Министерство образования и науки Российской Федерации 5 страница

Задача № 1.3.17 Расчет барабана и тормозного шкива лебедки

Выполнить расчет бочки барабана и тормозного шкива лебедки по исходным данным, приведенным в таблице 16, где – расчетная мощность на входном валу лебедки, кВт; – максимальное усилие в ведущей ветви талевого каната, кН; – диаметр талевого каната; – кратность оснастки талевой системы; – вес движущихся частей талевого механизма, кН.

Определить основные параметры и размеры. По полученным данным выполнить чертежи барабана и шкива 2D и 3D, пользуясь пакетами программ KOMPAS или в других средах автоматизированного проектирования.

Таблица 16 – Исходные данные к задаче 1.3.17

Показатели	Варианты (типы лебедок)
Показатели	Б7.02.00	ЛБ-750	Б12.02	ЛБ22-720	ЛБУ- 1200	ЛБУ37-1100	ЛБУ 2000ПС	ЛБУ 3000-М1
, кВт	300	550	550	720	710	1100	1475	2200
, кН	145	225	250	220	273	370	365	460
, мм	25	28	28	28	32	32	35	38
	8	8	8	8	10	12	12	12
, кН	50	60	80	60	100	120	150	180
Материал	Сталь30	20ХГ			Сталь 35Л			40Г2Л
Примечание: в этой задаче предлагается 8 вариантов, составленных по параметрам буровых лебедок. Допускается решать коллективно по одному варианту группой из 2 -3 студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем

Указания:

1. Геометрические параметры барабана определяются из следующих соотношений:

- диаметр барабана

(1.17.1)

где – диаметр каната.

Для больших глубин

(1.17.2)

- длина барабана

(1.17.3)

для мощных лебедок

(1.17.4)

или можно исходить из соотношения

(1.17.5)

где – число витков каната в ряду, , – зазор между витками .

Правильность выбранной длины барабана проверяют по формуле:

(1.17.6)

где – расстояние между осями кронблока и подъемного вала, м. В формуле приведены значения угла девиации (отклонения каната от средней линии);

- канатоемкость барабана

(1.17.7)

где – наружный диаметр навивки каната на барабане, находят его по формуле:

(1.17.8)

где – коэффициент смятия и укладки каната; – число слоев каната, можно принять для расчетов .

- диаметр реборд и тормозных шкивов:

(1.17.9)

- ширина шкивов в зависимости от типа лебедки;

- толщина стенок может быть принята и проверена на прочность.

2. Расчет стенки барабана на прочность ведут, рассматривая его как толстостенный сосуд.

Наружная и внутренняя поверхности сосуда испытывают напряжения от воздействия внешней нагрузки – натяжения ведущей струны каната. Напряжения на волокнах внутренней поверхности бочки барабана можно определить по формуле:

(1.17.10)

а на наружной поверхности – по формуле

(1.17.11)

где: – удельная нагрузка на барабан от натяжения ведущей струны при 3-х слойной навивке, определяется как:

(1.17.12)

где: – наружный радиус барабана; – шаг навивки;

– коэффициент числа слоев навивки каната на барабан (в данном случае при трех слоях); – коэффициент влияния площадей сечений и упругости каната и барабана, где – площадь сечения берется по ГОСТ16853-71; – площадь сечения бочки барабана на длине шага; – толщина стенки, мм.

Для определения запаса прочности барабана находят эквивалентные напряжения: по внутренней поверхности

(1.17.13)

и по наружной поверхности (по энергетической теории прочности)

(1.17.14)

из двух значений напряжений выбирают максимальное, тогда запас прочности .

Проверяют предельное состояние формы бочки барабана по критической нагрузке:

(1.17.15)

при надо усилить стенки ребрами; где – удельная нагрузка от максимального натяжения каната, где – допускаемая нагрузка лебедки; - кратность талевой системы.

Рисунок 17 – Барабан лебедки типа ЛБ-750

Пример вычерчивания барабана приведен на рисунке 17.

Задача № 1.3.18 Расчет основной опоры вертлюга

Определить ресурс основной опоры вертлюга при бурении скважин с типовой глубиной , м. Заданы: тип вертлюга, тип подшипника, его базовые значения динамической и статической грузоподъемности, усредненные значения веса 1 м бурильной колонны , общей длины УБТ , веса 1 м УБТ ; плотности бурового раствора , давления насоса , осевой нагрузки на долото , средняя механическая скорость бурения . Диаметр отверстия напорного сальника вертлюга . За расчетный режим работы подшипника принять рекомендуемый в литературе [3]: среднюю частоту вращения ствола вертлюга , срок службы или циклов.

Варианты задачи приведены в таблице 1.12.

Указание по решению

1. Определить среднюю расчетную динамическую нагрузку на опору

(1.18.1)

2. Найти расчетную эквивалентную нагрузку, действующую на основную опору

(1.18.2)

где при температуре 1000С, – коэффициент режима работы; коэффициент эквивалентности нагрузки ; – кинематический коэффициент упорных подшипников при осевой нагрузке.

