Капремонт лебёдки

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 01 Июня 2013 в 17:47, курсовая работа

Краткое описание

Буровая лебедка — основной агрегат спуско-подъемного комплекса буровой установки. Она предназначена в основном для создания тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Лебедка необходима для подъема и спуска бурильной колонны, ненагруженного элеватора, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной колонны или медленного ее опускания при подаче долота на забой в процессе бурения или расширения скважины. Катушечный вал и пневмораскрепитель лебедки часто используют для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб. Лебедка применяется для подтаскивания, и подъема труб, грунтоносок и других грузов, а также при монтаже буровых вышек и оборудования на них.

Скачать целиком (1.97 Мб) Сколько стоит заказать работу?
Содержимое работы - 1 файл

курсовая бур.лебёдка.docx

— 1.98 Мб (Скачать файл)

 

 

2.2 Расчеты на прочность

Расчеты на прочность деталей  и узлов лебедки выполняются  по тяговому усилию, возникающему при  допускаемой нагрузке на крюке, с  учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и  потерь на трение при подъеме.

Определяем наибольший крутящий момент Мкр на подъемном валу лебедки:

  (2.2.1)

где N – номинальная приводная  мощность лебедки, Вт;

 ωб – угловая скорость вращения барабана, с-1.

Принимаем N = 900*103 Вт.

Угловая скорость вращения барабана определится по формуле

  (2.2.2)

Зная максимальный диаметр  навивки каната на барабане Dк и наибольший крутящий момент Мкр на подъемном валу лебедки можно вычислить натяжение ведущей ветви каната

  (2.2.3)

 

2.2.1 Расчет на  прочность барабана лебедки

После выбора конструкции  и определения основных размеров, барабана необходим его расчет на прочность. При навивке каната в  стенках бочки барабана возникают  напряжения сжатия, изгиба и кручения. В связи с тем что осевой и полярный моменты сопротивления  сечения барабана большие, напряжения изгиба и кручения, возникающие в  стенке барабана, несущественны. Поэтому  расчет проводят только по напряжениям  сжатия ([1], с.309)

  (2.2.1.1)

где Рв - натяжение ведущей ветви каната, Н;

s — толщина стенки  бочки барабана, м;

А — коэффициент, зависящий от числа навиваемых слоев и других факторов;

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

22

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

[σсж]-допустимые напряжения сжатия, Па.

Принимаем по аналогии с  прототипом s = 80 мм = 0,08 м.

Допустимые напряжения сжатия материала бочки барабана [σсж]=500МПа ([1], табл. 6), считая, что бочка барабана изготовлена из углеродистой стали 30.

При числе слоев навивки  К=3 коэффициент А равен([1], с. 309):

  (2.2.1.2)

где λ — коэффициент, зависящий  от диаметра каната, модуля его упругости  Ек и толщины стенки барабана

  (2.2.1.3)

где Е = 2,1*105 МПа —модуль упругости стали;

Ек- модуль упругости каната, МПа.

  (2.2.1.4)

где а=0,33…0,35 ([1], с.157).

Условие прочности выполняется.

 

2.2.2 Расчет венца  цепного колеса

Рассчитаем и сконструируем  ведомое цепное колесо (поз. 1 Приложение А) передачи «тихой» скорости (поз. 3 рисунок 1.4). Посредством этой передачи подъемному валу лебедки сообщаются I, II и III «тихие» скорости.

В передаче применена стандартная  приводная роликовая трехрядная цепь по ГОСТ 13568.

Известны числа зубьев звездочек передачи: ведущее колесо z1 = 21, ведомое колесо z2 = 81.

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

23

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

 

Определяем передаточное число передачи

  (2.2.2.1)

Определяем максимальный (на I скорости) крутящий момент на малой  звездочке М1

  (2.2.2.2)

Частота вращения барабана определится по формуле

Определяем коэффициент  эксплуатации цепи

  (2.2.2.3)

где kД - коэффициент, учитывающий динамичность передаваемой нагрузки;

kа - коэффициент, учитывающий длину цепи (межосевое расстояние);

kр - коэффициент, учитывающий способ регулировки натяжения цепи;

kн - коэффициент, учитывающий наклон передачи к горизонту;

kс - коэффициент, учитывающий качество смазки передачи и условия ее работы;

kреж - коэффициент, учитывающий режим работы передачи.

Определяем значения коэффициентов:

kД = 1,0 при равномерной нагрузке ([4], табл. 3.3.2);

kа = 0,80 ([4], табл. 3.3.3);

kр = 1,25 для нерегулируемой передачи ([4], табл. 3.3.4);

kн = 1,0 при наклоне линии центров до 600;

kс = 1,0 ([4], табл. 3.3.6);

kреж = 1,45 при круглосуточной работе ([4], табл. 3.3.8).

Определяем предварительно шаг цепи

   (2.2.2.4)

где [р]-допускаемое давление в шарнирах, МПа;

m-число рядов цепи.

По ([5], табл. 5.15) принимаем [р]=20 МПа.

