2020-04-12
121
По результатам дается вывод о соответствии расчетных запасов грузоподъемности, требуемым по стандартам АНИ.
- суммарное среднее число оборотов при бурении на глубину, равную длине свечи:
| (1.19.11) |
Общее число свечей на всю глубину скважины:
| (1.19.12) |
Суммарное число оборотов при бурении на глубину скважины:
| (1.19.13) |
Долговечность основной опоры ротора в часах:
| (1.19.14) |
или скважин заданного типа:
| (1.19.15) |
Пример расчетов по задаче приведен на рисунке 20.
Рисунок 20 – Пример расчета по задаче № 1.3.19
Задача № 1.3.20 Проверочный расчет на статическую прочность и выносливость элемента гидравлической части бурового насоса
Проверить на статическую прочность и выносливость элемент гидравлической части бурового насоса (рисунок 21). Исходные данные: давление нагнетания 
, внутренний диаметр расчетного сечения 
, толщина стенки 
. Материалы для изготовления деталей выбираются из поковок или литья углеродистых и легированных сталей.
|
|
|
Варианты задачи приведены в таблице 18 с разбивкой по трем деталям гидравлической части насоса
Таблица 19 – Исходные данные к задаче 1.3.20
| Параметр | Клапанная коробка | Нагнетательный коллектор | Гидрокоробка в месте расточки под цил. втулку | |||||||
 , МПа
| 25 | 32 | 40 | 20 | 25 | 32 | 40 | 25 | 32 | 40 |
 , мм
| 145 | 145 | 145 | 95 | 100 | 100 | 100 | 210 | 230 | 230 |
 мм
| 20 | 30 | 35 | 20 | 25 | 30 | 35 | 20 | 25 | 30 |
Указания:
Расчеты выполнить по программе MathCAD.
Предварительно, пользуясь рекомендациями и справочником, выбрать материал детали. Выписать пределы прочности 
,текучести 
и ограниченной выносливости 
. Оделить и выписать расчетные коэффициенты: 
– отношение внутреннего радиуса 
к наружному 
; 
– коэффициент перегрузки;
Рисунок 21 – Гидравлическая часть трехпоршневого насоса:
1, 2 – клапаны; 3 – нагнетательный коллектор; 4 – цилиндровая втулка; 5 – поршень; 6 – всасывающий коллектор.
– коэффициент выносливости; 
– коэффициент, учитывающий суммарное влияние конструктивных и технологических факторов; 
– коэффициент чувствительности материала детали к асимметрии цикла.
Определить напряжения в сечении стенок деталей по формуле расчета толстостенных сосудов
| (1.20.1) |
где 
– эквивалентное напряжение, МПа; 
– вероятное расчетное давление насоса, МПа; при расчете на статическую прочность 
при расчете на выносливость 
.
- проверить сечение стенки детали на статическую прочность по формуле:
| (1.20.2) |
- проверить деталь на выносливость по формуле:
| (1.20.3) |
где 
– амплитуда напряжений цикла МПа; 
– среднее напряжение цикла, МПа, определяются по формулам:
| (1.20.4) |
|
|
|
, 
– максимальное и минимальное напряжения цикла, определяемые как:
| (1.20.5) |
При запасах прочности и выносливости, меньших допускаемых значений, студент должен предложить обоснованное решение либо по изменению технологии термообработки детали, либо по замене материала или увеличения сечения. Полученные запасы прочности и выносливости подтвердить, определив вероятность безотказной работы детали 
по квантили нормированного нормального распределения вероятности безотказной работы детали. Методические указания по вероятностному расчету приведены в указаниях по задаче № 1.2.11.
Задача № 1.3.21 Расчет прочности и долговечности цепной передачи
Выполнить расчеты прочности и долговечности цепной передачи. Исходные данные: тип привода, мощность двигателя 
, частота вращения его вала 
, кинематическая схема привода исполнительного механизма (см. рисунок 22, рисунок 23, рисунок 24), число зубьев звездочек 
и 
, тип и шаг цепи 
. 9 вариантов задачи приведены в таблице 20.
