Р ис. 5.2. Установка блоков

5.4. Расчет оси кронблока

По сечению 1-1 ось кронблока (рис. 5.3) рассчитывается на статическую прочность и по сечению 2-2 на выносливость в сечении. Методика и пример расчета оси кронблока КБАУ7- 400 [15] приведены в приложении 5.  (табл. П5.1.2).

Pиc. 5.3. Ось кронблока	Рис. 5.4. Расчетная схема оси кронблока

5.5. Расчет стакана

Стакан (рис. 5.5) рассчитывается в сечениях 1-1 и 2-2 на выносливость при растяжении. Приведенная ниже методика [16, табл. 9] сопровождается примером расчета стакана (рис. 5.5) талевого блока У4-125 (табл. П5.2.1. и П5.2.2.).

5.6. Расчет щеки талевого блока

Щека талевого блока рассчитывается в сечении 1-1 (рис 5.6) на статическую прочность и на выносливость при растяжении. Методика расчета [15] сопровождается примером расчета щеки талевого блока ТБУБ-320 (табл. П5.3.1. и П5.3.2.).

5.7. Расчет щеки траверсы

Щека траверсы (рис. 5.7) рассчитывается в сечении 1-1, как кривой брус от совместного действия изгиба и прессовой посадки на статическую прочность и на выносливость. В таблицах 5.4.1 и 5.4.2 приведена методика [16] с примером расчета щеки траверсы талевого блока грузоподъемностью 320 т.

Рис. 5.5. Стакан талевого блока	Рис. 5.6. Щека талевого блока
Рис. 5.7 Щека траверсы

5.8. Назначение, расчет и конструирование пружин крюкоблоков.

Крюки и крюкоблоки предназначены для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильных и обсадных труб. Крюки снабжаются пружинящими устройствами, рассчитываемыми на подъем тела крюка со стволом, одной свечи, элеватора и штропов. Величина хода ствола должна быть большей, чем длина замковой резьбы бурильных труб. Это обеспечивает автоматический подъем отвинченной свечи на высоту конической резьбы при операциях подъема колонны.

Наличие пружинящего устройства значительно ускоряет операции подъема, так как при его исправной работе не требуется приподнимать свечу лебедкой после ее отвинчивания.

Крюки и крюкоблоки, как и все элементы талевой системы, на заводе должны быть испытаны под нагрузкой, на 25 % превышающей транспортную.

Пружина является основным элементом автоматического устройства приподнимания свечи при операциях развинчивания свечей. При нагрузках, превышающих усилие сжатия пружины, она сжимается до упора буртика ствола в стакан или корпус, пружина не должна передавать полного веса бурового инструмента. Зазор между витками в сжатом состоянии 3…5 мм. Ход ствола крюков ограничен расстоянием при посадке буртика и должен быть около 30..50 кН. В поднятом состоянии усилие пружины составляет 10…25 кН. Этого должно быть достаточным для подъема свечи 25...38 м с элеватором и штропами.

Пружины крюков рассчитывают, исходя из следующих условий. Предварительно сжатая пружина должна развивать усилие, равное полуторакратному весу свечи наибольшего размера; стрела прогиба пружины должна быть на 20…60 % больше длины замковой резьбы.

Пружина должна иметь наименьшую, по возможности, жесткость, поэтому число ее витков следует выбирать большим, обычно не менее 10…15. В случае технологических трудностей, связанных с изготовлением пружин большей длины, можно применять составные пружины с разделительными шайбами. Материалом для изготовления пружин обычно служит сталь 60С2, хотя в соответствии с расчетом можно выбирать и другие, приведенные в табл. 5.2. Наилучшим сочетанием технологических и эксплутационных свойств обладает кремненикелевая сталь марки 60С2Н2А, но она в 1,37 раза дороже стали 60С2А и рекомендуется для пружин с большим сечением прутка (больше 20 мм).

Цилиндрическая винтовая пружина представляет собой винтовой брус. Основные параметры: средний диаметр D (рис. 5.8), число рабочих витков i и угол подъема  средней винтовой линии витков.

