Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

16.86 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 5121 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

II р и л е ч а н и е. Для бурового оборудования величину коэффициента запаса прочности Kmin принимают в зависимости от степени пластичности мате риала, характеризуемой отношением предела текучести <тх к пределу прочности ов. Значения Ат ;п приведены в табл. 37.

Т а б л и ц а 37

Значения коэффициента запаса прочности A'min

От

	0 ,4 5 - 0 ,5 5	0 ,5 5 - 0 ,7
-^min	1,2—1,5	1,4-1,8

0 ,7 - 0 ,9

То

В нашем случае для стали Ст. 5 ит = 27 кгс/мм2; ав = 55 кгс/мм2

СГт	2Т_ = 0,5,
Оь	55
т. е. &'mjn должен быть не меньше 1,5.
Таким образом, определенные коэффициенты запаса прочности удовлетворя
ются.
ВЫБОР ДИАМЕТРА И ТИПА ТАЛЕВОГО КАНАТА
ДЛЯ ОСНАСТКИ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

Задача 116. Выбрать диаметр и тип талевого каната для оснастки талевой системы (оснастка 5 X 6 ) , если максимальная нагрузка на крюке с учетом коэффициента прихвата и облегчения веса колонны при погружении в жидкость составляет 115 тс; коэффициент полез ного действия талевой системы цт_с = 0,85; профиль канавок шки вов 28 мм; вес подвижного оборудования Роб = 5 т.

Решение. Из условия задачи видим, что профиль канавок шкивов составляет 28 мм, значит диаметр каната также должен быть dK = = 28 мм.

Для выбора типа каната по 'известной упрощенной формуле

определяем натяжение ходового	конца каната при подъеме.
(/кр + Ррб	115 + 5	14,10 тс.
РX, К	10-0,85
П Т)т. с

Определяем необходимое разрывное усилие каната Рр, для чего задаемся коэффициентом запаса прочности К = 8—4. Принимаем

К = 3,5. Тогда

Рр = Рх к • К = 14.10 • 3,5 = 49,35 тс.

Исходя из значения разрывного усилия, которое составляет при мерно 49,35 тс по данным табл. 38 приложения, выбираем канат типа ЛК-РО диаметром dK = 28 мм с металлическим сердечником, который при пределе прочности ов = 160 кгс/мм2 имеет разрывное усилие 51,57 тс.

200

П Р О В Е Р О Ч Н Ы Й РАСЧЕТ ТАЛЕВОГО К А Н А ТА Н А ПРОЧНОСТЬ

Задача 117. По условию ранее решенной задачи провести про верочный расчет талевого каната на прочность.

Проверочный расчет каната на прочность проводим по следующей формуле:

	Ссум ~ *-^р ~Г С из.
где осум — суммарные	напряжения, которые возникают в канате;
ор — напряжения при	растяжении

где F — площадь	поперечного сечения всех	проволок в канате.
По данным табл.	38 приложения, F — 379,26	мм2.

14 100

ор 37,2 кгс/мм2.

379,26

оиз — напряжения при изгибе.

_б_

С из g Ек D ’

где Ек — модуль упругости каната с металлическим сердечником,

Ек = 1,25 «10е кгс/см2 = 1,25-104 кгс/мм2;

б — диаметр проволок в канате.

Выбранный тип каната состоит из проволок различного диаметра. Для расчета берется диаметр внешнего слоя пряди, который,

по данным табл. 38 приложения, равен б = 1,8 мм.

D — диаметр канатного шкива или диаметр барабана лебедки. Для расчета необходимо брать меньший диаметр (как правило, берут диаметр барабана лебедки). D = D6 = 650 мм.

Подставив все значения в формулу, определим оиз.

сиз = -|- • 1,25 • 104 -Ц |_ = 1 3 кгс/мм2.

Таким образом,

сСум = 37,2 -f 13 = 50,2 кгс/мм2.