Таблица 20 – Исходные данные к задаче 1.3.21
| Параметры | Привод и варианты | ||||||||
| Электрический переменного тока | Электрический постоянного тока | Электрический переменного тока | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Кинем. схема | Рисунок 22 | Рисунок 23 | Рисунок 24 | ||||||
 , квт
| 315 | 315 | 315 | 500 | 500 | 500 | 560 | 560 | 560 |
 , об/мин
| 1000 | 1000 | 1000 | 500 | 500 | 500 | 740 | 740 | 740 |
| Тип цепи | 3T-31,75 | 3T-31,75 | 3T-31,75 | 4T-44,45 | 4T-44,45 | 4T-44,45 | 3H-50,8 | 3H-50,8 | 3Y-50,8 |
Шаг цепи  , мм
| 31,75 | 31,75 | 31,75 | 44,45 | 44,45 | 44,45 | 50,8 | 50,8 | 50,8 |
| 41 | 33 | 33 | 29 | 22 | 24 | 17 | 19 | 20 |
| 42 | 72 | 83 | 42 | 75 | 43 | 63 | 83 | 35 |
Указания:
Расчеты рекомендуется вести в следующем порядке:
1. Определить передаточное отношение цепной передачи 
.
2. Вычислить межцентровое расстояние передачи 
и длину цепи в шагах 
по формулам:
при 
| (1.21.1) |
при 
| (1.21.2) |
| (1.21.3) |
найти предельную нагрузку на цепь по формуле
| (1.21.4) |
где 
– частота вращения звездочки, вычисляемая по суммарному передаточному отношению кинематической цепи передач, начиная от двигателя, 
– мощность, передаваемая цепью, определяется по мощности двигателя с учетом КПД передач.
3. Определить запас прочности цепи по формуле:
| (1.21.5) |
где 
– разрушающая нагрузка для рассчитываемой цепи, принимается по ГОСТ 21834-76 [2, с. 389].
4. Определить коэффициент запаса выносливости по формуле:
| (1.21.6) |
где 
– предельная мощность, передаваемая одним рядом многорядной цепи типа Н-38,1, принимается по графику из [2, с. 392] числу зубьев и частоте вращения малой звездочки; 
, 
, 
, 
, 
, 
– соответственно коэффициенты шага, рядности, длины, качества, перегрузки и эквивалентности, определяются по источнику [2, с.391-395].
5. Вычислить средний ресурс 
в зависимости от запаса выносливости по формуле:
| (1.21.7) |
где 
– нормативный ресурс цепи, 3000 ч.
Рисунок 22 – Кинематическая схема привода буровой лебедки установки БУ1600/100 ЭУ [1]
Рисунок 23 – Кинематическая схема буровой лебедки установки БУ 2500/160 ЭП [1]
Рисунок 24 – Кинематическая схема привода буровой лебедки БУ3200/200ЭУ [2]
Задача № 1.3.22 Расчет сцепных фрикционных муфт. Определение запаса сцепления
Выполнить расчеты по выбору сцепных фрикционных муфт для управления буровой лебедкой по вариантам таблице 21.
Таблица 21 – Исходные данные к задаче 1.3.22
| Параметры | Варианты | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
Мощность на валу лебедки  , кВт
| 810 | 300 | 550 | 660 | 1100 | 670 | 1475 |
Частота вращения вала  , об/мин
| 45 | 58 | 44 | 30 | 40 | 90 | 50 |
Расчетный диаметр барабана  , мм
| 900 | 656 | 700 | 785 | 775 | 594 | 1000 |
Кратность талевой системы, 
| 12 | 8 | 8 | 10 | 12 | 10 | 12 |
Максимальная нагрузка на крюке  , кН
| 3200 | 1000 | 1600 | 2000 | 3200 | 2250 | 4000 |
Давление в баллоне, принять по характеристике компрессора 
; давление, необходимое для выбора зазора между накладками и шкивом муфты, принимается 
; коэффициент трения 
.
Указания:
Алгоритм расчета:
|
|
|
1. Ввод исходных данных по условию задачи в программу расчета по пакету MathCAD.
2. Определить вращающий момент на подъемном валу, введя формулу:
| (1.22.1) |
3. Для обеспечения вращающего момента на подъемном валу выбрать по таблице 21 соответствующий типоразмер ШПМ и ввести в программу необходимые для расчета данные:
– максимальный момент сцепления, кНм,
– предельную частоту вращения, об/мин,
– Диаметр баллона, мм,
– ширину баллона, м
– массу муфты без шкива, кг.