Кривизну витка характеризуют индексом пружины C=D/d, где d – диаметр прутка (или проволоки).

Назначение и общая характеристика пружинных сталей

Таблица 5.2

Марка стали	Назначение	т, МПа	в, МПа	Оптовая цена в % от стали 65
65	Для изготовления пружин из проволоки до 8 мм с холодной навивкой	360	786	100
85		-	1270	100
60С2	Для витых пружин из проволоки от 3 до 12 мм	1200	1300	130
60С2А		1400	1600	176
60С2ФА	Для весьма ответственных высоконагруженных пружин. Сталь хорошо закаливается, устойчива против обезуглероживания, имеет лучшую усталостную прочность	1700	1900	252

При приложении осевой силы P в поперечных сечениях витков возникают:

- крутящий момент

M=PD/2*cos (5.22)

- изгибающий момент

M_b= PD/2*sin (5.23)

- поперечная сила

Q=P*cos  (5.24)

- нормальная сила

N=P* sin (5.25)

Развертка винтового бруса

Рис. 5.8. Геометрия пружины

При малых углах подъема <12 нормальным напряжением от изгиба и сжатия можно пренебречь, а напряженное состояние витков приближается к чистому сдвигу.

Наибольшее касательное напряжение в опасных точках поперечного сечения витков (на внутреннем волокне):

_max=k_, (5.26)

где _P C F^-1;

С – индекс пружины;

F - площадь поперечного сечения витка;

k – коэффициент, k,C ^-1.

Основная формула для расчета пружин на прочность:

(8kPD)/d³≤[], (5.27)

где [] – допускаемое касательное напряжение при кручении. Для стальных цилиндрических пружин 2-й группы []= 0,6_в, для сталей 60С2 и 60С2Н2А [] = 900 МПа. Задавшись [] и индексом пружины С≥4, рассчитывают диаметр проволоки:

(5.28)

и средний диаметр пружины:

D=C *d, (5.29)

где P_кон - наибольшая рабочая нагрузка, при посадке буртика ствола (зазор между витками 3…5 мм, P_кон=30…50 кН).

Относительное осевое перемещение торцов пружины к концу процесса нагружения:

, (5.30)

где i = i₀ - (1,5…2) - число рабочих витков, i ≥10;

i₀ - полное число витков, выбираемое кратным 0,5.

Длина пружины, сжатой до соприкосновения витков, (рис. 5.9):

H_d=(i₀ - 0,5)d; (5.31)

Длина ненагруженной пружины:

H₀=H_d+(h-d) i, (5.32)

где шаг пружины h=d+λ/i +δ обычно выбирают от D/3 до D/2. Тогда угол подъема витков ненагруженной пружины α=6˚…9˚.

Длина проволоки, необходимая для изготовления пружины:

l=πDi₀ /cosα. (5.33)

Пружины сжатия навиваются с просветами δ между витками.

Для работы пружины в пределах прямолинейной характеристики значение P_кон не должно превышать (0,8…0,9)P_пред, что обеспечивается регулировкой рабочего хода пружин.

Для создания надежной опоры торцовые витки на длине не менее ¾ витка поджимаются к соседним виткам, протачиваются, а затем шлифуются так, чтобы образовалась опорная плоскость, перпендикулярная оси пружины. После обработки толщина свободного конца витка должна составлять 0,25 d, длина пружины H. Основные размеры (рис. 5.9):

H_о – полная длина ненагруженной пружины;

H – длина пружины после проточки и шлифования поджатых витков;

H_кон – длина пружины при нагружении ее максимальной рабочей нагрузкой P_кон;

_кон – относительное осевое перемещение торцов пружины при действии осевой нагрузки P_кон;

x – рабочий ход пружины;

H_нач – начальная длина пружины, под установочной нагрузкой P_нач;

H_d – длина пружины, сжатой до соприкосновения витков осевой силой P_пред;

S – регулировочный ход пружины при снижении нагрузки от P_пред до P_кон.

H_кон

Рис. 5.9. Конструкция и характеристика пружины