3.3. Скорости подъема крюка

Значение скоростей подъема крюка определяются скоростями навивки каната на барабан и числом подвижных струн талевой системы:

(3.8)

Минимальную скорость подъема крюка находят из выражения:

(3.9)

где N – мощность двигателя станка, кВ; к.п.д. передач от двигателя до крюка; и - к.п.д. передач от двигателя до барабана лебедки и к.п.д. талевой системы; коэффициент длительной перегрузки двигателя; для электродвигателей Q – нагрузка на крюк при установившемся движении, кН; по табл. №3 примем Q=88000 Н.

При использовании ДВС , а отбираемая мощность не должна превышать 0,7-0,8 номинальной мощности двигателя. Для установок с групповым приводом от нескольких сблокированных двигателей необходимо учитывать коэффициент суммирования мощности. Если для привода лебедки предусматривается индивидуальный двигатель, то скоростью подъема крюка задаются и определяют мощность двигателя.

Величина первой скорости заметно влияет на время выполнения спуско-подъемных операций, поэтому она не должна быть заниженной. В современных установках для бурения скважин на твердые полезные ископаемые первая скорость крюка изменяется от 0,8 до 0,3 м/с, причем меньшие значения относятся к установкам большей грузоподъемности.

Максимальная скорость подъема определяется условиями безопасного выполнения спуско-подъемных операций. При ручном управлении подъемным механизмом с ростом максимальной скорости возрастает величина возможного переподъема крюка, что требует соответствующего увеличения высоты вышек и мачт. Длительность работы на высшей скорости подъема сравнительно невелика, поэтому ее увеличение незначительно влияет на время выполнения спуско-подъемных операций.

С учетом этого максимальную скорость подъема крюка принимают до 2 м/с. Значения, близкие к этому пределу, выбирают при использовании достаточно длинных свечей.

Для установок геологоразведочного бурения максимальные скорости подъема регламентированы ГОСТ 7959-74: при длине свечи 4,7 м максимальная скорость 1,6 м/с, при большей длине свечи – 2,0 м/с.

Подставим численные значения в выражение (3.9):

Остальные скорости подъема крюка найдем из выражения (3.8), значения скорости навивки каната по второму слою возьмем из табл. №5:

3.4. Расчет оболочки барабана

При навивке каната на барабан в его оболочке возникают напряжения сжатия, изгиба и кручения. Основными являются напряжения сжатия, так как напряжения кручения и изгиба малы и ими можно пренебречь. Под действием сжимающих усилий каната оболочку рассматривают как трубу, нагруженную внешним равномерным давлением.

Двумя бесконечно близкими радиусами (рис. 7) выделим на оболочке барабана элементарный участок, в пределах которого натяжение P каната можно принять постоянным. Сила сжатия, действующая на выделенный участок,

(3.10)

При малых углах поэтому

(3.11)

Рис. 7. Нагрузка на элементарный участок оболочки барабана от натяжения каната.

Интенсивность нагрузки, создаваемой витком каната:

(3.12)

где радиус барабана.

Так как на барабан воздействуют отдельные витки, давление на поверхности оболочки не является равномерным.

При расчете оболочек нагрузку q приводят к эквивалентному равномерному давлению. На единице длины барабана размещается витков каната, поэтому эквивалентное давление на поверхности оболочки:

, (3.13)

где шаг навивки каната на барабан.

Поскольку оболочка не является абсолютно жесткой, действительное давление отличается от вычисленного по формуле (3.13). Навитый на барабан виток каната сжимает оболочку, уменьшая ее диаметр в зоне, прилегающей к витку. При навивке следующего витка диаметр барабана в зоне первого витка еще более уменьшается, в результате чего натяжение каната в нем снижается. Каждый последующий виток изменяет натяжение в ранее навитых витках, поэтому при расчете напряжения в стенке барабана вводят коэффициент a_z, учитывающий уменьшение среднего давления на оболочку:

(3.14)

где толщина стенки барабана.

При многослойной навивке каната коэффициент a_z находят по приближенной формуле:

(3.15)

(3.16)

где отношение жесткостей каната и оболочки; модуль упругости каната; площадь сечения проволок каната; E – модуль упругости материала оболочки; для барабанов из стального литья для сварных из листовой стали для чугунных z – число слоев навивки каната;

Здесь E_n – модуль упругости при поперечном сжатии каната.

Коэффициент a_z подсчитывают для каждого слоя отдельно, а затем складывают по слоям:

(3.17)

и т.д.

Данные для расчета: натяжение каната Н, число слоев навивки z=3. Диаметр каната , суммарное сечение проволок каната мм², модуль упругости каната , модуль упругости при поперечном сжатии . Радиус оболочки барабана мм. Материал оболочки сталь с Па. Принимаем , .

;

.

Определяем по слоям навивки:

для первого слоя: ;

для второго слоя: ; ;

для третьего слоя: ; .

.

Напряжение сжатия в стенки барабана:

МПа.

Барабан выполнен из стали 20ХГ – это сталь слабо легированная марганцем, хромом и кремнием. Для этой стали допускаемое напряжение .

;

расчет выполнен верно.

Определим минимально допустимую толщину стенки барабана:

; (3.18)

м.

Толщина стали, из которой будет сделана бочка барабана, должна быть не менее 12 мм.