                .0000061  x  B 

  Where  T = Heated Temperature,  °F 

                 E  =  Expansion  of  bore  Diameter Required 

                  B = Bore Diameter (inches) 

                Tr = Room Temperature,  °F 

                .0000061  =  Approximate  Coefficient  of Expansion                                                   of  steel  per  degree Fahrenheit                                                  per  inch  of  length  (or diameter). For  example,  if  we  have  a  8.500”  diameter  bore  hub which has an .008” interference fit with the shaft and we wish  to have  .010”  clearance while  assembling  the hub over the shaft – the total bore expansion needed will be .018”, 

 

 

PAGE: 52 

           Therefore,   E = .018” 

                       B = 8.500” 

              Let   Tr = 70°F 

  Then   T  =             .018”              +  70 = 420°F                .0000061  x  8.500” 

Caution:  Hardened  parts  such  as  bearing  races  should not  be  heated  to  over  400‐450°F,  since  their  hardness might be affected. Heat should be applied carefully and evenly  to  prevent  distortion.  The  general  rule  for  the average interference used in cylindrical fits is as follows: 

  Press fit: ‐‐ .0005 x Shaft Diameter   Shrink fit: ‐‐ .001 x Shaft Diameter 

The  actual  fit  will  have  a  plus  or  minus  tolerance depending on the shaft and bore tolerances used. 

Overhung  sprockets,  clutch  hubs,  etc.,  are  often made with  tapered shaft  fits  for convenience of assembly and disassembly.  In  some  cases  the  hub must  be  shimmed against as adjacent bearing spacer. Care must be taken to be certain  that  the shims do not  interfere with drawing the hub up tight on the taper. 

A  recommended method  of  assembling  hubs  requiring shimming  is  to  assemble  the  hub  firmly  on  the  shaft without shims and without heat. Measure  the shim gap behind  the hub. The  thickness of  the  shim pack  require will be  this measurement minus  the draw allowance  to be provided  for  tightening  the hub up on  the shaft. For each  .001” of diametral  interference on a 1.250” per  ft. taper  the  hub  will  advance  approximately  .010”. Therefore, for example, if a .003” interference is desired on  the  taper  fit,  the  shim  gap must  allow  for  a  .030” advance of the hub on the shaft. The hub may be lightly heated to facilitate the draw. 

ADJUSTMENTS – MAIN DRUM BRAKES 

The  “K”  brake mechanisms  on  OIL WORKS  drawworks requires little inspection; however, a common mistake is to  adjust  the  brake  bands  so  that  the  equalizer  bar  is down solid on one end. This prevents it from performing its  function  properly.  Check  the  K‐brake  equalizer mechanism during operation to be sure the equalizer bar is free to equalize. 

All of the  link connections and shaft bearings are grease lubricated from two central lubrication terminals located inside the brake adjustment access door. 

Adjustment  of  the  brakes  can  be  accomplished  quickly and easily. Brake adjusting wrenches  for each band are held  in  place  on  the  adjusting  nuts  by  lugs  on  the equalizer beam for immediate use. 

The  following  illustration shows  the brake adjusting eye bolt  connection  to  the  equalizer  beam.  The  spherical shoulder on the adjusting nut  is held against a spherical seat on the equalizer beam by a coil spring. The spherical seat  connection  allows  the  eye  bolt  to  align  with  the brake  band  pull  as  the  brake  lining  wears  and  as  the equalizer  beam  actuates.  This  arrangement  prevents application of bending stresses to the adjusting eye bolt. The  spring  keeps  the  spherical  surfaces  in  contact  to eliminate slack and prevent impact loads when the brake is applied. 

Correct brake adjusting procedure is as follows: 

1. Loosen eye‐bolt lock nuts “C” and “D” with wrench “E” and adjust eye bolts to set the brake lever hand pad  approximately  32”  above  the  floor  level.

 2. Be sure eye‐bolt adjustments are made so that the 

equalizer  beam  remains  level  when  brakes  are applied. There  should be equal  clearance  (approx. ¼”) between  the bottom of  the  adjusting nut  and the spring retainer (welded to frame) “A” and “B”. 

3. Be  sure  the  eye‐bolts  are  not  bent,  and  after adjustment,  retighten  the  eye‐bolt  lock  nuts  “C” and “D”. 

4. Check the position of the support roller assembly at the  rear of each brake band. The  roller  should be set  ¼”  maximum  clearance  with  the  band,  with brakes  “on”.  This  should  prevent  the  brake  lining from  dragging  on  the  rims  at  the  top  and  front when  brakes  are  released.  Dragging  can  cause unnecessary heating, and possibly, brake lever kick‐back. 

5. Check  the  bands  for  roundness  and  uneven  lining clearance when  brakes  are  released.  If  bands  are bent  to  an  unsymmetrical  curvature  or  have flattened areas which  cause dragging,  they  can be reshaped by a beating treatment with a heavy lead hammer. 

6. Check nuts on brake lining bolts to be sure they are tight. 

7. Lubricate brake mechanism at regular periods. Use oil for brake band rollers and eye‐bolt hinge pins. 

8. Do  not  allow  band  wear  to  cause  very  low operating positions of the brake  lever. Keep bands adjusted so the lever hand pad is approximately 32” above the floor.  Very low lever position will give a spring‐like  or  spongy  feel.  Also,  extreme  low positions may allow the brake mechanism to come against  its  end  stops.  Further,  with  new  brake lining,  low  lever positions may  allow  the heads of the eye‐bolts to drag on the brake rims.