1.2 Конструирование буровых крюков

Сначала выбирают общую конструктивную схему в соответствии с максимальной нагрузкой. При разработке конструкции рассчитывают основные элементы крюка: рога, ствол, пружину, подшипник, пальцы штропов и др.

Практика эксплуатации крюков показала, что целесообразнее применять крюкоблоки. Однако в эксплуатации находятся и обычные талевые блоки, поэтому целесообразна конструкция крюка с универсальным корпусом.

Центральный рог следует выполнять с зевом минимальных размеров, что уменьшает напряжения изгиба и позволяет выполнить тело крюка меньшего сечения. Защёлка центрального рога должна быть большой длины для удобства завода штропа вертлюга в зев. Следует применять стандартизированные присоединительные размеры для элементов крюков и присоединяемых с ним деталей (см. учебник).

Требования к материалам деталей крюков очень высокие. Поломка крюка почти всегда связана с тяжёлыми авариями на буровой. Детали крюков изготовляют из среднеуглеродистых слаболегированных сталей, не обладающих хрупкостью и не склонных к развитию усталостных трещин.

Литые крюки изготовляют из легированных сталей марок 30 ХМЛ или аналогичных с σ_т = 550 МПа, σ_в = 700 МПа и ударной вязкостью – 40 Дж/см².

В пластинчатых крюках пластины изготавливаются из легированных сталей с σ_т = 700 МПа, σ_в = 900 МПа и ударной вязкостью > 60 Дж/см².

Боковые рога выполняют из стали марки 38Х2Н2МА или 40ХН, Штропы – из сталей 30ХГСА или Стали 35,

Корпусы крюков – из литых сталей марок 30Л, 35Л.

2. Расчёт талевых систем

2.1 Общие положения

Для грузоподъёмных машин поднимающих груз в воздухе установлена классификация режимов работы механизмов. Для буровых – весьма тяжёлый режим (ВТ):

• коэффициент загруженности в течение суток k_c =1,

• продолжительность включений ПВ > 40 %,

• число включений за 1 час > 120,

Талевая система буровых установок работает с неравномерностью нагрузки (движение труб в искривленной скважине, затяжки инструмента и т.д.).

Расчёт на статическую прочность ведут по максимальной вероятной статической нагрузке, которая может возникнуть в процессе проводки скважины. Эту максимальную нагрузку указывают на корпусе крюка, талевого блока и кронблока. Систему можно нагружать до этой нагрузки, не боясь вызвать разрушения элементов подъёмного комплекса. Максимальная расчётная нагрузка определяется по формуле

, (3.1)

где R_{вн i} – вероятная несущая способность элемента подъёмной части;

S_в – коэффициент запаса прочности.

Расчётные нагрузки на детали и узлы талевой системы

Максимальная рабочая нагрузка Р_мах ограничивается допускаемой нагрузкой на крюке.

Для деталей крюка

, (3.2)

Для деталей талевого блока

, (3.3)

Для деталей кронблока

, (3.4)

где G_Т – вес всех подвижных частей талевой системы

, (3.5)

G_ТБ – вес талевого блока,

G_КР – вес крюка,

G_ШТР – вес штропов,

G_ЭЛ – вес элеватора.

G_Т можно определить по таблице 1

Таблица 1 – Значения G_Т в зависимости от диаметра каната и оснастки

Диаметр каната, мм	GТ , кН при оснастке
	4х5	5х6	6х7
25	50	-	-
28	60	80	-
32	80	100	120
35	-	120	150
38	-	-	180

Ориентировочно G_Т = (0,030,04)Р_МАХ.

Для талевого каната принимают S_в = 2  3. При расчёте других элементов по пределу текучести принимают коэффициент запаса S_т = 2  2,25, а S_в определяют по формуле

. (3.6)

S_в принимать < 1,4 нельзя, на практике принимают S_в = 2,5  3,0.

При расчётах на выносливость (при изгибе, растяжении, сжатии и кручении) за расчётную принимают эквивалентную нагрузку Р_Э, а коэффициент запаса n_a = 1,4  1,5.

При расчёте на выносливость по контактным напряжениям принимают n_a = 1,2  1,4.

Для расчёта на долговечность принимают максимальное значение динамической нагрузки, которую воспринимают подшипники качения в течение номинального срока службы, эквивалентного 18  10⁶ циклам нагрузки или 3000 ч работы при частоте вращения 100 об/мин.