Принимаем z, = 41 свече. Количество свечей, поднимаемых на вто рой, третьей и четвертой скорости, составит:
|
|
|
<?крп — <?крш |
80 000 — 43 000 = 43; |
|
"ш |
|
е К Р щ -^ у |
43 0 0 0 - 2 0 000 = 26; |
|
|
|
^св?0 |
25 -35 |
|
|
|
|
|
"iv |
<?кР1У |
20 000 |
|
23. |
|
|
|
|
l CBq 0 |
25 -35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество всех свечей бурильной колонны |
|
|
|
|
|
|
|
1 0 |
2840 |
114. |
|
|
|
|
|
|
1г |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сложим Z j , |
Z n |
II |
и |
Z l n , |
т. е. |
количество свечей, которое можно |
поднимать на I, |
и Ш скорости, |
|
|
|
|
Z |
— |
| |
Z j j - |
" I I I |
=41+ 43 + 26 = 110. |
|
Следовательно, на первой скорости поднимается |
41 свеча; |
на второй zn = |
43 свечи; на третьей гш = 26 свечей. |
На четвертой |
скорости будет |
поднято |
|
|
|
|
|
zjv — z — z* = 114 —110 = 4 свечи.
Кроме того, на IV скорости будет поднято 6 свечей утяжеленных
бурильных труб и турбобур, что составит
= lyqy + qT= 150 • 98 + 2000 = 16 700 кг,
или это составило бы примерно 19 свечей бурильных труб.
РАСЧЕТ ПОДЪЕМНОГО ВАЛА ЛЕБЕДКИ НА ПРОЧНОСТЬ
Задача 137. Рассчитать подъемный вал лебедки на прочность при следующих данных: натяжение ходового конца каната Рх к =
=15 тс; угол наклона к вертикали приводной цепи подъемного вала
а= 30°; диаметр бочки барабана D = 650 мм; диаметр талевого каната dK = 28 мм. Дополнительные данные будут даны в ходе [ре шения.
Решение. Определяем крутящий момент на подъемном валу
М |
= Р |
£4 |
- У. |
1ГЛк р |
х X . К |
2 |
где Dу — диаметр пятого ряда навивки каната на барабан лебедки (считаем, что на барабан навивается пять рядов каната)
Z)y = D + dK+ a8dK,
где а = 0,93.
Dy = 650 + 28 + 0,93 -8,28 = 886 мм.
Таким образом,
Мко = 15 0 0 0 - ^ - = 665 000 кгс-см.
При включенной скорости на подъемный вал действует усилие давления от цепной передачи, а также усилие от натяжения _РХ к.
Усилие давления от цепной передачи определяем по формуле
|
|
Л |
2МКр |
|
|
|
■f-2qAe, |
|
|
|
|
D n. о |
|
где |
q — вес |
1 м цепи; для двухрядной втулочно-роликовой |
цепи |
q = |
20 кг при шаге t = 50,8 мм; А — межосевое расстояние, |
А =' |
= 1150 мм = |
1,15 м; е — коэффициент провисания, е = 1,5; D a 0 — |
диаметр начальной окружности звездочки подъемного вала.
Задаемся числом зубьев звездочки z = 72 |
и шагом t = 50,8 мм. |
Тогда |
DИ . О ---- |
|
72 • 50,8 = 1165 мм. |
|
z t |
Таким образом, |
|
Л |
3,14 |
|
|
|
|
|
= -2 |
5000- + |
2 • 20 • 1,15 • 1,5 = |
И 470 кгс. |
Рассматриваем действия сил в горизонтальной и вертикальной пло скостях.
Горизонтальная плоскость. Принимаем угол наклона ходового конца каната к вертикали р = 4°. Тогда усилие от натяжения ходо вого конца каната в горизонтальной плоскости составит
Р\ . к = р х кsin 4° = 15 000 •0,07 = 1050 кгс.
Усилие давления от цепной передачи в горизонтальной плоскости
РЪ=. р цcos 60° = U 470-0,5 = 5735 кгс.
Вертикальная плоскость. Вертикальная составляющая от натя жения Рх к равна
P I к = Рх к cos 4° = 15 000-0,9976 = 14 964 кгс.