Определяем коэффициент запаса прочности

К = Ов	170	3,38.
ОсуМ	50,2

Коэффициент запаса прочности для талевых канатов должен быть не менее 2,5, т. е. выбранный тип каната отвечает требованию.

201

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ТАЛЕВОГО КАНАТА ПО ПОДЪЕМУ

	И СПУСКУ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
Задача	118. Определить работу талевого каната по	подъему
и спуску бурильных труб диаметром 141 мм на глубину L = 1500 м
при следующих данных: средняя длина свечи I = 24 м; вес 1 м
трубы q =	35,3 кг; вес подвижного оборудования Роб =	5 т.

Решение. Вследствие отсутствия надежных методов расчета та левого каната его долговечность оценивается по производимой канатом работе, которую можно определить по формуле Саркисова:

Л = 2 [ q J?-+ L ( 2 P 06+ q \ ) ]	10-®;
А = 2 [35,3• Ц - + 1500 (2 • 5000 + 35’32 24 )]	.10~6 = 313,2 т-км.

РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРЮКА НА ПРОЧНОСТЬ

Задача 119. Рассчитать ствол крюка на прочность, если макси


мальная нагрузка на крюке составляет (?кр =						120 тс. Материал —
сталь 40 ХН, у которой	сгт = 60	кгс/мм2,			ав =		75 кгс/мм2.			Диа
	метр ствола в наиболее опасном
	сечении D =				136 мм. Внешний диа
	метр		резьбы		cf =		160 мм, внутрен
	ний	диаметр			резьбы				= 138 мм,
	шаг	S =		16	мм.			Дополнительные
	данные приведены на рис. 15.									D =
	= 136		мм; D г =			130 мм; R = 150 мм;
	В = 300 мм;				b =		71	мм.
	Ствол			крюка			является			ответ
	ственной деталью и изготовлен из
	высоколегированной кованой и тер
	мообработанной стали. В нижней
	части		ствола			имеется			проушина
	с расточкой для подвешивания пла
	стинчатого			крюка,				на	котором во
	время		бурения				находится			штроп
	вертлюга.
Рис. 15. Ствол крюка.	Решение.				Рассчитываем					сече
В этом сечении ствол	ние	I —I.				растяжение
	крюка работает на

„ _ Скр

где QKр — максимальная нагрузка на крюке. (7кр = 120 тс; F — пло щадь поперечного сечения ствола крюка.

„	jtZ>2	3,14	. 13,62 = 145 см2.
	4	4
	120 0004		= 830 кгс/см2.
		145

202

Коэффициент запаса прочности можно определить по формуле

Ир

где а0 р — предел выносливости на растяжение сжатие при пульсирующем цикле нагрузок.

Приближенные значения пределов выносливости сг_х (симмет ричный цикл нагрузок) и о о (пульсирующий цикл нагрузок) для сталей могут быть определены по эмпирическим зависимостям, устанавливающим связь между статическими усталостными характе ристиками металлов (см. табл. 38)

Т а б л и ц а 38

Вид деформации	Симметричный цикл	Пульсирующий цикл
Вид деформации	нагрузок	нагрузок

Изгиб	с?- in — 0,43	0В	Оои ^ 0,6	0В
Растяжение — сжатие	(У-ip === 0,36	0*8	(jop — 0,5	0в
Кручение	т_! = 0,22	ств	т0 — 0,3 (Ув
П р и м е ч а н и е .	Для чугуна с_^н « 0,45 ств.

Пользуясь данными зависимостями, определяем o0j>

аор = 0,5ств = 0,5• 75 = 37,5 кгс/мм2.

Таким образом,

* = f f = 4 '5 -

Рассчитываем сечение I I —II.
Определяем напряжение	растяжения
( ? к р	120000	■500 кгс/см2,
2{B —Di)b.	• 2(30 -13)7,1	■500 кгс/см2,
2{B —Di)b.	• 2(30 -13)7,1

что явно меньше допустимого.

