2.2 Проверочные расчеты на прочность отдельных элементов

ленточного тормоза

2.2.1 Расчет коленчатого вала на статическую прочность

Нагрузки, действующие на коленчатый вал ленточного тормоза во время спуска обсадной колонны.

Усилие, создаваемое пневмоцилиндром при давлении воздуха 0,8 МПа.

P_ц = 17270 Н.

M_к = Р_ц^.h_max = 17270 ^. 13 = 2245 Нм,

где h_max – максимальная длина плеча усилия на штоке пневмоцилиндра.

Натяжение сбегающего конца ленты:

t_ = 25830 Н.

Разложение усилия на штоке пневмоцилиндра на вертикальную и горизонтальную составляющие:

Рисунок 2.1 - Разложение усилия на штоке

Вертикальная плоскость:

P^в₄ = P_ц ^.sin 26⁰ = 17270 ^. 0,4384 = 7571 H

P^г₄ = P_ц ^.cos 26⁰ = 17270 ^. 0,8988 = 15522 H

Горизонтальная плоскость

R_A = R_B = P^в₄ = 7571 / 2 = 3785 H

M_I = – R_A^. 0,195 = 3785 ^.0,195 = – 740 Нм

M_II = – R_A^. 0,765 = 3785 ^. 0,765 = – 2900 Нм

M_A = – t_^.0,195 + P^`₄^. 0,765 – t_^. (0,765 + 0,57) + R_B^. 1,53 = 0

R_B = (t_^. 0,195 + P^г₄^. 0,765 – t_^. 1,335) / 1,53 = 18069 Н

R_A = 2 t_– P^г₄–R_B = 2 ^. 25830 – 15522 – 18069 = 18069 Н

M_I = – R_A^. 0,195 = 18069 ^.0,195 = 3523 Нм

M_II = – R_A^. 0,765 – t_^. 0,57 = – 18069 ^.0,765 – 25830 ^. 0,57 = 900 Нм

Суммарные изгибающие моменты

Рисунок 2.2 - Опорные реакции и изгибающие моменты

2.2.2 Расчет на выносливость 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 рисунке 2.2 представлены три расчетные схемы нагружения подъемного вала лебедки:

а) подъемные операции осуществляются на низших передачах (1, 2, 3 – скорости подъема). На вал действуют: нагрузка от натяжения каната Р_хкmax при максимальной нагрузке на крюке;

б) подъемные операции осуществляются на высших передачах (4, 5, 6 – скорости подъема). На вал действуют нагрузки Р₄и Р_хк2.

в) операции осуществляются при включенном вспомогательном тормозе, на вал действует нагрузка Р_хкз.

Так как Р_хкmax Р_хк2 Р_хк3 , то расчетной является первая схема, представленная на рисунке 3.2. В точках А и В находятся опоры вала, С и Е – ступицы барабана, D и F – цепные передачи. Канат находится у левой реборды. С достаточной степенью точности принимаются, что изгибающие моменты, возникающие от натяжения цепи, расположены в горизонтальной плоскости, а от натяжения каната – в вертикальной плоскости.

Определение действующих усилий.

Усиление на вал от натяжения ходовой ветви каната:

Р_хкmax = Q_кр + G_тс / U_тс^._т.с.,

где  = 1 – 0,01 ^.U_тс – КПД талевой системы.

Усиление на вал от натяжения цепи:

Р_у = 1,15 ^.P_n ,

где P_n – полезное усиление, передаваемое цепью.

P_n = 2Mк / d_,

где М_к – наибольший крутящий момент, действующий на вал от приводной звездочки до ступицы барабана

M_к = (Р_хкmax^.D_бр) / _б^. 2.

Определение опорных реакций.

В горизонтальной плоскости:

R^Г_A = [(ℓ₁ + ℓ₂) – ℓ₇] / (ℓ₁ + ℓ₂) ^.Р_у

R^Г_B = ℓ₇ / (ℓ₁ + ℓ₂) ^.Р_у

Расстояние ℓ₃ и ℓ₇ определяются согласно расчетной схеме:

ℓ₃ = 0,22 (ℓ₁ + ℓ₂)

ℓ₇ = 0,11 (ℓ₁ + ℓ₂)

Суммарные реакции опор вала:

_IIIC = ℓ₆^.R₁₈ = 0,19 (ℓ₁ + ℓ₂) R_B1

Под правой ступицей барабана:

_IIIВ = ℓ₆^.R_1В = 0,19 (ℓ₁ + ℓ₂) R_B1 ,

где ℓ₆ – расстояние от опоры В до правой ступицы барабана.