Анализ существующих конструкций буровых лебедок

 

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 ПриложенияБ.

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 марки34XН1М,термообработка—до твердостиНВ217—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)

 

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)

 

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):

 

-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
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
Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла при: изгибе кручении		-		ψσ ψτ		([2], табл. III.5)	0,1 0,05		0,1 0,05		0,1 0,05		0,1 0,05
Запас прочности по переменным напряжениям: при изгибе при кручении		-		nσ nτ		(2.2.3.12) (2.2.3.13)	- 4,05		- 3,87		2,44 4,41		2,29 9,62
Общий запас прочности по переменным напряжениям		-		n		(2.2.3.14)	4,05		3,87		2,13		2,23
Допускаемый запас прочности по переменным напряжениям		-		[n]		([2], табл. 2П)	1,6		1,6		1,6		1,6

 

 

3. Особенности монтажа, эксплуатации и ремонта

 

Монтаж.([6], с.483; [7], с. 337-340)

Все движущиеся части лебедки, ротора, КПП и редуктора должны иметь прочные металлические ограждения и кожуха, надежно закрывающие доступ к ним со всех сторон.

Тормозные колодки и ленты должны иметь рекомендованные изготовителем крепления.

Ходовой конец талевого каната должен крепиться к специально предусмотренному на барабане лебедки устройству таким образом, чтобы исключались деформации и истирание каната в месте его крепления; на барабане лебедки при самом нижнем положении талевого блока должно оставаться не менее трех витков каната.

При монтаже необходимо добиваться соосности валов редуктора,трансмиссии и привода.

При работе на катушках буровых и вспомогательных лебедок должны соблюдаться следующие требования:

а) масса поднимаемого (перемещаемого) груза не должна превышать допускаемой нагрузки на канат; соблюдать массу на подъем груза и величину тягового усилия на перемещение;

б) соблюдать требование РД-200-98 пункта 2.4.6: «Конструкция вспомогательной лебедки должна обеспечивать плавное перемещение и надежное удержание груза на весу. С пульта управления лебедкой оператору должен быть обеспечен обзор места работы и перемещения груза. При невозможности выполнения этого требования устанавливается дублирующий пульт;

в) высота подъема груза не должна превышать высоту стояка.

Эксплуатация. ([6], с.483; [7], с. 337-340)

Необходимо следить за правильной намоткой каната на барабан буровой лебедки.

Появление ударов при включении барабана указывает на удлинение одной из цепей. Поэтому в растянутой цепи нужно заменить одну пару рядовых звеньев одним замковым звеном, при этом категорически запрещается излишняя натяжка цепи. Если такая замена не удается, то надо продолжать работу на растянутой цепи.

При использовании буровых лебедок, не имеющих фиксатора положения тормозной рукоятки, для укрепления последней должны применяться устройства в виде цепи, прочно прикрепленной к полу, или мягкого троса, пропущенного через пол, с привязанным к нему грузом необходимой массы.

Тормозные ленты буровой лебедки после прекращения торможения должны оттягиваться пружинами так, чтобы в нерабочем состоянии тормозные колодки не соприкасались с поверхностью тормозного шкива (обода).

Запрещается работать изношенными тормозными колодками и колодками ШПМ.

Буровая лебедка должна быть оборудована устройством, обеспечивающим правильную укладку витков наматываемого на барабан талевого каната; направлять канат на барабан лебедки ломом или другими предметами запрещается.

Выполнять все регламентные работы проверок при приеме смены; достоверно и в полном объеме давать информацию о состоянии оборудования при сдаче смены.

Запрещается работать с неисправной илиплохо отрегулированной тормозной рукояткой; при полном торможении лебедки тормозная рукоятка должна находиться на расстоянии 80-90 см от пола буровой.

Необходимо систематически следить за исправностью пневмосистемы; запрещается производство каких-либо работ при нарушении геометричности воздухопроводов, идущих к пневмоцилиндру тормоза лебедки.

Регулярно производить осмотр и чистку мест под балансиром и коленчатым валом тормозной системы; не допускать обледенения тормозной системы.

Спуск колонны бурильных или обсадных труб с включением гидротормоза производить с глубины, указанной в технической характеристике буровой установки.

Ремонт. ([6], с.483; [7], с. 337-340)

При ремонте лебедки необходимо выполнять все требования, предъявляемые к ответственным подъемным механизмам. Все детали должны соответствовать чертежам завода-производителя, а собираемые при ремонте узлы — техническим условиям на их изготовление и сборку.

Узлы лебедки, ротора, редуктора подлежат замене при появлении трещин, деформации отколов, при негерметичности и утечках в картерах, при нарушении крепления и появлении разбалансировки вращающихся деталей.

При смене шиннопневматических муфт центровки не требуется, нужно только, чтобы борт обода муфты входил в заточку диска и плотно прилегал к его торцу. Чтобы избежать дополнительной развертки отверстий, перед разборкой муфты следует отметить ее положение по отношению к диску.

При любом ремонте, связанном со снятием валов, нельзя удалять планки, фиксирующие корпуса подшипников. При последующей установке валы должны лечь в гнезда между планками. Никакой дополнительной выверки не требуется.

Сварочные ремонтные работы выполняются квалифицированными сварщиками. Рекомендуется применять обмазанные электроды марки Э42. Изготовленные из специальной стали валы лебедки не допускают сварки. Если в мастерских нельзя достигнуть необходимой точности обработки тормозных шкивов, то при замене их следует проточить поверхности торможения непосредственно на лебедке.

При ремонте надо проверять межцентровые расстояния между валами лебедки и их параллельность, которая должна быть в пределах 0,5—0,8 мм на длине валов. Обработка поверхностей зубьев цепных колес (звездочек) свыше 1мм нарушает равномерную работу цепных передач и вызывает частые разрывы цепей. Звездочки с износившимися зубьями при капитальном ремонте обязательно заменяются. После среднего или капитального ремонта для приработки деталей и выявления недостатков лебедку обкатывают вхолостую в течение нескольких часов.

При ремонте лебедки У2-5-5 наибольшеезначение имеет центровка валов редуктора с валом барабана, с трансмиссией V скорости и трансмиссией ротора, которая должна быть в пределах 0,5—0,8мм. Необходимо периодически осматривать зубчатые колеса в редукторе, проверять, нет ли трещин на приводном валу шестерни со стороны барабана лебедки. При обнаружении трещин вал шестерни надо немедленно заменить.

 

Список литературы

 

1. Северинчик Н.А. Машины и оборудование для бурения скважин. М.: Недра, 1986. - 368с.

2. Американская техника  и промышленность. Сборник рекламных  материалов. Выпуск III. США. Фирма «Чилтон  и Ко». 1977. -407 с.

3. Баграмов Р.А. Буровые  машины и комплексы: Учебник для  вузов. - М.: Недра, 1988. – 501 с.:ил.

4. Курмаз Л.В. Детали машин.Проектирование:учебн.пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда. – Мн.: УП  «Технопринт», 2002. – 290 с.

5. Курсовое проектирование  деталей машин: Учебн. пособие для  техникумов/С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др.- М.: Машиностроение, 1980. 351 с., ил.

6. Буровые установки Уралмашзавода. Г.В. Алексеевский. Изд. 2, перераб. и  доп. М., изд-во «Недра», 1971 г., стр. 496.

7. Муравенко В.А., Муравенко  А.Д., Муравенко В.А. Буровые машины  и механизмы. Том 2., Москва-Ижевск: Институт  компьютерных исследований, 2002, 464 стр.

 

Приложение А

 

 

Приложение Б

 

 

2