 

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

24

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Принимаем по ([4], табл. 3.1.1) параметры  цепи: шаг цепи tц=38,1 мм, диаметр валика d=11,10 мм, длина втулки B=148,88 мм, разрушающая сила F=381 кН.

Скорость цепи

(2.2.2.5)

Окружное усилие

(2.2.2.6)

 

Сила, нагружающая подъемный  вал

(2.2.2.7)

Рассчитываем профиль  зубьев звездочки цепного колеса согласно ГОСТ 591-69, как профиль без  смещения центров дуг впадин (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Профиль зубьев без смещения центров дуг впадин.

 

Диаметр делительной окружности

(2.2.2.8)

Коэффициент высоты зуба по ([4], табл. 3.5.2) к=0,575.

Диаметр окружности выступов

(2.2.2.9)

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

25

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Радиус впадины

(2.2.2.10)

Диаметр окружности впадин

(2.2.2.11)

Радиус сопряжения

(2.2.2.12)

Половина угла впадины

(2.2.2.13)

Угол сопряжения

(2.2.2.14)

Половина угла зуба

(2.2.2.15)

Радиус головки зуба

(2.2.2.16)

Прямой участок профиля

(2.2.2.17)

Расстояние от центра дуги впадины до центра головки зуба

(2.2.2.18)

Рассчитываем размеры  зубьев и венцов цепного колеса (см. рисунок 2.2).

Рисунок 2.2. Размеры зубьев и венца.

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

26

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

Радиус закругления зуба

(2.2.2.19)

Расстояние от вершины  зуба до линии центров дуг закруглений

(2.2.2.20)

Диаметр обода наибольший

(2.2.2.21)

Ширина зуба звездочки

  (2.2.2.22)

Ширина венца многорядной  звездочки

  (2.2.2.23)

Остальные размеры венца  назначаем конструктивно.

 

2.2.3 Расчет подъемного  вала

Подъемный вал рассчитываем, ориентируясь на размеры вала прототипной  лебедки ЛБУ-1100 ([3], с.476) по методике, приведенной в ([3], с.476-477, табл. 1П).

Чертеж вала показан на рисунке Приложения Б.

Схема нагружения подъемного вала и эпюры изгибающих и крутящих моментов см. на рис. 2.3. Величины изгибающих и крутящих моментов приняты пропорциональными  величинам, приведенным на эпюрах моментов прототипного вала ([3], рис.21П) и увеличены  в соответствии изменением размеров барабана и натяжения ходовой  струны каната.

Материал вала по ([3], с.476)-сталь  марки 34XН1М, термообработка—до твердости  НВ 217—269; механические свойства: предел прочности на растяжение-сжатие σв = 780 МПа; предел прочности на кручение τв = 650МПа.

Приведем подробно расчет для сечения А-А. Проверочный расчет остальных опасных сечений вала сведем в таблицу 2.1.

Примем предварительно диаметр  вала в сечении А-А dА-А=280 мм.

Определяем экваториальный момент сопротивления сечения

  (2.2.3.1)

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

27

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

где Кх - коэффициент ослабления сечения.

По ([3], табл. III.3) Кх=1,0 как для вала с одним шпоночным пазом.

Рисунок 2.2 Схема нагружения подъемного вала и эпюры изгибающих моментов

 

Определяем полярный момент сопротивления сечения

  (2.2.3.2)

где К0- коэффициент ослабления сечения.

По ([3], табл. III.3) К0=1,0 как для вала с одним шпоночным пазом.

Номинальные напряжения изгиба

  (2.2.3.3)

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

28

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Номинальные напряжения кручения

  (2.2.3.4)

Запас прочности при изгибе

  (2.2.3.5)

Запас прочности при кручении

  (2.2.3.6)

Общий запас на статическую  прочность

  (2.2.3.7)

Допускаемый запас прочности  найдем по ([3], табл. 2П) [S]=3,2.

Принимаем цикл напряжений изгиба симметричным, тогда амплитуда  напряжений при изгибе, σа=σ=62,44 МПа, среднее напряжение σm=0.

Принимаем цикл напряжений кручения асимметричным, тогда амплитуда  напряжений при кручении τа=τ/2=13,8 МПа, среднее напряжение τm=τ/2=13,8МПа.

Коэффициент концентрации напряжений при изгибе Кσ : от влияния шпоночного паза Кσ = 2,25 ([3], рис. 12П); от влияния напрессовки Кσ=6,15([3], табл. III.1). Принимаем Кσ = 6,15.

Коэффициент концентрации напряжений при кручении Кτ : от влияния шпоночного паза Кτ = 2,15 ([3], рис. 13П); от влияния напрессовки Кτ=4,42([3], табл. III.1). Принимаем Кτ = 4,42.

Коэффициент, учитывающий  масштабный эффект Кd =0,52 ([3], рис. III.5).

Коэффициент, учитывающий  состояние поверхности Кf=1,15 ([3], рис.III.6).