Усилие давления от цепной передачи в вертикальной плоскости равно
Pl = P sin 60° = И 470 - 0,866 = 10 000 кгс.
Усилие от натяжения ходового конца каната передается на вал в ме стах посадки ступиц барабана. Наиболее опасным является случай, когда канат находится у левого тормозного шкива. Вычерчиваем схему подъемного вала с барабаном и задаемся размерами между опорами вала и центрами ступиц барабана. Пусть, согласно рис. 25, 1Х— расстояние между ступицами барабана, принимаем = = 1140 мм; I — расстояние между опорами, принимаем I = 1840 мм;
l2 — расстояние между звездочкой подъемного вала и левой опо
рой, 12. = 235 мм.
Определяем опорные реакции, которые воспринимаются ступи цами барабана от натяжения ходового конца каната, когда он на ходится у левого тормозного шкива на расстоянии 13 = 165 мм в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 26).
|
|
1,‘ 165 Н----- |
|
|
|
__: |
1,=пчо |
|
Рпс. 25. Схема подъемного вала ле |
Рис. |
26. Схема горизонтальных уси |
бедки. |
лий, |
действующих на |
барабан |
|
|
|
лебедки. |
|
Горизонтальная плоскость. Согласно рис. 26, определим реакции RrD и RTC. Берем сумму моментов всех сил относительно опоры С.
^McPi=о.
— Rhh + Рх. к^з — 0.
Отсюда
р £ кг3 = 1050 -165 ^ ^ 2 кгс_
Rtd |
1140 |
|
ЕТС = Р5 к — r td = 1050 —152 = 898 кгс. |
Еертикальная плоскость. Определяем реакции R% и R% (рис. 27). |
^M cPi = 0.
—Rf>li + Рх. к^з= 0.
RDв |
PI. к^з . 14 964-165 |
>1950 кгс. |
|
1140 |
|
Rc = Р\. к— = 14 964 — 1950 = 13014 кгс.
Определенные реакции, возникающие в ступицах барабана, за меняем усилиями и рассматриваем подъемный вал как балку на двух опорах с учетом усилия давления от звездочки подъемного вала.
Горизонтальная плоскость. Исходные данные: РЦ = 5735 кгс; Rc = 898 кгс; RrD = 152 кгс.
Определяем реакции R Ar и RrB. Необходимые для расчета |
расстоя |
ния берем согласно рис. 28. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
м ар { = о. |
|
|
|
Отсюда |
|
ДУ + Rb (/i + |
/4) + R b h - P*i2= 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rr |
PTnl2- R |
Tc h —Rtd (h + h) |
|
5735-235 —898-350-152-1490 |
/0 / кгс. |
B = |
------------------- 1-------------------“ |
-------------------- 1840 |
|
= 4 2 4 |
|
|
|
2 а д = о . |
|
|
|
|
|
— PI (It ~b 0 + |
|
■ Д&(^i + ^4) |
Rd^ = 0. |
|
|
ДГ _ |
5735-2075 + 8 9 8 -1 4 9 0 + 1 5 2 -3 5 0 _ |
7 oQg к гс |
|
|
|
|
1840 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hi |
Ж |
|
|
|
Л |
- 1, =1140 |
D |
S 4 P |
|
|
|
Ц- 3 5 0 |
|
|
—* A l f I 6 5 |
1,^1140 |
|
t f Z 3 5 |
■ 1 4 S 4 0 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
27. Схема вертикальных усилий, |
Рис. 28. Схема усилий, |
действующих на |
действующих |
на |
барабан лебедки. |
подъемный вал лебедки |
в горизонталь |
|
|
|
|
|
ной плоскости. |
|
Проверяем правильность определения реакций
RrB + P^ + R'c + RtD = RfA.
