§ 4. Расчет частей буровых установок

Валы, зубчатые, цепные клиноременные передачи, канаты рас­считывают на прочность по максимальным и на усталость по при­веденным эквивалентным нагрузкам.

Вышки, основания станины, рамы рассчитывают на статическую прочность только по максимальным действующим усилиям.

Прочность механизмов и их частей, размеры, материалы, терми­ческая и механическая обработка детален выбираются с таким расче­том, чтобы удовлетворять условиям либо прочности, либо прочности и долговечности. Статическая прочность должна удовлетворять общему условию:

Р_П1«<-^- или а^=[о], (V-23)

где Р,^ — максимальное действующее на какую-то часть усилие; Р_п—несущая способность рассчитываемой части; о — напряжение, возникающее в детали от действия наи­больших статических и динамических усилии; сг_т —предел текучести материала детали; К—коэффициент запаса прочности; [а]—допускаемое напряжение.

Усталостная прочность должна удовлетворять аналогичному условию

<J_T *£ ТГ- = [ff-il или т, «£ -Ь>- , (V-24)

^лу= ^лу-

где К и К —коэффициент запаса прочности по выносливости

для нормальных и касательных напряжений; а_]_ и т_! — напряжения при симметричном цикле;

[ff_i], [t-i\ и т. д.—допускаемые напряжения выносливости для соответствующего цикла нагружения.

Напряженно, возникающее в детали при действии эквивалентной нагрузки, не должно превосходить пределы выносливости для дан­ного материала при соответствующем цикле нагружения.

При расчетах важно определить соответствующие коэффициенты нагрузки.

Расчет деталей на статическую прочность

При расчете на статическую прочность следует учитывать, что узлы буровой установки не должны разрушаться при максимальных нагрузках.

Надежность детали при статической нагрузке определяется коэффициентом запаса прочности.

Общий коэффициент запаса прочности К детали, в которой воз­никают нормальные о и касательные напряжения т:

К —

150

Запас прочности по нормальным напряжениям определяется в зависимости от величины предела текучести: при растяжении, сжатии материала:

K,-~—^L: или изгибе /Г =.~~^-- при кручении

g! ' »„ ст_н ' ^{r FJ}

Л;-^, (V-25)

где а^ — нормальные напряжения от растяжения, изгиба и т. д. Определяются эти величины следующим образом:

о" --- — или 0_В = —— , т— -~-. (V-26)

Здесь Р, Л/ц, Л/_к—максимальные действующая сила, момент

и т. д.; F, И⁷,,, №*„— площадь поперечного сечения, осевой или

полярный момент сопротивления и т. д.

Для бурового оборудования величины коэффициентов запаса прочности K_min принимают в зависимости от степени пластичности материала, характеризуемого отношением предела текучести а_т к пределу прочности сг_в.

£- =-- 0,45 - 0,55; 0,55-0,7; 0,7-0,9;

AT,_riitl^l,2-l,5; 1,4-1,8; 1,7-2,2.

При выборе коэффициентов запаса прочности для различных узлов буровой установки соблюдается определенная закономер­ность. Например: детали спуско-подъемного механизма рассчиты­ваются с таким запасом прочности, чтобы при обрыве бурильных труб вышка или талевая система не разрушились. Прочность крюка должна быть не менее прочности элеватора и штроп. Прочность вышки должна быть больше прочности талевой системы, а прочность каната должна быть больше максимального усилия на тормозе или муфте сцепления и т. д.

Момент, развиваемый ротором, или давление на выкидс насосов ограничиваются предохранительными устройствами; запас проч­ности деталей должен быть таким, чтобы исключились поло.мки их при максимальных нагрузках.

Если действительные нагрузки или напряжения не могут быть определены достаточно точно расчетом, то величины запаса прочности следует увеличить в 1,2—1,5 раза.

Расчет деталей на выносливость

Расчет отдельных частей буровой установки ведут на выносли­вость по приведенному эквивалентному режиму.

Напряжения а.,, создаваемые эквивалентной нагрузкой Р_э, М._Л и т. д., не должны превышать допускаемых нормальных [a.J или касательных [и_₁] напряжений усталости.

151

Если принято базовое число нагружений 7V₀, величины эквива­лентных напряжений определяют при растяжении и сжатии, изгибе и кручении

М^

W *

'' п

Здесь Р_я, М_а и Л/_кэ — эквивалентные силы, момент и т. д.

Запас прочности по выносливости К_ч детали, в которой возни­кают нормальные а_э и касательные т_э напряжения при асимметрич­ном цикле нагружония, определяется по формуле

т. =

F

W

Коэффициент запаса прочности по выносливости для нормаль­ных напряжений

К, =

Коэффициент запаса прочности по выносливости для касатель­ных напряжений

где <r__t и т_! —пределы выносливости при симметричном цикле

нагружений;

о"_а и т_а — амплитуды напряжений асимметричного цикла; а₍.₍₎ и т_ср —средние напряжения асимметричного цикла; Та ^и ф, —эффективные коэффициенты концентрации напря­жений;

е—коэффициент влияния абсолютных размеров дета­ли; ^\ и ty. — коэффициенты влияния асимметрии цикла.

".[£]	520—700	700—1000
*а	0,05	од
Фт	0	0,5

Если при расчете принимают усилия напряжения и характери­стики циклов, определенные на основе экспериментальных данных,

152

и соли при этом детали изготовлены хорошего качества, то коэф­фициент запаса прочности по выносливости принимают [K_v] = -- 1,3 - 1,5.

При отсутствии экспериментальной проверки усилий и напря­жений, при умеренной однородности материала и средних условиях технологии производства принимают [АГ_у] = 1,5 ч-1,8.

Если отсутствуют экспериментальные данные по усилиям и напря­жениям однородности материала, пониженные детали имеют боль­шие размеры и принимают [К_у] =1,8-5- 2,5.

Данные о запасах прочности устанавливаются на основе опыта эксплуатации деталей и их испытаний.