Коэффициент упрочнения при  обкатке роликами Кv=2,2 ([3], табл. III.2).

Коэффициент снижения предела  выносливости:

-при изгибе  (2.2.3.8)

-при кручении  (2.2.3.9)

Предел выносливости стали  марки 34ХН1М по ([3], табл. III.5):

 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

29

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

-при изгибе  (2.2.3.10)

-при кручении  (2.2.3.11)

Коэффициент эквивалентности  по ([3], табл. 2П): при изгибе Кэσ=0,5; при кручении Кэτ=0,5.

Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла по ([3], табл. III.5): при изгибе ψσ=0,1; при кручении ψτ=0,05.

Запас прочности по переменным напряжениям:

-при изгибе  (2.2.3.12)

-при кручении  (2.2.3.13)

Общий запас прочности  по переменным напряжениям

  (2.2.3.14)

Допускаемый запас прочности  по переменным напряжениям [n]=1,6 ([3], табл. 2П).

Диаметры других участков валов назначаем конструктивно.

Таблица 2.1 Расчет опасных  сечений подъемного вала.

Параметр

Единица измерения

Обоз-начение

Способ определения

Результаты расчета для сечений  вала

Д-Д

В-В

С-С

Б-Б

1

2

3

4

5

6

7

8

Диаметр сечения

10-3м

d

  

220

225

235

270

Коэффициенты ослабления сечения:

-экваториальный

-полярный

-

Кх

К0

По ([2], табл. III.3)

 

1,08

1,12

 

1

1

 

1

1

 

1

1

Момент сопротивления:

-экваториальный

-полярный

10-3м3

 

Wи

Wк

 

(2.2.3.1)

(2.2.3.2)

 

1,128

2,340

 

1,118

2,235

 

1,273

2,547

 

1,931

3,863

Изгибающий момент

кН*м

Ми

Рис 2.2

-

-

69,7

112,3

Крутящий момент

кН*м

Мк

Рис 2.2

119

119

119

82,4

Номинальные напряжения:

изгиба

кручения

МПа

 

σ

τ

 

(2.2.3.3)

(2.2.3.4)

 

-

50,85

 

-

53,24

 

54,75

46,72

 

58,16

21,33


 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

30

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

 

Параметр

Единица измерения

Обоз-начение

Способ определения

Результаты расчета для сечений  вала

Д-Д

В-В

С-С

Б-Б

1

2

3

4

5

6

7

8

Запас прочности при:

изгибе

кручении

-

 

Sσ

Sτ

 

(2.2.3.5)

(2.2.3.6)

 

-

12,78

 

-

12,21

 

14,25

13,91

 

13,41

30,47

Общий запас на статическую прочность

-

S

(2.2.3.7)

12,78

12,21

9,95

12,27

Допускаемый запас прочности

-

[S]

По ([2], табл. 2П)

3,2

3,2

3,2

3,2

Амплитуда напряжений при:

изгибе

кручении

МПа

 

σа

τа

 

 

 

-

25,4

 

-

26,6

 

54,75

23,4

 

58,16

10,7

Среднее напряжение при:

изгибе

кручении

МПа

 

σm

τm

  

 

-

25,4

 

-

26,6

 

0

23,4

 

0

10,7

Коэффициент концентрации напряжений при  изгибе:

шпоночный паз

напрессовка

-

Кσ

 

([2], рис. 12П)

([2], табл. III.1)

 

-

-

 

-

-

 

-

6,15

 

-

6,15

Коэффициент концентрации напряжений при  кручении:

шпоночный паз

напрессовка

-

Кτ

([2], рис. 13П)

([2], табл. III.1)

2,15

4,42

-

4,42

-

4,42

-

4,42

Коэффициент, учитывающий масштабный фактор

-

Кd

([2], рис. III.5)

0,52

0,52

0,52

0,52

Коэффициент, учитывающий состояние  поверхности

-

Кf

([2], рис.III.6)

1.15

1,15

1,15

1,15

Коэффициент упрочнения от обкатки роликами

-

Кv

([2], табл. III.2)

2,2

2,2

2,2

2,2

Коэффициент снижения предела выносливости:

при изгибе

при кручении

-

 

 

Ки

Кк

 

 

(2.2.3.8)

(2.2.3.9)

 

 

-

4

 

 

-

4

 

 

5,5

4

 

 

12,1

4

Предел выносливости стали марки 34ХН1М при:

изгибе

кручении

МПа

 

 

σ-1

τ-1

 

 

(2.2.3.10)

(2.2.3.11)

 

 

367

211

 

 

367

211

 

 

367

211

 

 

367

211

Коэффициент эквивалентности:

при изгибе

при кручении

-

 

 

Кэσ

Кэτ

 

 

([2], табл. 2П)

 

 

0,5

0,5

 

 

0,5

0,5

 

 

0,5

0,5

 

 

0,5

0,5


 

 		        

ГНК УГТУ. 150411.51.055.КП

Лист

         

31

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Информация о работе Капремонт лебёдки