Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Основная часть
• 1.1 Буровые лебедки
• 2. Расчетная часть
• Задача 6
• Задача 7
• Задача 10
• Задача 11
• Задача 17
• Список использованой литературы
• Приложения
• Введение
• Эксплуатационные скважины для проведения в них работ по спуску и подъему труб или шланг во время эксплуатации или ремонта оборудуют подъемниками. Так как при нормальных условиях работы скважины время, затрачиваемое на операции с подъемником, агрегатом, составляет незначительную часть от общего баланса времени, то эксплуатационные скважины в настоящее время обслуживаются, как правило, передвижными подъемниками и агрегатами.
• Промысловые подъемники используются не только для подъема и спуска труб и штанг, но и для спускоподъемных работ при капитальном ремонте скважин, для разбуривания цементных пробок, чистки песчаных пробок тартанием при помощи специальных желонок, для вспомогательных работ по монтажу оборудования и т.п. Стационарные подъемники ставятся в настоящее время только у тех скважин, доступ к которым затруднен.
• Передвижные подъемники монтируются на тракторах, автомашинах или на специальных площадках на колесах (прицепах).
• При монтаже на тракторе или автомашине лебедки приводятся в действие от двигателей этих машин через специальные коробки отбора мощности. При монтаже подъемников на прицепах их иногда снабжают электродвигателями питание которых осуществляется от промысловой сети. Эти подъемники удобно использовать при работе в глубиннонасосных скважинах, однако, несмотря на экономические и эксплуатационные преимущества электродвигателей, такие подъемники обладают существенными недостатками; во-первых, они не могут перемещаться без тягача, во-вторых, мощность, потребляемая ими, в несколько раз превышает мощность, нужную для станка-качалки, в связи с чем для таких подъемников приходится устраивать усиленную электросеть. Вследствие указанных недостатков эти электроподъемники не получили распространения.
• 1. Основная часть
• буровой цепной талевый скважина
• Буровая установка или буровая -- комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения. Буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает в себя: буровые сооружения (буровая вышка, основание вышки, мостки, стеллажи); спуско-подъемное оборудование (лебёдка, кронблок, крюкоблок); силовое оборудование для привода лебедки, ротора и буровых насосов (двигатели электрические или дизельные), оборудование для вращения бурильной колонны (ротор, СВП); оборудование циркуляционной системы (емкости, буровые насосы, манифольд, вертлюг); оборудование для очистки бурового раствора от выбуренной породы (вибросита, пескоотделители, илоотделители, центрифуги); оборудование для приготовления бурового раствора (гидроворонки, гидромешалки, шламовые насосы); противовыбросовое оборудование (превенторы), привышечные сооружения (котельная, склад ГСМ).

1.1 Буровые лебедки

Лебедка -- основной механизм подъемной системы буровой установки. Она предназначена для проведения следующих операций: спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

Удержания колонны труб на весу в процессе бурения или промывки скважины; приподъема бурильной колонны и труб при наращивании; передачи вращения ротору; свинчивания и развинчивания труб; вспомогательных работ по подтаскиванию в буровую инструмента, оборудования, труб и др.; подъема собранной вышки в вертикальное положение.

Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены подъемный и трансмиссионный валы, коробка перемены передач (КПП), тормозная система, включающая основной (ленточный) и вспомогательный (регулирующий) тормоза, пульт управления. Все механизмы закрыты предохранительными щитами. Подъемный вал лебедки, получая вращение от КПП, преобразовывает вращательное движение силового привода в поступательное движение талевого каната, подвижный конец которого закреплен на барабане подъемного вала. Нагруженный крюк поднимается с затратой мощности, зависящей от веса поднимаемых труб, а спускается под действием собственного веса труб или талевого блока, крюка и элеватора, когда элеватор опускается вниз за очередной свечой.

Лебедки снабжаются устройствами для подвода мощности при подъеме колонны и тормозными устройствами поглощения освобождающейся энергии при ее спуске. Для повышения к. п. д. во время подъема крюка с ненагруженным элеватором или колонной переменного веса лебедки или их приводы выполняют многоскоростными. Переключение с высшей скорости на низшую и обратно осуществляется фрикционными оперативными муфтами, обеспечивающими плавное включение и минимальную затрату времени на эти операции. Во время подъема колонн различного веса скорости в коробках передач переключают периодически. Оперативного управления скоростями коробки не требуется.

В зависимости от скорости спуска или подъема крюка и числа струн в талевой оснастке канат на барабан лебедки навивается и свивается с различными скоростями. Скорость крюка при подъеме колонн большого веса во время технологических операций (расхаживание, ликвидация осложнения и аварий в скважине) составляет 0,15--0,25 м/с, а иногда и меньше. Эти скорости называются технологическими, а скорости подъема бурильных колонн и ненагруженного элеватора при СПО изменяются от 0,5 до 1,8 м/с и называются техническими. Более высокие скорости подъема ухудшают условия намотки каната на барабан и не дают существенного выигрыша во времени.

Скорости спуска колонн определяются их весом, длиной и технологическими условиями скважины. Наибольшая скорость спуска бурильных колонн обычно не превышает 3 м/с, наименьшая при спуске обсадных колонн 0,2 м/с. В процессе бурения с помощью лебедки подается бурильная колонна со скоростью до 1,5 м/мин.

При подъеме колонны канат навивается на барабан лебедки под действием силы тяжести всей колонны, а свивается при спуске ненагруженного элеватора с небольшим натяжением. В процессе спуска колонн канат навивается при небольшом натяжении и большой скорости, а свивается под действием веса всей колонны. Это создает тяжелые условия работы каната, и он быстро изнашивается, особенно при многослойной навивке на барабан.

Мощность, передаваемая на лебедку, характеризует основные эксплуатационно-технические ее свойства и является классификационным параметром.

Присоединительные размеры буровой лебедки: диаметр талевого каната; расстояние от середины барабана до центра звездочки, установленной на валу ротора. Диаметр каната должен соответствовать размерам канавок на наружной поверхности барабана лебедки и размерам канавок шкивов талевой системы. В случае несоответствия канат будет быстро изнашиваться. Нарушение базового расстояния от середины барабана до центра роторной звездочки вызовет быстрый выход из строя цепи привода ротора и практически сделает невозможным нормальное бурение скважины роторным способом.

2. Расчетная часть

Задача 6

В процессе проводки скважины подъемная система выполняет различные операции. В одном случае она служит для проведения СПО с целью замены изношенного долота, спуска, подъема и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна, ловильных или других работах в скважине, а также для спуска обсадных труб. В других случаях обеспечивает создание на крюке необходимого усилия для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны или при авариях с ней. Для обеспечения высокой эффективности при этих разнообразных работах подъемная система имеет два вида скоростей подъемного крюка: техническую для СПО и технологические для остальных операций.

Подъемная система установки (рис.1.1) представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 3, стального каната, являющегося гибкой связью между буровой лебедкой 5 и механизмом 6 крепления неподвижного конца каната. Кронблок устанавливается на верхней площадке буровой вышки. Подвижный конец Р_с каната крепится к барабану лебедки 4, а неподвижный конец -- через приспособление 6 к основанию вышки. К талевому блоку присоединяется крюк 2, на котором подвешивается на штропах элеватор 1 для труб или вертлюг. В настоящее время талевый блок и подъемный крюк во многих случаях объединяют в один механизм -- крюкоблок.



Рисунок 1.1 Подъемная система установки

Решение:

Для спускоподъемных операций выбираем подъемник типа Азинмаш-43П, при работе с которым допустимая глубина насосно-компрессорных труб условного диаметра 73 мм при оснастке 2 ? 3 равна 3000 м.