Определяем максимальное растягивающее напряжение в проу

шине ствола крюка по			формуле Ляме.
				№ + т
				№		т			’
					-	т			’
гДе	Я — интенсивность		удельного			давления между поверхностями
пальца и проушины
	„	< ? к р		1 2 0 0 0 0				Л С Л	\| О
	q =	~ 2 Д Д Г =		2 • 7,1 • 13			д	6 5 0	КГС/СМ2.
	q =	~ 2 Д Д Г =		— V	—		д	6 5 0	КГС/СМ2.
R =	150 мм; % =	*§? =	65	мм.
	Л	Z
	а тах = 6 5 0 \|			\| 2- j ] g	’ 5 2	' =		9 6 0 К Г С / С М 2 .

203

Коэффициент запаса прочности равен

К = - ^ ~ = 3 7 ^ 3 ,9 ^шах

Рассчитываем резьбовую часть ствола. Резьбовая часть ствола рас считывается на прочность при деформации изгиба, смятии и среза. Рассчитываем резьбу ствола на прочность при деформации изгиба по формуле

		из	3 < ? к р ( й — dx)a
			2лрадздх
где d — наружный		диаметр резьбы, d — 160 мм; с/х — внутренний
диаметр	резьбы.	dx = 138	мм;	а — коэффициент,		учитывающий
неравномерность распределения				нагрузки	на витки	резьбы,	а =
= 0,43;	(3 — коэффициент,		зависящий от		профиля	резьбы.	\|3 =

=0,75; S — шаг резьбы. *5 = 16 мм.

Таким образом,

*^из —	3-120 000(16-13,8) -0,43	= 2000 кгс/см2.
	2 • 3,14 • 0,752 • 1,62 • 13,8

Коэффициент запаса прочности

СГр и

Пиз

где а0 и — предел выносливости на изгиб при пульсирующем цикле нагрузок. сг0 и можно определить с помощью табл. 38.

а0 и = 0,6сгв = 0,6 •75 = 45,0 кгс/мм2;

^ = f =2,25.

Расчет прочности на смятие определяем по формуле

а(?кр	_	0,43-120 000	998 кгс/см2.
см 0,785 (Л2 — й\)		0.785 (16213,82)

Коэффициент запаса прочности

СГр СМ

Осм

где а0 см — предел выносливости	на	смятие при пульсирующем
цикле нагрузок.
см—'(1,7 2)ог0р.
ао см = 1,7»37,5 =	63,5 кгс/мм2.
63,5	=	6,4.
,98

204

Расчет прочности на срез определяем по формуле

я<?кр	0,43-120 000	= 995 кгс/см2.
Тср~ npSdi	3,14 - 0,75 -1,6 -13,8	= 995 кгс/см2.
Тср~ npSdi	3,14 - 0,75 -1,6 -13,8
	TQ ср
	Тср

где тоср — предел выносливости на срез при пульсирующем цикле нагрузок

	т0ср =	(0 ,7 - 0,8) аор.
	т0 Ср = 0,7 • 37,5 = 26,25 кгс/мм2.
	К	26,25	2,64.
		9,95

на	Задача 120. Рассчитать упорный шариковый подшипник крюка
	прочность, если максимальная нагрузка на крюке 150 тс, диа
метр шарика do = 50 мм.		Дополнительные данные приведены
в	ходе решения.
	Решение. Величины статической грузоподъемности подшипников

различных типов могут быть определены по следующим формулам:

радиальные шарикоподшипники	«
Qct— BZd%\
радиальные и упорные шарикоподшипники	с цилиндрическими
и сферическими роликами
<?ст = BZd0l;

радиально-упорные шарикоподшипники

QCT — BZd* cos Р;

роликоподшипники конические радиальные и упорные

QCT— BZd0l cos р,

где Z — количество тел качения; do — диаметр тела качения (для бочкообразных наибольший, для конических — средний) в мм; I — длина ролика; Р — угол контакта; В — числовой коэффициент, принимаемый согласно данным табл. 39.

В нашем случае

Qct= 2>,2>Zd%.

Принимаем QCT = 150 000 кгс, тогда

V	С?ст	150 000	л о г,
	3,3d% ~	3,3-502	==АО’°-

Принимаем Z — 20.

205

Значение коэффициента Б	Т а б л и ц а 39
Значение коэффициента Б
Тип подшипника	Б
Ш а р и к о п о д ш и п н и к и
Радиальные и радиально-упорные однорядные	0,85
Радиальные и радиально-упорные сферические двухрядные	0,72
Упорно-радиальные	3
Упорные	3,3
Упорные без желобков	1,5
Р о л и к о п о д ш и п н и к и
Короткие цилиндрические ролики	1,6
Сферические двухрядные радиальные	3
Конические радиальные	1,6
Цилиндрические и конические упорные	6
Упорные со сферическими роликами	9

Считая, что все шарики воспринимают одинаковую нагрузку, нагрузка на один шарик составит

Р —	= 7500 кгс.
Z	2,0

Максимальное контактное напряжение для шарика упорного под шипника определяем по формуле

	= 5100 У - ц - = 5Ю0 V ^		= 34 000 кгс/см2>
что меньше	допустимого [а]	= 35 000	кгс/см2.
Задача	121. Рассчитать	пружину	крюка грузоподъемностью

130 т на прочность, если диаметр прутка d — 36 мм, средний диа метр пружины D cр = 226 мм, рабочий ход пружины S = 145 мм, материал прутка — сталь 50С.

Решение. Нагрузка на пружину складывается из нагрузки от соб

ственного веса подвижных деталей крюка, веса бурильной	свечи
и веса элеватора со штропами
^■ -?1+?св + д2.
где qx — вес подвижных деталей крюка; qc&— вес бурильной	свечи;
q2 — вес элеватора со штропами.

Расчетные нагрузки на пружину для определения ее грузоподъем ности берем из табл. 40.

Таким образом, по данным табл. 40 для крюка грузоподъем ностью 130 т Рв = 2250 кгс.

	Расчетные нагрузки на пружину				Т а б л и ц а 40
	Расчетные нагрузки на пружину
Вид нагрузки	Нагрузка на пружину в кгс при грузоподъемности крюка, т
Вид нагрузки	300	200	130		75
	300	200	130		75
Яг	1400	1000	650	**	450	**
	1800*	1800*	1200	**	1200	**
Яг	600	600	400		350
Р в	3800	3400	2250		2000

*Длина свечи 36 м.

**Длина свечи 24 м.

Учитывая сопротивление трения при подъеме свечи пружиной, за расчетную нагрузку принимается

Рр = 1,15-Рв = 1,15.2250 = 2600 кгс.

Определяем максимальную допустимую нагрузку на пружину по формуле

Itcffi [о]сж

8DCp

где d — диаметр прутка пружины, d — 36 мм; Dcp — средний диа метр пружины. D cр = 226 мм; [а]сж — допустимое напряжение на сжатие для материала пружины, [а]сж = 5800 кгс/см2.

Ршах —	3,14 • 3,63 • 5800	= 4700 кгс.
	8 • 22,6

Прогиб одного витка пружины при нагрузке 1000 кгс составит

8 £ > 1 р 1 0 0 0

f Skp *

где ф — модуль упругости на кручение, ф = 8-105 кгс/см2.

	,	8 • 22,63 • 1000		1,12	см.
	1 3,64 • 800 000			1,12	см.
	1 3,64 • 800 000
Прогиб	всей пружины при		числе	рабочих витков i — 12		под
нагрузкой	1000 кгс	if = 12-1,12 =
	/ х =	if = 12-1,12 =		13,5	см.
Нагрузка, соответствующая			рабочему		ходу пружины	S —
= 145 мм, составит
	АР = ЮОО 4 - = Ю00 4 Й - — Ю70 кгс.
		/1	13,5

Пусть L — свободная длина пружины. L l — длина пружины после затяжки гайкой, L 2 — длина пружины при нагруженном крюке.

207;

Рабочий ход пружины
		S = L1 — Ьч, = 145 мм.
Длине	L x соответствует усилие					сжатия		Р х.
	Рх — Рр—		\ Р		= 2600		1070		2065 кгс.
			2				2
	Р
Длине	Ь г соответствует усилие					сжатия		Р г.
	P* = PV		■Щ- = 2600 + 535 = 3135 кгс.
Длина	предварительного сжатия пружины
	д т		1\Р\			13,5-2065		28 см.
	1 —		1000			1000

Сжатие пружины при нагруженном крюке
	Л£2 =			+ S = 28 4-14,5 == 42,5 см.
Напряжение сжатия в пружине
	асж = [асж] /	Г		= 5800 • -\|Щ - == 3840 кгс/см2,

что ниже допустимого.

Длина прутка для изготовления пружины

иcos а

где а — угол подъема витков ненагруженной пружины, а = 9°.

Ls	3.14-22,6 ■12	880 см.
	0,967

Задача 122. Рассчитать пластинчатый крюк на прочность в наибо лее опасных сечениях, если максимальная нагрузка на крюке со ставляет Qkр = 160 тс. Материал для изготовления крюка — сталь ЗОХГС, предел прочности которой ав = 90—100 кгс/мм2. Размеры крюка, необходимые для расчета, приведены на рис. 16 и 17.

Решение. Собственно крюк выполнен из четырех пластин, изго товленных из легированной и термообработанной листовой стали высокого качества, соединенных между собой заклепками с потай ными головками (на рис. 16 заклепки не показаны). Пластинчатый крюк имеет три отверстия. В верхнем отверстии устанавливается ось, при помощи которой пластинчатый крюк подвешивается к стволу крюка. Ось-имеет с одной стороны буртик, а с другой стороны кре пится к стволу крюка стопорной планкой, которая удерживает ось от продольного перемещения и проворачивания. Нижнее и среднее отверстия служат для крепления боковых рогов (среднее отверстие на рис. 16 не показано). На рис. 17 показано сечение крюка / —I.

208

Это сечение составляет с горизонталью угол а = 12°. На рис. Hi и 17 приведены следующие данные для решения задачи: максимальная


нагрузка на крюке (?кр =			160 тс; диаметр отверстия	под палец	для
подвешивания крюка к			стволу d = 2г = 2-75 =	150 мм;	R —
= 210	мм;	диаметр среднего отверстия под ось бокового рога D =
— 170	мм;	угол наклона сечения I —/ к горизонтали а = 12°; высота

сечения h = 525,0 мм; расстояние от начала сечения до среднего отверстия а = 180 мм; расстояние от конца сечения до среднего отверстия b = 175 мм; толщина пластинчатого крюка с = 120 мм;

Рис. 17. Сечешю крюка 7— I.

расстояние от центра кривизны до наиболее растянутых волокон


их = 115 мм;		расстояние от центра кривизны до наиболее сжатых
волокон и2	=	640 мм. Введем следующие обозначения (см. рис. 17):
хс — центр	тяжести сечения		относительно оси х\ z — расстояние
от центра кривизны сечения до нейтральной оси.
Рассмотрим сечение I —I.			В этом сечении крюк испытывает

напряжения растяжения, сжатия и изгиба. Определим максималь

ные суммарные напряжения в	сечении.			Напряжение растяжения
M „ h 1		.	N
Напряжение сжатия	Sui		F
		г
асж	М yth2		N
	S u 2		F	’

где Ми — изгибающий момент в сечении,
Ми =	<?кр cos а/,

14 Заказ 484

209

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 5121 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