При недостаточной величине предельного крутящего момента выбранной муфты следует применить сдвоенную муфту с соответствующей коррекцией данных.
4. Ввести формулы площади поверхности кольцевой полости баллона и окружной скорости вращения муфты (с учетом автоматического преобразования частоты вращения из об/мин в об/с).
| (1.22.2) |
5. Определить момент сцепления муфты при заданной минимальной частоте подъемного вала с учетом влияния центробежных сил
| (1.22.3) |
6. Определить момент сцепления в тормозном режиме
| (1.22.4) |
В случае применения сдвоенной муфты момент, определенный по этой формуле, удваивается.
7. Определить предельную и номинальную частоту вращения
| (1.22.5) |
и сравнить с заданной минимальной частотой вращения, должно соблюдаться условие 
.
8. Определить запас сцепления
| (1.22.6) |
где 
– коэффициент момента.
Задача № 1.3.23 Расчет сцепных фрикционных муфт. Определение запаса крутящего момента муфты.
Для привода бурового насоса НБТ-600 установки БУ-2500/160ДГУ используется сдвоенная муфта 2МШ500. Исходные параметры: мощность насоса 
; частота вращения 
; радиус центра тяжести колодок и баллона 
; масса колодок и части баллона 
. Определить запас крутящего момента муфты.
Алгоритм расчета:
1. Ввод данных:
, , 
, 
, , . Давление в баллоне ; давление, необходимое для выбора зазора между накладками и шкивом муфты 
; коэффициент трения .
2. Определить вращающий момент, передаваемый муфтой:
| (1.23.1) |
3. Вычислить площадь трения муфты:
| (1.23.2) |
4. Окружная скорость центра тяжести колодок и баллона:
|
|
|
| (1.23.3) |
5. Момент трения, передаваемый сдвоенной муфтой приводному валу насоса:
| (1.23.4) |
6. Запас крутящего момента:
| (1.23.5) |
Задача № 1.3.24 Расчет нагрузок на муфту МШ-700 и коэффициента запаса сцепления
Определить нагрузки, действующие на муфту МШ-700 и коэффициент запаса его сцепления при следующих исходных данных: крутящий момент 
; 
; 
, 
; 
; 
.
Алгоритм решения:
1. Ввод данных по параметрам с присвоением численных значений.
2. Радиальная нагрузка на барабане шкива:
| (1.24.1) |
3. Центробежная сила, отжимающая колодки от шкива:
| (1.24.2) |
4. Расчетная нагрузка, действующая на шкив при зажатии его колодками:
| (1.24.3) |
5. Сила трения между колодками муфты и барабаном шкива:
| (1.24.4) |
6. Момент трения, передаваемый муфтой:
| (1.24.5) |
7. Коэффициент запаса сцепления муфты:
| (1.24.6) |
К методике расчета по выбору шинно-пневматических муфт (задачи №№ 1.3.22; 1.3.23 и 1.3.24):
Типоразмеры муфт для соединения валов при заданном значении передаваемого момента выбираются на основе определения необходимого запаса сцепления и сравнения его с допускаемым запасом.
Исходные данные: расчетная нагрузка на вал, частота вращения вала, типоразмер муфты из регламентированного ряда по ОСТ26-02-334-85 (выбрать из таблице 22, 23), давление в баллоне, принимаемое 
по характеристике компрессора; давление, необходимое для выбора зазора между накладками и шкивом муфты, принимается ; коэффициент трения .
Расчетное условие выбора муфты:
| (1.24.7) |
где 
– расчетный запас сцепления; 
– допускаемый запас сцепления, назначается в зависимости от режима работы, вида привода и инерционных нагрузок; рекомендуемые значения:
– для тихоходных муфт с 
, 
– для быстроходных муфт с 
.
Рисунок 25 – Рабочая характеристика ШПМ [2].
– коэффициент момента, учитывающий влияние частоты вращения на величину момента сцепления муфты;
– коэффициент мощности, учитывающий влияние частоты вращения на величину передаваемой мощности. 
, 
, 
– соответственно момент сцепления в тормозном режиме, момент вращения от рабочей нагрузки; момент сцепления при частоте вращения ; 
, 
, – соответственно мощность, передаваемая муфтой при частоте вращения , максимальная мощность, передаваемая при номинальной частоте вращения, мощность, передаваемая муфтой при рабочей нагрузке.