Таблица 1.1 Допустимые глубины спуска НКТ при работе с подъемником

Условный диаметр НКТ, мм	Глубина спуска труб при оснастке талей, м
	2 ? 3	3 ?4	4 ?5
48	6400	-	-
60	4000	6000	-
73	3000	4400	5700
89	2000	3000	4000
114	1500	2200	2800

Для выбора оборудования, применяемого при спускоподъемных операциях, определяем вес колонны (силу тяжести) промываемых труб:

G_т = q ? Н кг, (1.1)

где, G_т - вес колонны промываемых труб, кг.,

q - вес 1 м трубы с учетом веса муфты, кг.,

q = 9,4 кг

Н- длина колонны промывочных труб, м.,

G_т = 9,4 ? 2200 = 20680 кг.

Учитывая вес колонны промывочных труб, выбираем следующие оборудование:

- кронблок типа КБ114-25,

- талевый блок типа ТБН3- 25,

- крюк типа КН-25,

- вертлюг типа 4ВП-50.

Из выбранного оборудования для талевой системы видно, что оно рассчитано на канат диаметром 32 мм. Значит, для производства работ в данной скважине выбираем талевый канат диаметром 32 мм.

Выберем тип талевого каната. Натяжение ходового конца талевого каната, определенное по формуле P_хk=84,7 кН. Определим необходимое разрывное усилие Р_р талевого каната с учетом коэффициента запаса прочности К=3--5. Для нашего случая принимаем К=3,5.

Тогда

(1.2)

Исходя из полученного значения разрывного усилия, которое равно 296,45 кН, выбираем талевый канат диаметром 32 мм с органическим (пеньковым) сердечником линейного касания (ЛК-0), который при пределе прочности у_р=16ОО МПа имеет расчетное разрывное усилие Р_р=331,5 кН.

Задача 7

Рисунок 1.2 Талевый блок

Решение:

Рассчитаем талевый блок изображенный на рисунке 1.2.

Талевой канат выбираем по величине усилия, которое равно:

Р_р= Р_х ? К кг,(1.3)

где, Р_х - напряжение оседового конца каната, определяемое по формуле:

Р_х = Р_к ? ?_п ? (? -1) (1.4)

?_п-1

где, Р_к - нагрузка на крюке, кг.,

п - число канатных струн подвижного ролика (п = 4)

? -коэффециент равный ? = 1,

h

где Н - к.п.д. каждого канатного ролика, Н= 0,98

? = 1 = 1,02

0,98

Максимальная нагрузка на крюке Р_к определяется как:

Р_к = G_т + G_м кг, (1.5)

G_т - вес колонны труб, кг

G_м - вес неподвижного закрепленного (мертвого) груза, кг.

G_м = G_тб + G_кр + G_в (1.6)

где, G_тб - вес талевого блока, кг G_тб = 164 кг,

G_кр - вес крюка, кг; G_кр = 65кг,

G_в - вес вертлюга, кг; G_в = 39 кг.

G_м = 164+65+39= 268 кг

Тогда максимальная нагрузка на кране:

Р_к = 20948 ? 1,02⁴ ? (1,02-1) = 2880 кг

1,02⁴-1

Определим разрывное усилие, с учетом запаса прочности:

Р_р = Р_х ? к₃ кг, (1.7)

где, к₃ - коэффициент запаса прочности, принимаем к₃ = 3

Р_р = 2880 ?3 = 8640 кг

Задача 10

Буровыми лебедками осуществляется натяжение и наматывание каната на барабан при подъеме, сматывание каната при спуске бурильных и обсадных колонн, при подаче долота на забой, передача момента ротору, подъем буровой вышки.

Для выполнения энергоемких технологических операций буровые лебедки должны иметь достаточную мощность и грузоподъемность. Величина скоростей подъема и их число должны обеспечивать наиболее экономичный, высокопроизводительный и безаварийный режим СПО.

Мощность лебедок согласно ГОСТ 16293-82 устанавливается в пределах 200-2950 кВт.

Совершенство кинематической схемы буровой лебедки является одним из факторов, определяющих ее технико-экономические показатели.

В лебедках серии ЛБУ, получивших наибольшее распространение, кинематическая связь между валами осуществляется цепными передачами слева и справа от барабана лебедки, включаемыми с помощью шинно-пневматических и дисковых муфт. Подъемный вал (длиной 5000 м) установлен на коренных подшипниках (диаметр вала под опорами 170-190 мм). Вал изготавливается из сталей марок 35ХНМ, 40Г2, 38ХГН. В средней части вала напрессован и закреплен на шпонке барабан буровой лебедки (бочка барабана и ступицы с дисками).

Размеры барабана лебедки в значительной степени определяют габариты и вес лебедки. Увеличение диаметра барабана благотворно сказывается на долговечности талевого каната, но вместе с тем повышается требуемый тормозной момент ленточного и вспомогательного тормозов, увеличиваются маховые массы и снижается скорость спуска незагруженного элеватора.



По заданию данной задачи прототипом в нашей работе является буровая лебедка ЛБУ-1100, кинематическая схема которой приведена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 Кинематическая схема лебедки ЛБУ-1100ЭТ-3А

Техническая характеристика лебедки приведена в таблице 1.1

Таблица 1.2 Техническая характеристика буровых лебедок

Показатели	У2-2-11	У2-5-5	ЛБУ-1100	ЛБУ-1700
Максимальное натяжение ведущей ветви каната, кН	210	273	250	340
Диаметр, мм: талевого каната бочки барабана тормозных шкивов	28 650 1180	32 800 1450	32 750 1450	35 835 1450
Длина бочки барабана, мм	840	1030	1350	1445
Число слоев каната на барабане	4	5	3	4
Мощность привода, кВт	662	809	809	1250
Число валов лебедки	2	3	1	1
Число прямых скоростей: коробки перемены передач лебедки ротора	3 6 3	4 5 4	3 6 3	3 6 3
Число обратных скоростей: коробки перемены передач лебедки ротора	1 2 1	4 4 4	1 2 1	1 2 1
Исполнение «быстрой» скорости	Зависимое	Независ.	Зависимое	Независ.
Тип вспомогательного тормоза	Гидравлический	Электро-магнитный	Гидравли-ческий
Ширина тормозной колодки, мм	230	230	230	230
Число слоев навивки каната на барабан	4	5	3	4
Масса, т	21,3	27,1	40,2	51,3

Решение:

Расчет и выбор параметров буровой лебедки:

К основным параметрам буровых лебедок относятся мощность, скорости подъема, тяговое усилие, длина и диаметр барабана лебедки. От правильного выбора указанных параметров зависят производительность, экономичность, габариты и масса лебедки, которые существенно влияют на эффективность бурения, транспортабельность и монтажеспособность всей буровой установки.

Определяем скорость ходовой струны каната на i-ой скорости по известной зависимости

(1.8.)

где v_i - скорость подъема на i-ой скорости, м/с;

i_т.с - кратность оснастки.

По ([3], табл. II.3) i_т.с = 14.

Максимальная скорость подъема ограничивается безопасностью управления процессом подъема и предельной скоростью ходовой струны, при которой обеспечивается нормальная навивка каната на барабан лебедки. Для предотвращения затаскивания талевого блока на кронблок из-за ограниченного тормозного пути скорость подъема крюка, согласно требованиям безопасности, не должна превышать 2 м/с.

Для талевых механизмов с кратностью оснастки принимаем t_т.с?10 v_max=2,0 м/с.

Минимальная скорость подъема -- резервная и используется для технологических целей: при расхаживании колонн бурильных и обсадных труб; при ликвидации осложнений и аварий, связанных с затяжкой и прихватом бурильных труб; при подъеме колонны труб через закрытые превенторы; при подъеме колонны труб в случае отказа одного из двигателей привода лебедки. Величина минимальной скорости подъема принимается в установленных практикой бурения пределах: v_min=0,2 м/с.