424 + 5735 + 898 +152 = 7208.
|
|
7212^* 7208. |
|
Реакции |
определены |
правильно. |
|
|
Рертикальная плоскость. Исходные |
данные: PS = 10 000 кгс; |
Rc = 13 014 кгс; R BD = |
1950 кгс. |
и 7?^ согласно рис. 29. |
Определяем опорные реакции |
|
|
^ М АР{ = 0. |
|
Отсюда |
- R ll + Rd (h + /4) + R cl4- P lh =- 0. |
|
|
|
|
„в |
—10 000 - 235+1950-1490+13 014-350 |
Rb = ------------------- |
1840----------------------- |
|
= 2780 KrC- |
y,M Bp i = o.
|
PI (^2 + 1) — R \l + Pc (^1 |
^4) 4~RdI4— 0- |
DB |
10 000 • (235+1840) + 13 014 • 1490+1950 • 350 |
99 onn |
HA= |
-------------------------Js4o------------------------- |
|
= 11 ZUU Krc‘ |
Проверяем правильность определения реакций. |
|
|
P l + Rb + Rb = RBA + RB. |
|
|
10000 + 13014 + 1950 = 22200 + 2780. |
|
24 964^24980 |
кгс. |
|
Определяем изгибающие моменты, которые действуют в сечениях вала.
Рис. 29. Схема усилий, действующих на подъемный вал лебедки в вертикальной пло скости.
Горизонтальная плоскость. Изгибающий момент в плоскости действия усилия Рд
М ^ = Р + 0 = 0.
Изгибающий момент в плоскости действия реакции RA
Мкг = Рц12= 5735 • 23,5 = 135 000 кгс-см.
пА
Изгибающий момент в плоскости действия усилия Rrc
M rtc = Р цг (la + I J ~ RrAU = 5735 • 58,5 - 7208 • 35 = 83 000 кгс ■см.
Изгибающий момент в сечении действия усилия RrD
Мдг^ — Рц {1%+ h + li) — RrA (U+ ^i) + Rrch =
= 5735-172,5-7208-149,0 + 898-114 = 1480 кгс-см.
Изгибающий момент в сечении действия реакции RrB равен нулю. Вертикальная плоскость. Определяем изгибающие моменты в тех
же сечениях, что и в горизонтальной плоскости
МР1 = Р1-0 = 0.
— Р%12= 10 000 • 23,5 = 235 000 кгс • см.
аз4
т с = PI (la+ h) - |
R \h = 10 000.58,5 - 22 200 • 35 = 165 000 кгс • см. |
MR» = |
PS (ia + /4■+ ii) - Яд (h + h) + Rcl 1 = |
= 10000 • 1 7 2 ,5 - 22 200 • 149 + 1 3 014 • 114 = - 97 000 кгс - см.
Изгибающий момент в сечении действия реакции R% равен нулю. Строим эпюры изгибающих моментов и определяем максимальный
изгибающий момент (рис. 30).
Максимальный изгибающий момент действует в опоре А . Суммар ный изгибающий момент равен
ЛП“ = / ( М Я1)»+ (М Я.)» =
=У 135 ООО2 + 235 000= =
=270000 кгс-см.
Определяем коэффициент за паса прочности К по формуле
КKJC,
Ук \+ к \
K C = -^RL.
оиз
° - 1 и — 0,43сгв. |
Рис. 30. Эпюры изгибающих моментов. |
Принимаем материал для вала — сталь 40Х, у которой сг„ = 90— —100 кгс/мм2.
Тогда
0_1И= О,43.9О,О = 38,7 кгс/мм2.
М тах.
~ W
где
W ^O .ldl.
<4 — диаметр вала под подшипник, принимаем dB = 170 мм,
|
|
270 000 |
гсго |
|
, |
|
|
■"из— о i |
. лнз |
=—553 кгс/см . |
|
|
0,1 -17* |
|
|
|
|
|
|
|
_ |
38,7 |
|
|
7. |
|
|
|
|
5,53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К х = |
т-1кр |
|
|
|
где |
1кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т - 1кр = 0,22-90 = |
19,8 |
кгс/мм2. |
|
«'Кр ' |
Miкр |
665000 |
|
=670 кгс/см2. |
|
W p |
0,2 • 173 |
|
|
|
|
|
|
кх |
19,8 |
2,96. |
|
|
|
6,7 |
|
|
|
Коэффициент запаса прочности
что вполне достаточно.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РАСЧЕТ БАРАБАНА ЛЕБЕДКИ НА ПРОЧНОСТЬ |
Задача |
138. Рассчитать |
барабан |
лебедки на |
прочность при |
следующих |
данных: |
натяжение ходового |
конца |
каната Рх к = |
= 15 000 кгс; |
диаметр |
бочки |
барабана |
D = |
650 мм; диаметр тале |
вого каната |
dK = 28 мм; |
материал для изготовления барабана — |
сталь 35Л, у которой ов = |
50—60 кгс/мм2; расстояние между ступи |
цами барабана 1г = 1140 мм. |
|
|
|
|
Решение. При навивке каната в стенке барабана возникают напряжения изгиба, кручения и сжатия. Напряжения изгиба опре деляются по формуле
DX= D - 26,
где б — толщина стенки, которая определяется по формуле
б = (0,03+0,07) D + (6+ 10)7мм.