Таблица 17 – Исходные данные к задаче 1.3.18

Параметр	Вариант
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, м	1600	2500	3200	4000	5000	6500	6500	8000	2500
Тип вертлюга	БУ-75	ШВ-14-160М	УВ-250МА	УВ-250МА	УВ-320	УВ-320	УВ-450	УВ-450	УВ-250МА
Тип подшипника	Сфер.	Сфер.	Кон.	Кон.	Кон.	Кон.	Кон.	Кон.	Кон.
, МН	4,62	6,9	8,27	8,27	9,55	9,55	14,62	14,62	8,27
, МН	1,89	2,32	3,51	3,51	4,23	4,23	6,16	6,16	3,51
Примечание: в таблице предлагается 9 вариантов, составленных по глубине бурения и типам вертлюгов. Допускается решать коллективно по одному варианту группой из 3-4 студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем

3. Найти требуемую по стандарту АНИ динамическую грузоподъемность подшипника основной опоры по формуле:

(1.18.3)

где 1,9 – коэффициент, уточняющий влияние требований безопасности, надежности, а также эквивалентности нагрузки;

4. Определить базовую статическую осевую нагрузку по формуле:

(1.18.4)

где – коэффициент надежности при статическом нагружении; – разрывная прочность бурильных труб; – максимальная статическая нагрузка, принимают за нее паспортную грузоподъемность вертлюга;

4. Проверить соответствие подшипника условиям:

(1.18.5)

Если эти условия не соблюдены, то должно быть принято решение о замене вертлюга или подшипника;

5. Определить суммарное число оборотов подшипника за весь срок службы при расчетной нагрузке:

(1.18.6)

где – показатель степени кривой усталости, для шарикоподшипников , для роликоподшипников .

6. Найти суммарное число оборотов бурильной колонны за время бурения заданной скважины

(1.18.7)

7. Определить число скважин, которые можно пробурить с использованием одного вертлюга до исчерпания его ресурса:

(1.18.8)

Ниже на рисунке 18 приведен пример расчетов по задаче.

Рисунок 18 – Пример расчета по задаче № 1.3.18

Задача № 1.3.19 Поверочный расчет выбранного подшипника основной опоры стола ротора

Выполнить поверочный расчет выбранного подшипника основной опоры стола ротора. Исходные данные: тип ротора, тип подшипника, его статическая и динамическая грузоподъемности, глубина бурения типовой скважины , вес вращающихся частей стола ротора , – диаметр делительной окружности зубчатого колеса конической передачи м. Заданы также усредненные значения веса 1 м бурильной колонны , общей длины УБТ , веса 1 м УБТ ; плотности бурового раствора , осевой нагрузки на долото , средняя механическая скорость бурения . Длина свечи . За расчетный режим работы подшипника принять рекомендуемый в литературе [3]; среднюю частоту вращения ствола вертлюга , срок службы или циклов.

Варианты задачи приведены в таблице 18.

Таблица 18 – Исходные данные к задаче 1.3.19

Параметры	Варианты
Параметры	1	2	3	4	5	6	7	8
, м	1600	2500	3200	4000	5000	6500	8000	10000
Тип ротора	БУ50 БР (Р-450)	УР-520-3	Р-560	Р-700	УР-760	Р-950	Р-1260	Р-1260
, кН	4,93	11,04	14,59	15	15,51	23,63	25,17	25,17
м	860	1080	1120	1300	1360	1580	1890	1890
Тип подшипника	Шарикоподшипники упорно - радиальные
Тип подшипника	71682/ 560г	91682/ 670г	1681/ 670х	1687/ 770х	91682/ 750х	1687/ 1060	1687/ 1400	1687/ 1400
Размер тела качения , мм*	44,45	69,85	76,2	76,2	76,2	63.5	63,5	63,5
Количество тел качения *	37	30	29	31	34	48	62	62
Коэффициент *	67,3	70,7	70,7	70,7	67,3	63,3	58,2	58,2
, МН	2,58	5,17	8,42	9,0	9,0	9,67	12,5	12,5
, МН	0,31	0,52	1,03	1,06	1,06	0,98	1,09	1,09
Примечания: 1. Отмеченные звездочкой параметры не используются в связи с тем, что значения грузоподъемности подшипников заданы. 2. В таблице предлагается 8 вариантов, составленных по глубине бурения и типам роторов. Допускается решать коллективно по одному варианту группой из 3-4 студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем

а)

б)

а) на основную опору; б) от вкладышей ротора на ведущую трубу

Рисунок 19 – Схемы действия нагрузок на элементы бурового ротора

Алгоритм расчета долговечности основной опоры ротора для программы MathCAD:

1. Ввести все исходные расчетные параметры, заданные условиями задачи, с присвоением заданных численных значений, также – мощность привода ротора максимальную, кВт, приняв из Приложения Б по таблице 2П.

– сторона квадрата ведущей трубы.

2. Ввести расчетные коэффициенты с присвоением рекомендуемых в литературе [3] численных значений: при температуре 1000С, – коэффициент режима работы; – кинематический коэффициент упорных подшипников. – коэффициент приведения при радиальной нагрузке; – коэффициент приведения при осевой нагрузке.

– коэффициент геометрии деталей подшипника; – показатель степени кривой усталости материала – коэффициент, учитывающий свойства материла и условия работы подшипника, – коэффициент, учитывающий угол искривления скважины.