Отношение предельных скоростей определяет диапазон регулирования скоростей подъема лебедки:

(1.9)

Промежуточные скорости подъема определяются из геометрического ряда чисел

(1.10)

где ц-знаменатель геометрической прогрессии.

(1.11)

где k -- число передач.

Разбивка скоростей в геометрической прогрессии позволяет обеспечить относительно равное изменение смежных скоростей, и поэтому большая часть скоростей располагается в зоне низших передач, используемых для подъема колонн бурильных и обсадных труб сравнительно большего веса. Наряду с этим геометрический ряд передач позволяет сохранить степень загрузки буровой лебедки при переходе с одной передачи на последующую.

В соответствии с числом передач прототипа, принимаем k = 6.

Итак, определяем промежуточные скорости подъема:

-вторая скорость

-третья скорость

-четвертая скорость

-пятая скорость

-шестая скорость окончательно

Определяем скорости ходовой струны каната:

-первая скорость

-вторая скорость

-третья скорость

-четвертая скорость

-пятая скорость

-шестая скорость

Диаметр барабана выбираем в зависимости от диаметра талевого каната:

(1.12)

где d_к-диаметр каната, м.

В соответствии с диаметром каната d_к=32 мм ([3], табл. 11.3), применяемом на прототипной лебедке принимаем d_к=32 мм.

Принимаем D_б=740 мм.

Диаметр конечного слоя навивки каната на барабан

(1.13)

где б=0,93 -- коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра навивки вследствие смещения каната в промежутки между витками нижнего слоя;

К-число слоев навивки.

В соответствии с числом слоев навивки К=3 ([3], табл. 11.3), применяемом на прототипной лебедке принимаем К=3.

По допускаемым отклонениям ходовой струны талевого каната длину барабана выбираем в пределах

(1.14)

где l_б- длина барабана, м;

Н - расстояние между осями подъемного вала буровой лебедки и направляющего шкива кронблока, м.

Принимаем Н примерно равной высоте буровой вышки Н=45 м.

Принимаем l_б=1500мм.

Расчеты на прочность

Расчеты на прочность деталей и узлов лебедки выполняются по тяговому усилию, возникающему при допускаемой нагрузке на крюке, с учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и потерь на трение при подъеме.

Определяем наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки:

(1.15)

где N - номинальная приводная мощность лебедки, Вт;

щ_б - угловая скорость вращения барабана, с^-1.

Принимаем N = 900*10³ Вт.

Угловая скорость вращения барабана определится по формуле

(1.16)

Зная максимальный диаметр навивки каната на барабане D_к и наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки можно вычислить натяжение ведущей ветви каната

(1.17)

После выбора конструкции и определения основных размеров, барабана необходим его расчет на прочность. При навивке каната в стенках бочки барабана возникают напряжения сжатия, изгиба и кручения. В связи с тем что осевой и полярный моменты сопротивления сечения барабана большие, напряжения изгиба и кручения, возникающие в стенке барабана, несущественны. Поэтому расчет проводят только по напряжениям сжатия ([1], с.309)

(1.18)

где Р_в - натяжение ведущей ветви каната, Н;

s -- толщина стенки бочки барабана, м;

А -- коэффициент, зависящий от числа навиваемых слоев и других факторов;

[у_сж]-допустимые напряжения сжатия, Па.

Принимаем по аналогии с прототипом s = 80 мм = 0,08 м.

Допустимые напряжения сжатия материала бочки барабана [у_сж]=500МПа ([1], табл. 6), считая, что бочка барабана изготовлена из углеродистой стали 30.

При числе слоев навивки К=3 коэффициент А равен([1], с. 309):

(1.19)

где л -- коэффициент, зависящий от диаметра каната, модуля его упругости Е_к и толщины стенки барабана

(1.19)

где Е = 2,1*10⁵ МПа --модуль упругости стали;

Е_к- модуль упругости каната, МПа.

(1.20)

где а=0,33…0,35 ([1], с.157).

Условие прочности выполняется.

