5. Расчет на прочность подъемного вала буровой лебедки
Необходимо определить нагрузки, действующие на вал: опорные реакции, изгибающие моменты под левой и правой ступицами барабана, нормальные касательные напряжения в опасных сечениях, коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям и приведенный коэффициент запаса.
На рис. 10 представлены три расчетные схемы нагружения подъемного вала лебедки:
- подъемные операции осуществляются на низших передачах (1, 2, 3 скорости подъема). На вал действуют: нагрузка от натяжения цепей привода Рц и усилие от натяжения каната Рxkmax при максимальной нагрузке на крюке;
- подъемные операции осуществляются на высших передачах (4, 5, 6 скорости подъема). На вал действуют нагрузки Рц и РХk2
- операции осуществляются при включенном вспомогательном тормозе.
На вал действует нагрузка Рхкз .
Так
как
,
то расчетной является первая схема,
представленная на рис.
11.
В точках А и В находятся опоры вала, С и
Е - ступицы барабана, Д и F
- цепные передачи. Канат находится у
левой реборды. С достаточной степенью
точности принимается, что изгибающие
моменты, возникающие от натяжения цепи,
расположены в горизонтальной плоскости,
а от натяжения каната - в вертикальной
плоскости.
Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблицах 7, 8.
5.1. Определение действующих усилий
Усилие
на вал от натяжения ходовой ветви каната
определяется при условии
.
Усилие на вал от натяжения цепи:
Рис. 10. Расчетные схемы нагружения подъемного вала лебедки
Канат у левой реборды (1), канат у правой реборды (2)
а) подъем на низшей передаче; б) подъем на высшей передаче; в) спуск
Рис. 11. Схема для расчета подъемного вала буровой лебедки
5.2 Определение опорных реакций
- в вертикальной плоскости
Таблица 7
Исходные данные для расчета подъемного вала
Наименование |
Размерность |
Условные обозначения в формулах |
Численное значение величины |
Нагрузка на крюке |
кН |
Qкр |
1000, 2000, 3000, 4000 |
Нагрузка от массы подвижных частей талевой системы |
кН |
Gтс |
150 |
Число подвижных струн |
- |
Uтс |
10, 12, 14 |
Расчетный диаметр барабана лебедки |
м |
Dбр |
0,90 |
Коэффициент полезного действия барабана лебедки |
- |
ηб |
0,97 |
Диаметр делительной окружности звездочки |
м |
dд |
1,31 |
Коэффициент влияния амплитуды цикла: |
|
||
при расчете вала по касательным напряжениям |
- |
(Kт)D |
3,33 |
при расчете вала по нормальным напряжениям |
- |
(Kб)D |
0,0 |
Коэффициент влияния среднего напряжения цикла: |
|
||
при расчете вала по нормальным напряжениям |
- |
ψσ |
0,0 |
при расчете вала по касательным напряжениям |
- |
ψτ |
0,15 |
Минимальное значение касательного напряжения |
МПа |
τmin |
0,0 |
Расстояние до середины вала от опор А и В |
м |
l1=l2 |
1,12 |
Свойства материала вала: |
|
||
Предел текучести |
МПа |
σт |
650 |
Предел прочности |
МПа |
σв |
780 |
Диаметр подъемного вала в рассматриваемом сечении |
м |
dв |
0,245 |
Допускаемый коэффициент запаса при расчете на усталостную прочность |
- |
[n] |
1,3 |
Таблица 8
Условные обозначения
Обозначение |
Единица измерения |
Наименование |
l3 |
м |
Расстояние от опоры А до точки приложения усилия в ходовом конце каната |
l6 |
м |
Расстояние от опоры В до правой ступицы барабана |
Mк |
кН·м |
Крутящий момент от усилия в цепной передаче |
Рхкmax |
кН·м |
Максимальное натяжение ходового конца каната |
Рп |
кН |
Усилие, передаваемое цепью |
Рц |
кН |
Усилие на вал от натяжения цепи |
σmin |
МПа |
Минимальное значение нормального напряжения |
σа , τа |
МПа |
Амплитуда цикла нормальных и касательных напряжений |
σм , τм |
МПа |
Среднее значение нормального и касательного напряжений |
nσ , nτ |
- |
Коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям |
N |
- |
Приведенный коэффициент запаса при расчете на усталостную прочность |
l7 |
м |
Расстояние от точки приложения усилия в цепной передаче до опоры А вала |
|
кН |
Реакции опор А и В от натяжения цепи |
|
кН |
Суммарные реакции опор А и В |
|
кН |
Реакции опор А и В от натяжения ходового конца каната |
MIIc , MIIIe |
кН·м |
Изгибающий момент под левой и правой ступицах барабана |
σmax , τmax |
МПа |
Максимальные значения нормальных и касательных напряжений |
|
Предел выносливости: |
|
σ-1 |
МПа |
по нормальным напряжениям |
τ-1 |
МПа |
по касательным напряжениям |
l1+l2 |
м |
Расстояние между опорами вала |
в горизонтальной плоскости:
Расстояние l3 и l7 определяются согласно расчетной схеме:
Суммарные реакции опор вала:
