Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
16.86 Mб
Скачать

Тогда

_______ 9300

 

= 440 кгс/см2.

Тср ~

0,785 • 22 • 3 • 2

Коэффициент запаса прочности на срез

 

К =

Т р ,

с р

 

 

Тср

где т0 ср = 0,75 ст0 р

0,75-25

=

18,5 кгс/мм2,

 

К = -18,5

=4,2,

 

 

4,4

 

что явно достаточно.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ СТОЛА РОТОРА

Задача 143. Согласно кинематической схеме, рассчитать число оборотов стола ротора на каждой скорости, если пдв = 1200 об/мин. На рис. 32 приведены дополнительные данные для расчета.

1РиСм, 32. Схема для определения скорости вращения стола ротора.

Решение. На рис. 32 показана часть кинематической схемы бу­ ковой установки Уралмаш ЗД-61. Коробка скоростей 1 соединяется при помощи сдвоенной шинно-пневматической муфты ШПМ-500 с трехдизельным приводом (на рисунке не показан). На ведущем валу коробки скоростей, который непосредственно через муфту ШПМ-500 соединяется с приводом, смонтирована муфта ПМ-300. Муфта ПМ-300 служит для торможения валов при переключении скоростей. Коробка скоростей дает возможность включать как пря­ мой, так и обратный ход. Если передвижная шестерня z = 28 на­ ходится в зацеплении с шестерней z = 38, имеем прямой ход; при зацеплении с шестерней z — 70 — обратньш. Коробка скоростей дает возможность получить пять скоростей на лебедке и четыре ско­ рости на роторе. Через карданный вал 2, который соединяет один

240

из ведомых валов коробки скоростей с ведущим валом редуктора 4, передается I, II, III и IV скорость как на лебедку, так и на ротор. Включение I, II, III и IV скорости на лебедке осуществляется при помощи сдвоенной муфты ШПМ-1070, которая соединяет вал бара­ бана с валом редуктора (на рисунке не показано). Четыре скорости на ротор передаются также через редуктор 4 и включаются сдвоен­ ной шинно-пневматической муфтой ШПМ-500. Через карданный вал 3 на лебедку передается независимая V скорость. I, II, III и IV скорости на коробке включаются при помощи штурвалов, которые через систему зубчатых передач и реечные механизмы перемещают блоки шестерен 5 ж6. При определении числа оборотов стола ротора необходимо учесть передаточное отношение понижающего редуктора с i = 1,53, который соединяет при помощи эластичной муфты ко­ ленчатый вал дизеля с трансмиссией привода.

Определяем число оборотов стола ротора на I скорости

Я ДВ

z28

Z38

Z 32

Z27

Z45

z18

щ = —:—

------------- z38

z82

--------------------------- z88

z44

z19

z58

1

1200-28-38-32-27-45- 18

44

об/мин.

1,53-38-82-88-44-19-58

 

 

Определяем число оборотов стола ротора на II скорости

« д в

z28

z38

z54

Z o 7

z45

Z18

- I I

z38

z82

z 68

z44

Zl9

z58

 

 

 

 

 

 

1200-28'38-54-27-43-18 = 96 об/мин. 1,53-38-82-68-44-19-58

Определяем число оборотов стола ротора на III скорости

Кдч

_ z28

. z38

#z70

_z27

_z45

, z18

i

z38

z82

z 50

z44

Z19

Z^g

1200-28-38-70-27-45-18 =169 об/мин. 1,53-38-82-50-44-19-58

Определяем число оборотов стола ротора на IV скорости

Гсдв

_ z28

# z38

#z82

t z27 ^z45

, ZI8

i

z38

z82

z38

Z44 zjg

z58

1200 • 28 • 38 • 82 • 27 • 45 • 18 = 260 об/мин. 1,53 • 38 ■82 • 38 • 44 • 19 • 58

Если на быстроходном валу ротора будет установлена аварий­ ная звездочка z3e, то число оборотов стола ротора на каждой скоро­ сти составит

п _

гаДВ

z28

. z38

z32

z27

z45

т z18 __

1

i

z38

z82

z88

z44

z36

z58

1200 • 28 • 38 • 32 • 27

• 45 • 18

23

об/мин.

1,53-38-82-88-44

-36-58

 

 

16 Заказ 484

 

 

 

 

 

 

241

 

гадВ

z 2 8 _

Z38

Z54

^

Z2 7

Z45

Z18

 

 

 

i

z38 z82 ze8

Z44

z36

z58

 

 

 

1200 -28 -38 -54 -27 -45 -18 = 50 об/мин.

 

 

1,53 • 38 • 82 ■68 ■44 -36-58

 

 

 

 

 

гадв

_z28 _z38 ^z70 ^z27 ^z45 ^z18

 

 

 

i

z38 Z82 Z50 Z44

z36

z58

 

 

 

1200 • 28 • 38 ■70 • 27 ■45 • 18

89 об/мин.

 

 

1,53 • 38 • 82 • 50 • 44 • 36 ■58"

 

 

 

 

 

 

 

гадв

z28

z38 ^z82 ^z27 ^Z45 ^Z18

 

 

 

i

z38

z82

z38

 

z44

z36

z58

 

 

 

1200-28-38-82-27-45-18

 

137 об/мин.

 

 

1,53-38-82-38-44-36-58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ БЫСТРОХОДНОГО ВАЛА РОТОРА НА ПРОЧНОСТЬ

 

Задача 144. Рассчитать быстроходный вал ротора на прочность

при максимальной приводной мощности N =

550 л. с. и скорости

вращения стола ротора п = 23 об/мин.

Материал

вала — сталь

Ст. 50, предел прочности которой ив =

60 кгс/мм2. Все

необходимые

данные для расчета даны в ходе решения задачи.

 

 

по

Решение. Определяем крутящий момент на быстроходном валу

формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мт = 71 Ш ^тКг],

 

 

 

 

 

КР

 

 

т

 

1

 

 

 

где

N — максимальная

мощность,

передаваемая

на

ротор, N =

= 550 л. с.; п — скорость вращения

стола ротора,

п = 23 об/мин;

i — передаточное отношение конической шестерни с прямыми зубь­ ями и венца стола ротора, i = 3,22; р — общий коэффициент по­ лезного действия

p = PiPl,

где рх — коэффициент полезного действия от привода до ротора, включая цепную передачу, рх = 0,8; р2 — коэффициент полезного действия двухрядных роликовых сферических подшипников быстро­ ходного вала ротора, р2 = 0,96.

т] = 0,8 -0,962 = 0,736;

К — коэффициент, учитывающий возможную перегрузку двигате­ лей привода. При дизельном приводе К = 1,1.

Подставив значения в формулу, получим

Мк? = 71 620

• 0,736 • 1,1 = 431 000 кгс. см.

242

Определяем усилия, действующие в зубчатом зацеплении (рис.33). В зубчатом зацеплении действует окружное усилие Р, радиальное Т

и осевое А х. Окружное усилие определяем по формуле

1

р__ 2 М Кр

Dcp. н. о

где D^p н. о — средний диаметр начальной окружности (шестерни)

в см. Принимаем число зубьев шестерни zm = 18, торцовый модуль зацепления ms = 20 мм, длину зуба Ъ — 120 мм. Рассчитываем средний модуль начальной окружности по формуле

где — угол конуса шестерни' Так как передаточное отноше­ ние известно, то определяем бх

i = ctg61;

3,22 = ctg61;

 

бх=

17°45'.

 

m cp = 20---- 120_^3048_ __ lg MM

Рис. 33. Схема усилий, действующих

 

18

на быстроходный вал ротора.

 

 

Определяем средний диаметр начальной окружности шестерни

Дер. Н. О = гштаср = 18 • 18 = 324 мм.

Таким образом,

D2-431 000

Р= — ---- = 26 800 кгс.

Радиальное усилие рассчитываем по формуле

Т = Р tg a cos 6i,

где а — угол зацепления, а = 20°.

Т = 26 800 • tg 20° • cos 17°45' = 26 800 • 0,364 • 0,9551 = 9300 кгс.

Осевое усилие в зацеплении определяем по формуле

Ах = Р tg a sin 26 800 • tg 20° • sin 17°45* =

= 26 800 •0,364 • 0,3048 = 2980 кгс.

Кроме усилий, действующих в зубчатом зацеплении, на вал ро­ тора действуют усилия давления от цепной передачи. Пусть, согласно рис. 34, z2 — звездочка вала ротора, zx = 36; z2 — звездочка на трансмиссионном валу привода ротора, z = 45; Р — угол наклона цепи к горизонтали.

16*

243

244

 

 

 

 

 

Основные размеры и вес однорядных втулочно-роликовых цепей Н32-55

 

Т а б л и ц а

42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Л

 

 

 

 

. Длина втулочно-роликовой

 

 

 

 

 

 

 

 

Пластина

 

 

СЗ

 

 

 

 

 

 

 

Номи­

 

 

 

 

 

Ч

РС

 

 

 

£

 

 

цепи 1, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нальный

 

 

 

 

 

 

 

£

 

Р

 

 

О

о

 

 

 

 

 

К

 

 

 

шаг

 

 

тол­

 

 

площадь

£

S3

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

цепи t

 

 

шири­

 

£

 

 

и,

 

 

 

 

 

Е

 

 

 

 

 

щина,

сечения,

 

Е

 

 

К

X

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

на,

мм

 

Е

S3

 

 

 

 

 

 

 

 

ST

 

 

 

 

 

 

 

мм

мм2

еС

Е

§

 

 

о*

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

дюймы

 

мм,ВроликаДиаметр

ммпальцаДиаметр1d, 1

 

,пальцевая6

роликоваяЬ

tFпальцевая

роликоваяF

а

внутрмеждуРасстояние мм,Сстанами

сосемежду*Расстояние ммCi,цепими

кг?,мВес1

 

нагрузкаРазрушающая

звенаодногоЖесткость

однорядной

двухрядной

трехрядной

четырехрядной

шестирядной

отдлинанаибольшаяос **пальцаторцадо

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(г;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- CQ

 

 

 

 

Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦБР 3 / 4 и

V*

19,05

14,9

5,9

2,4

15

18

2 2 , 0

2 1 , 6

106

13,0

23

1,54

3 800

1,03-Ю 5

28

51

74

97

 

15

ДВР V i-ЦО

 

 

25,4

15,9

 

3,3

 

23

43,2

39,0

185

16,2

30

2,7

 

500

1,4-10»

37,0

 

95,7

125

 

 

ЦВР1 и

 

1

8 , 0

2 1

6

6 8

 

2 0

ЦВР1-УО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦВР1 -УУ

 

1

25,4

15,9

8 , 0

4,0

2 1

23

53,4

47,2

185

16,2

33

3,0

6

500

1,55 *'10Б

40,0

72,5

104,2

151,5

2 1

ЦВР1

*/* И

1

'/«

31,75

19,0

9,52

4,0

24

28

58,3

58,2

2 2 0

19,2

36

4,0

10

0 0 0

1 ,6 6 - 1 0 ь

43,5

79,5

115,5

151,5

21

ц в р 1

л -у о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦВР1 Vi-yy

1

>/« 31,75

19,0

9,52

4,8

24

28

40,4

69,8

260

19,2

39

4,52

1 0

0 0 0

1,75 • 10е

46,5

85,5

124,5

163,5

ЦБР1 1/ 2 и

1

V .

38,1

2 2 , 2

1 1 , 0

,4,8

29

35

86,9

8 8 , 6

415

25,4

46

6 , 1 0

15 000,

1,9 * 10s

54,5

100,5

146,5

192,5

27

ЦВР1 '/г-УО

 

*/« 38,1

 

П ,0

5,6

29

35

104,4

 

415

25,4

49

7,04

15 000

 

58,0

107,0

156,0

205,0

 

 

ЦВР1 ' / 2-УУ

1

2 2 , 2

1 0 2 , 8

2 , 1 1 0 5

---

ЦВР1

3 / 4 И

1 3 / 4 44,45

25,35

12,7

5,6

36

42

131,1

136,5

470

25,4

49

7,65

2 0

0 0 0

2 ,2 - 1 0 5

57,5

106,5

204,5

209,5

3-20,5

31

ЦБР 1

”/ 4-Ц0

 

3 / 4 44,45

25,35

12,7

6,4

36

42

149,9

156,0

470

25,4

52

8,4

 

 

2 ,3 5 ,105

 

 

 

 

 

 

ЦВР1

3/ 4-УУ

1

2 0

0 0 0

ЦВР2 и

 

2

50,8

28,5

14,29

6,4

40

46

165

162

642

31,9

58,5

9,96

25 000

2,5- Ю6

69,0

127,5

186,0

244,5

361,5

38

ЦВР2-УО

2 ,*/г 63,5

39,8

19,85

 

50

60

242

250

 

38,6

 

15,54

40 000

3,5-10®

 

 

 

 

 

49

ЦВР2 Ч г И

8 , 0

1 1 2 0

 

6 8 , 0

 

 

 

 

ЦВР2 V s-УО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*Для цепей с двумя рядами и больше.

**Для всех цепей, .

Усилие давления на вал ротора от цепной передачи можно опреде­ лить по формуле

Рц

+

(кгс)’

где D 1н о — диаметр начальной окружности звездочки быстроход­ ного вала ротора. D lH „ определяем по формуле

D m . о = % — .

где z x — количество зубьев звездочки быстроходного вала, z = 36; t — шаг цепи, t = 5,08 см.

Рис. 34. Схема усилий, дей­ ствующих на вал ротора от цепной передачи.

-

А „. о = 36 |J

|- = 58,24 см.

А 2 — межосевое

расстояние в

м;

А г =

2563,75 мм. Принимаем

А 2 = 2,56 м; q — вес 1 м длины

цепи в

кг. По данным табл. 42

определяем q

<2= 2-9,96 =

J9,92 кг.

 

б — коэффициент провисания цепи. Коэффициент провисания цепи зависит от угла наклона ее к горизонтали, т. е. от угла р. Пользуясь табл. 43 и считая угол наклона цепи к горизонтали незначительным, принимаем (5 = 2,5. Зная все необходимые для расчета данные, оп­ ределяем Рц

Р ц = 2^ f | f + 2 .2,56 .19,92 .2,5 = 15 054 кгс.

Т а б л и ц а 43

Значение коэффициента провисания цепи

Тип передачи

Горизонталь­

Р < 40

40 < Р < 60

Вертикаль­

ная р=>о

ная р = 9 0

Коэффициент провисания г

2,5

2

1,5

1

Усилие давления на вал ротора от цепной передачи раскладывается на вертикальное Рц в и горизонтальное Рц г. Учитывая, что угол Р мал, принимаем Рц в = 0, Рц г = Рц = 15 054 кгс.

Рассматриваем действие сил в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

245

Горизонтальная плоскость.

Пусть, согласно схеме рис. 35, А

и В — опоры быстроходного

вала ротора; Р — окружное усилие

в зубчатом зацеплении; Рц — усилие на вал ротора от цепной пере­ дачи; 400 мм — расстояние между опорами А и 5; 220 мм — рас­ стояние между шестерней и опорой А; 230 мм — расстояние между опорой В и усилием Рц.

Рис. 35. Усилия, действующие на вал ротора в гори­ зонтальной плоскости.

Определяем реакции ВАг и Вв . В горизонтальной плоскости

действуют усилия Р и Р ц. Взяв сумму моментов всех сил относитель­ но опоры А, определим реакцию ВВг

2м ар * = о.

-Р ц-63 + Р вг-40 + Р-22 = 0.

 

Вв

Рц-63 —Р -22

 

 

40

 

 

 

 

В,

15 054-63—26 800-22

=9050 кгс.

 

 

40

 

Взяв сумму моментов всех сил относительно опоры В, определим реакцию ВА .

Р ‘62 — ВАг -40 —Рц • 23 = 0.

В,

Р ‘ 62—Рц-23

26 800-62 —15 054-23

■32 800 кгс.

40

40

 

 

246

Проверяем правильность определения реакций R A и R B .

Р + Рц = В а г~г Р вг-

26 800 + 1 5 054 = 32 800 + 9050. 41 854 я* 41 850.

Реакции определены верно.

Находим максимальный изгибающий момент от действия сил в горизонтальной плоскости.

Момент в сечении действия сил в зубчатом зацеплении

М1Г~ Р • 0 = 0 кгс-см.

Момент в сечении опоры А (левого подшипника)

М А = Р -22 = 26 800-22 =

Г

= 590 000 кгс • см.

Момент в сечении опоры В (правого подшипника)

МВг = Р • 62 — 7?иг • 40 =

=26 800 -6 2 - 3 2 800 •40 =

=

347 000

кгс • см.

Рис. 36. Усилия, действующие на

вал

ротора в вертикальной плоскости.

Момент в сечении действия усилия Рц

 

 

 

МР = Р -85 —R а -63 — R B -23 =

 

 

 

ГЦ, Г

Г -°г

 

 

 

= 26 8 0 0 -8 5 -3 2 800-63 -9050 -23 = 0.

 

Из приведенных расчетов видно, что наибольший изгибающий

момент от горизонтальных сил действует в сечении опоры А,

т. е.

МА =

590 000

кгс • см.

 

 

Вертикальная плоскость. В вертикальной плоскости действуют усилия Т и А х (рис. 36). Кроме этих усилий, на вал действует вер­ тикальная составляющая от усилия, возникающего в цепной пере­ даче. Однако, как сказано выше, она незначительна и ее не учиты­ ваем. Т = 9300 кгс; А х = 2980 кгс; £>рр н 0 = 324 мм. Определяем реакции RA и RB .

 

 

% М АР ^ 0 .

 

 

Al —- PjJ1—°- — Т -22

В в

-40 = 0.

 

Л

 

в

 

 

Г • 22— A i -.^СР

- — 9300 • 22 — 2980

« * . =

------- 40

= -------------

40---------

— “ 3890 Юс-

247

 

 

 

2

м £р ,-= о,

 

 

 

 

 

Д с Р . н . o , _ y . 6 2 _ L j j A - 4 0 = 0 .

 

 

T

• 62 — A \

D ,cp. H. о

9300-62 —2980

32,4

 

 

 

= 3 890 кгс.

i?B_ =

40

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

2 lMBPl = o.

 

 

 

 

A, Dcp- H---2—

71• 6 2 + Ra - 4 0

= 0 .

 

 

 

i

2

в

 

 

Г - 6 2 — A x

° cp-J - °-

9300-62-2980 32,4

 

 

 

40

 

40

= 13 200 кгс.

 

 

 

 

 

Проверяем правильность определения реакций

 

 

 

 

Г +

Л в . - в в ­

 

 

 

 

 

озов+3890 =13190.

 

 

 

 

 

13190 «^13 200.

 

 

Реакции

определены верно.

 

 

 

Определяем максимальный изгибающий момент от действия уси­

лий в вертикальной плоскости.

 

 

 

М 1В= Аг Дср-н~°- =

2980 Ц&- = 48 200 кгс • см.

 

Момент в сечении опоры ,4

 

 

 

= Л. _^££аь_2—

Т -22 = 2 9 8 0 —9300• 22 = —155800

кгс-см.

в

1

2

 

2

 

 

Момент в сечении опоры В

 

 

 

 

 

МВв =

- ^ 6 2 +

Длв-40 + Л1 -Р ср2но =

 

 

 

= - 9300 • 62 + 13 200 40 + 2980

= 0.

 

 

 

 

 

v

и

 

В вертикальной плоскости наиболее нагруженной также

является

опора А.

М Ав = —155 800 кгс-см.

 

 

Суммарный изгибающий момент в опоре А

 

МА = у М \ + М \ = V 590 ООО2 +155 8002 = 610 200 кгс • см.

Учитывая деформацию изгиба и кручения, определяем общий коэф­ фициент запаса прочности по формуле

KJK

к 0

в - 1 И

gH3 ’

 

248

где а_1и — предел выносливости на изгиб

при знакопеременном

цикле нагрузок.

 

а_1и = 0,43ав = 0,43 • 60 = 25,8

кгс/мм2.

М А

а из — w ■

W = 0,ld3,

где d — диаметр вала в опасном сечении, d = 170*мм.

=

кгс/см2-

^ = Ц = 2-08-

Кт— коэффициент запаса прочности на кручение.

Кх Т-1.

Ткр

где т .1 — предел выносливости на кручение при знакопеременном цикле нагрузок.

т_х = 0,22сгв = 0,22 • 60 = 13,2 кгс/мм2.

_ _

Ткр ~ 1¥р ’

где W — полярный момент сопротивления, W = 0,2 d3. Таким образом,

 

431 000

■440 кгс/см2.

Ькр~ 0,2-173

 

 

 

 

13,2

о

 

 

4 Х = 3 -

Общий коэффициент запаса прочности

 

К =

2,08 •3

1,72,

V 2,082+ З2

 

 

что вполне достаточно, так как для расчета взята максимальная мощность привода ротора.

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ БЫСТРОХОДНОГО ВАЛА РОТОРА НА ПРОЧНОСТЬ

Задача 145. Согласно данным задачи 144, выбрать тип подшипни­ ков для быстроходного вала ротора.

Решение. Подшипники быстроходного вала ротора являются ответственным узлом, и от правильного их выбора зависит срок эксплуатации ротора. Данные для расчета из задачи 144: Р =

249

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