Задача 11

Рассчитаем и сконструируем ведомое цепное колесо передачи «тихой» скорости (поз. 3 рисунок 1.3). Посредством этой передачи подъемному валу лебедки сообщаются I, II и III «тихие» скорости.

В передаче применена стандартная приводная роликовая трехрядная цепь по ГОСТ 13568.

Известны числа зубьев звездочек передачи: ведущее колесо z₁ = 21, ведомое колесо z₂ = 81.

Определяем передаточное число передачи

(1.21)

Определяем максимальный (на I скорости) крутящий момент на малой звездочке М₁

(1.22)

Частота вращения барабана определится по формуле

Определяем коэффициент эксплуатации цепи

(1.23)

где k_Д - коэффициент, учитывающий динамичность передаваемой нагрузки;

k_а - коэффициент, учитывающий длину цепи (межосевое расстояние);

k_р - коэффициент, учитывающий способ регулировки натяжения цепи;

k_н - коэффициент, учитывающий наклон передачи к горизонту;

k_с - коэффициент, учитывающий качество смазки передачи и условия ее работы;

k_реж - коэффициент, учитывающий режим работы передачи.

Определяем значения коэффициентов:

k_Д = 1,0 при равномерной нагрузке ([4], табл. 3.3.2);

k_а = 0,80 ([4], табл. 3.3.3);

k_р = 1,25 для нерегулируемой передачи ([4], табл. 3.3.4);

k_н = 1,0 при наклоне линии центров до 60⁰;

k_с = 1,0 ([4], табл. 3.3.6);

k_реж = 1,45 при круглосуточной работе ([4], табл. 3.3.8).

Определяем предварительно шаг цепи

(1.24)

где [р]-допускаемое давление в шарнирах, МПа;

m-число рядов цепи.

По ([5], табл. 5.15) принимаем [р]=20 МПа.

Принимаем по ([4], табл. 3.1.1) параметры цепи: шаг цепи t_ц=38,1 мм, диаметр валика d=11,10 мм, длина втулки B=148,88 мм, разрушающая сила F=381 кН. Скорость цепи

 (1.25)

Окружное усилие

(1.26)

Сила, нагружающая подъемный вал

(1.27)

Рассчитываем профиль зубьев звездочки цепного колеса согласно ГОСТ 591-69, как профиль без смещения центров дуг впадин (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 Профиль зубьев без смещения центров дуг впадин.

Диаметр делительной окружности

(1.28)

Коэффициент высоты зуба по ([4], табл. 3.5.2) к=0,575.

Диаметр окружности выступов

(1.29)

Радиус впадины

(1.30)

Диаметр окружности впадин

(1.31)

Радиус сопряжения

(1.32)

Половина угла впадины

(1.33)

Угол сопряжения

(1.34)

Половина угла зуба

 (1.35)

Радиус головки зуба

(1.36)

Прямой участок профиля

(1.37)

Расстояние от центра дуги впадины до центра головки зуба

(1.38)

Рассчитываем размеры зубьев и венцов цепного колеса (см. рисунок 1.5).

Рисунок 1.5. Размеры зубьев и венца.

Радиус закругления зуба

(1.39)

Расстояние от вершины зуба до линии центров дуг закруглений

(1.40)

Диаметр обода наибольший

(1.41)

Ширина зуба звездочки

(1.42)

Ширина венца многорядной звездочки

(1.43)

Остальные размеры венца назначаем конструктивно.

Задача 17

Подъемный вал рассчитываем, ориентируясь на размеры вала прототипной лебедки ЛБУ-1100 ([3], с.476) по методике, приведенной в ([3], с.476-477, табл. 1П). Схема нагружения подъемного вала и эпюры изгибающих и крутящих моментов на рис. 1.6. Величины изгибающих и крутящих моментов приняты пропорциональными величинам, приведенным на эпюрах моментов прототипного вала ([3], рис.21П) и увеличены в соответствии изменением размеров барабана и натяжения ходовой струны каната.



Рисунок 1.6 Схема нагружения подъемного вала и эпюры изгибающих моментов

Материал вала по ([3], с.476)-сталь марки 34XН1М, термообработка--до твердости НВ 217--269; механические свойства: предел прочности на растяжение-сжатие у_в = 780 МПа; предел прочности на кручение ф_в = 650МПа.

Приведем подробно расчет для сечения А-А. Проверочный расчет остальных опасных сечений вала сведем в таблицу 1.2

Примем предварительно диаметр вала в сечении А-А d_А-А=280 мм.

Определяем экваториальный момент сопротивления сечения

(1.44)

где К_х - коэффициент ослабления сечения.

По ([3], табл. III.3) К_х=1,0 как для вала с одним шпоночным пазом.

Определяем полярный момент сопротивления сечения

(1.45)

где К₀- коэффициент ослабления сечения.

По ([3], табл. III.3) К₀=1,0 как для вала с одним шпоночным пазом.

Номинальные напряжения изгиба

(1.46)

Номинальные напряжения кручения

(1.46)

Запас прочности при изгибе

(1.47)

Запас прочности при кручении

(1.48)

Общий запас на статическую прочность

(1.49)

Допускаемый запас прочности найдем по ([3], табл. 2П) [S]=3,2.

Принимаем цикл напряжений изгиба симметричным, тогда амплитуда напряжений при изгибе, у_а=у=62,44 МПа, среднее напряжение у_m=0.

Принимаем цикл напряжений кручения асимметричным, тогда амплитуда напряжений при кручении ф_а=ф/2=13,8 МПа, среднее напряжение ф_m=ф/2=13,8МПа.

Коэффициент концентрации напряжений при изгибе К_у : от влияния шпоночного паза К_у = 2,25 ([3], рис. 12П); от влияния напрессовки К_у=6,15([3], табл. III.1). Принимаем К_у = 6,15.

Коэффициент концентрации напряжений при кручении К_ф : от влияния шпоночного паза К_ф = 2,15 ([3], рис. 13П); от влияния напрессовки К_ф=4,42([3], табл. III.1). Принимаем К_ф = 4,42.

Коэффициент, учитывающий масштабный эффект К_d =0,52 ([3], рис. III.5).

Коэффициент, учитывающий состояние поверхности К_f=1,15 ([3], рис.III.6).

Коэффициент упрочнения при обкатке роликами К_v=2,2 ([3], табл. III.2).

Коэффициент снижения предела выносливости:

-при изгибе (1.50)

-при кручении (1.51)

Предел выносливости стали марки 34ХН1М по ([3], табл. III.5):

-при изгибе (1.52)

-при кручении (1.53)

Коэффициент эквивалентности по ([3], табл. 2П): при изгибе К_эу=0,5; при кручении К_эф=0,5.

Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла по ([3], табл. III.5): при изгибе ш_у=0,1; при кручении ш_ф=0,05.

Запас прочности по переменным напряжениям:

-при изгибе (1.54)

-при кручении (1.55)

Общий запас прочности по переменным напряжениям

(1.56)

Допускаемый запас прочности по переменным напряжениям [n]=1,6 ([3], табл. 2П).

Диаметры других участков валов назначаем конструктивно.

Таблица 1.2 Расчет опасных сечений подъемного вала.