Таким образом,
б= 0,05 *650+ 10 = 42,5 мм. /)1 = 650 — 85 = 565 мм.
Определяем W
что является незначительным и поэтому коэффициент запаса проч ности на изгиб нецелесообразно рассчитывать.
Расчет прочности на кручение
хКР-
ТкР Wp ’
где Мкр = 665 000 кгс-см из задачи 137.
что также является неопасным.
Расчет прочности на сжатие ведем по формуле
а |
-Рх. к _ |
15 |
000 |
__1260 кгс/см 2 |
0СЖ" |
dK6 ~ |
2,8 |
-4,25 |
“ |
и КГС/СМ • |
Определяем коэффициент запаса прочности на сжатие по формуле
К :
(То. сж
Осж
где а0 сж — предел выносливости на сжатие при пульсирующем цикле нагрузок
а0 сж = О ,5 0 в = 0,5 • 55 = 27,5 кгс/мм2.
« “ - Щ г - 2'17'
что вполне достаточно.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ТОРМОЖЕНИЯ
Задача 139. Определить усилие торможения, которое необходимо приложить к рукоятке ленточного тормоза, если нагрузка на крюке
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
составляет |
QKP = 95 |
тс, |
вес по |
|
|
|
стоянно поднимаемого оборудования |
|
|
|
Роб = 5 т; |
оснастка 5 x 6 ; |
диаметр |
|
|
|
тормозных шайб D m= |
1180 мм; мак |
|
|
|
симальный |
диаметр |
навивки каната |
|
|
|
на барабан лебедки D max = |
1080 мм. |
|
|
|
Решение. Пусть, согласно рис. 31, |
|
|
|
Рх к — натяжение |
ходового конца |
|
|
|
каната при спуске бурильной ко |
|
|
|
лонны, |
Dmax — максимальный диа |
|
|
|
метр навивки каната на барабан |
Рис. 31. Схема для определения |
лебедки, |
Т х и |
Г2 — соответственно |
натяжение |
сбегающего |
и |
набега |
усилия |
торможения |
барабана |
ющего |
конца |
ленты, |
|
а — радиус |
лебедки, которое необходимо^при- |
|
ложить |
к рукоятке |
ленточного |
кривошипа, |
I — длина |
рукоятки, |
|
тормоза. |
|
Р — усилие торможения. |
|
|
|
|
Определяем натяжение ходового конца каната при спуске буриль ной колонны
fic.K =(— 1 Роб- ) ц г.^ б К ,
где т)т с— коэффициент полезного действия талевой системы, т]т с =
= 0,85; п — число рабочих струн, п = |
10; |
г|б — коэффициент |
полезного действия барабана лебедки, цб = |
0,98; |
К — коэффициент, |
учитывающий действие инерционных сил при спуске колонны, К =
=1 , 1 -
Подставив значения, получим
Рх к = ( ^ + 1 ) . 0)85.0,98. 1,1 = 914° кгс.
Определяем натяжение сбегающего конца ленты Т г по формуле
гр __ Р у . к-Отах
А п И - l ) ’
где е — основание натуральных логарифмов, е = 2,73; / — коэффи циент трения между тормозными колодками и шкивом, принимаем / = 0,5; а — угол обхвата тормозной лентой шкива в рад. При угле обхвата 270°, а равно 4,7 рад.