Параметр	Единица измерения	Обоз-начение	Способ определения	Результаты расчета для сечений вала
				Д-Д	В-В	С-С	Б-Б
1	2	3	4	5	6	7	8
Диаметр сечения	10-3м	d		220	225	235	270
Коэффициенты ослабления сечения: -экваториальный -полярный	-	Кх К0	По ([2], табл. III.3)	1,08 1,12	1 1	1 1	1 1
Момент сопротивления: -экваториальный -полярный	10-3м3	Wи Wк	(2.2.3.1) (2.2.3.2)	1,128 2,340	1,118 2,235	1,273 2,547	1,931 3,863
Изгибающий момент	кН*м	Ми	Рис 2.2	-	-	69,7	112,3
Крутящий момент	кН*м	Мк	Рис 2.2	119	119	119	82,4
Номинальные напряжения: изгиба кручения	МПа	у ф	(2.2.3.3) (2.2.3.4)	- 50,85	- 53,24	54,75 46,72	58,16 21,33
Запас прочности при: изгибе кручении	-	Sу Sф	(2.2.3.5) (2.2.3.6)	- 12,78	- 12,21	14,25 13,91	13,41 30,47
Общий запас на статическую прочность	-	S	(2.2.3.7)	12,78	12,21	9,95	12,27
Допускаемый запас прочности	-	[S]	По ([2], табл. 2П)	3,2	3,2	3,2	3,2
Амплитуда напряжений при: изгибе кручении	МПа	уа фа		- 25,4	- 26,6	54,75 23,4	58,16 10,7
Среднее напряжение при: изгибе кручении	МПа	уm фm		- 25,4	- 26,6	0 23,4	0 10,7
Коэффициент концентрации напряжений при изгибе: шпоночный паз напрессовка	-	Ку	([2], рис. 12П) ([2], табл. III.1)	- -	- -	- 6,15	- 6,15
Коэффициент концентрации напряжений при кручении: шпоночный паз напрессовка	-	Кф	([2], рис. 13П) ([2], табл. III.1)	2,15 4,42	- 4,42	- 4,42	- 4,42
Коэффициент, учитывающий масштабный фактор	-	Кd	([2], рис. III.5)	0,52	0,52	0,52	0,52
Коэффициент, учитывающий состояние поверхности	-	Кf	([2], рис.III.6)	1.15	1,15	1,15	1,15
Коэффициент упрочнения от обкатки роликами	-	Кv	([2], табл. III.2)	2,2	2,2	2,2	2,2
Коэффициент снижения предела выносливости: при изгибе при кручении	-	Ки Кк	(2.2.3.8) (2.2.3.9)	- 4	- 4	5,5 4	12,1 4
Предел выносливости стали марки 34ХН1М при: изгибе кручении	МПа	у-1 ф-1	(2.2.3.10) (2.2.3.11)	367 211	367 211	367 211	367 211
Коэффициент эквивалентности: при изгибе при кручении	-	Кэу Кэф	([2], табл. 2П)	0,5 0,5	0,5 0,5	0,5 0,5	0,5 0,5
Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла при: изгибе кручении	-	шу шф	([2], табл. III.5)	0,1 0,05	0,1 0,05	0,1 0,05	0,1 0,05
Запас прочности по переменным напряжениям: при изгибе при кручении	-	nу nф	(2.2.3.12) (2.2.3.13)	- 4,05	- 3,87	2,44 4,41	2,29 9,62
Общий запас прочности по переменным напряжениям	-	n	(2.2.3.14)	4,05	3,87	2,13	2,23
Допускаемый запас прочности по переменным напряжениям	-	[n]	([2], табл. 2П)	1,6	1,6	1,6	1,6

Список использованой литературы

1. Северинчик Н.А. Машины и оборудование для бурения скважин. М.: Недра, 1986. - 368с.

2. Американская техника и промышленность. Сборник рекламных материалов. Выпуск III. США. Фирма «Чилтон и Ко». 1977. -407 с.

3. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1988. - 501 с.:ил.

4. Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: учебн. пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда. - Мн.: УП «Технопринт», 2002. - 290 с.

5. Курсовое проектирование деталей машин: Учебн. пособие для техникумов/С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др.- М.: Машиностроение, 1980. - 351 с., ил.

6. Буровые установки Уралмашзавода. Г.В. Алексеевский. Изд. 2, перераб. и доп. М., изд-во «Недра», 1971 г.- 496с.

7. Муравенко В.А., Муравенко А.Д., Муравенко В.А. Буровые машины и механизмы. Том 2., Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002.- 464 с.

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Размещено на Allbest.ru