Т i = |
9140•108 |
|
118 (2,734’7-0'6 —1) = 830 кгс. |
Определяем усилие торможения по формуле |
|
|
р |
___ |
T i a |
|
|
г |
~ —Г~ ’ |
|
где а — радиус кривошипа, а = |
40—60 мм, |
принимаем а — 50 мм; |
I — длина тормозной рукоятки, |
обычно I = |
1200—1400 мм, прини |
маем I = 1250 мм. |
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
^ n l r |
^ 33’3 кгс- |
|
Задача 140. Определить усилие на тормозной рукоятке буриль щика при наличии в комплекте ленточного тормоза пневмоцилиндра, внутренний диаметр которого d = 180 мм. Шток поршня пневмо цилиндра при помощи рычага соединен с коленчатым валом ленточ ного тормоза. Рабочее давление воздуха в пневмоцилиндре р в = 2— 4 кгс/см2; длина рычага штока а± = 50 мм. Дополнительные данные для расчета см. в задаче 139.
Решение. Наличие в комплекте ленточного тормоза пневмо цилиндра облегчает усилие торможения бурильщика во время спу ско-подъемных операций. Усилие торможения в этом случае опре деляют по формуле
я<22
T i a — р в ~г~ |
830 • 5 |
—2 • 0,785 • 182 • 5 |
= 12,8 кгс. |
Г |
|
125 |
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ |
СРЕДНЕГО |
УДЕЛЬНОГО |
ДАВЛЕНИЯ |
НА ТОРМОЗНЫЕ ШКИВЫ БАРАБАНА
Задача 141. Определить среднее удельное давление между ко лодками ленты и тормозным шкивом барабана, если известно, что
натяжение сбегающего конца |
ленты |
Тх = |
830 кгс; ширина ленты |
Ъ = 230 мм; коэффициент трения / = |
0,5; |
угол обхвата тормозной |
лентой шкива в радианах а = |
4,7 рад; диаметр тормозного шкива |
О ш= 1180 мм. |
|
|
|
Решение. |
Определяем |
натяжение |
набегающего конца ленты |
по формуле |
Г2==Г1е^ = 830-2,734.7-0.5 = 9300 КГс. |
|
Наибольшее удельное давление на шкиве |
|
|
|
2Т2 |
2 • 9300 |
= 6,85 кгс/см2. |
|
9 ш а х — |
В ш Ь |
— 1 1 8 . 2 3 |
Наименьшее |
удельное |
давление |
|
|
|
|
2Т1 |
2 ■830 |
0,68 кгс/см3. |
|
9min |
Dmb |
118-23 |
|
|
Среднее удельное |
давление |
|
|
|
Яср |
9 m a x |
+ f f m i n |
6,85 + 0,68 = 3,76 кгс/см2. |
|
|
|
2 |
2 |
|
РАСЧЕТ ТОРМОЗНОЙ ЛЕНТЫ НА ПРОЧНОСТЬ
Задача 142. Рассчитать тормозную ленту на прочность, если тол
щина ленты 6 = |
5 мм; число заклепок в ряду z = |
3; диаметр за |
клепки d3 = |
20 |
мм; материал ленты — сталь Ст.5, |
предел |
прочно |
сти которой |
ов = 50—62 кгс/мм2. Натяжение набегающего |
на тор |
мозной шкив конца ленты Тг взять из задачи 141. |
|
|
Решение. |
Наиболее опасным сечением ленты является сечение, |
ослабленное отверстиями под заклепки в месте ее соединения с уш
ками, при помощи которых лента крепится к балансиру. |
В этом се |
чении лента рассчитывается |
на |
прочность |
при растяжении |
|
|
ст |
= ___ 1 ^ — |
|
|
|
|
Р |
|
(b—zd3)8 ’ |
|
|
где |
Ъ — ширина ленты, Ъ = |
|
230 мм, |
|
|
|
|
|
S - 7 2 3 - + 3 3? | )-:-o;5 = 1 Q 9 0 к г с / см 2. |
|
Коэффициент запаса прочности при растяжении |
|
где о0 р = |
0,5-50 = 25 кгс/мм2, |
|
|
|
|
|
|
* |
- |
w |
= |
2’3’ |
|
|
что |
больше |
допустимого. [К] |
^ |
2. |
|
|
|
|
Заклепки проверяем на прочность.при |
напряжении |
среза |
|
|
т |
= — |
. ’ |
|
|
|
|
ср |
|
|
jxd| |
|
|
|
|
|
|
|
4 Z‘ |
|
|
где |
i — количество плоскостей среза, |
i = |
2. |
|
