601

Расчетная часть-РАСЧЕТ Инжектора МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ колтюбинговой установки М-60-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

ID: 175161
Дата закачки: 24 Ноября 2016
Продавец: lesha.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ******* Не известно

Описание:
Расчетная часть-РАСЧЕТ Инжектора МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ колтюбинговой установки М-60-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

Комментарии: 4.1 Основные положения технического задания на мобильную установку для капитального ремонта скважин М-60
1.1. Наименование и область применения.
1.1.1 Наименование изделия и его шифр.
Мобильная установка для капитального ремонта скважин М-60.
1.1.2 Назначение и область применения.
Установка мобильная для ремонта скважин М-60 предназначена для проведения подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и может выполнять широкий спектр следующих работ, такие как бурение скважин, ликвидация песчаных, парафинистых и гидратных пробок, закачка технологических растворов, цементирование скважин, обеспечение геофизических работ, воздействие на скважинное оборудование, гидроперфорация, спуск-подъем насосного оборудования и приборов.
Мобильная установка может применяется для ремонта скважин глубиной до 2000 м. Тяговое усилие инжектора для перемещения колонны гибких труб - 60 кН. Величина сжимающей силы 383,4 МПа. Скорость перемещения гибкой непрерывной трубы: минимальная – 0,3 м/с, максимальная 0,6 м/с.
1.1.3 Возможность использования изделия для постановки на экспорт.
Мобильная установка для капитального ремонта скважин может поставляться на экспорт при наличии патентной чистоты установки по стране поставок.
1.2. Основания для разработки.
1.2.1 Организация, утвердившая документ.
Кафедра НГМО в лице заведующего кафедрой Сысоева Н.И.
1.2.2 Тема, этап отраслевого и тематического плана, в рамках которого будет выполняться задание.

Дипломный проект.
1.3. Цель и назначение разработки.
1.3.1 Заменяемое старое или создание нового.
В мобильной установке разрабатывается новая конструкция инжектора, в которой в качестве привода используется объемный гидропривод, позволяющий плавно изменять контролируемые параметры спуска трубы. Также добавляется дополнительная пара плашек, которая увеличивает площадь контакта гибкой трубы с плашками, что позволяет более равномерно распределять нагрузку на длинномерную трубу, не деформируя ее.
Кроме того, выполнена перекомпоновка рабочего оборудования на транспортной платформе, обеспечивающая повышение долговечности колонны гибкой трубы, за счет снижения ее деформации, и не исключен вариант увеличения емкости барабана для намотки КГТ.
1.3.2 Ориентировочная потребность по годам с начала серийного производства: один экземпляр для кафедры НГМиО до 28.12.10 г.
По заказам предприятий, производящих капитальный ремонт скважин.
1.3.3 Источник финансирования.
Разработка опытного образца финансируется УИРС ООО «Уренгойгазпром».
1.3.4 Количество и сроки изготовления.
Оговариваются с заказчиком.
1.3.5 Предлагаемые исполнители.
Добровольский А. А., кафедра НГМиО.
1.4. Источники разработки.
1.4.1 Протоколы лабораторных испытаний.
Протокол промышленных испытаний опытных образцов РАНТ 10.01 в 1999г.
1.4.2 Конструктивные проработки.
Конструкторская и нормативная документация на установку ЗАО «Фидмаш», рабочие чертежи, требования по эксплуатации.
1.4.3 Перечень других источников.
Заявка 2002107101/032002107101/03, от 19.03.2002, № 2225825 «Транспортер
для перемещения длинномерных изделий», авторы: Надымов Н.П., Рассулов А.М., РоговтА.Б.; заявка 96117597/03, от 30.08.96, № 2109915 «Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб», автор: Чехунов А.Н.; заявка 96111375/03, от 05.06.96, № 2154146 «Агрегат подземного ремонта скважин с непрерывной колонной гибких труб», авторы: Молчанов А.Г., Чернобровкин В.И., Некрасов В.И..
1.5. Технические требования.
1.5.1 Стандарты и нормативно-техническая документация.
Технические условия на установки для капитального ремонта скважин.
1.5.2 Состав изделия, требования к изделию.
Мобильная установка для подземного ремонта скважин, состоящая из транспортной базы, колонны гибких труб, барабана для намотки КГТ, трубоукладчика, кабины оператора, устьевого оборудования, гидравлической и механической части, инжектора колонны гибких труб. Инжектор для перемещения колонны гибких непрерывных труб агрегата для капитального ремонта скважин, содержит корпус, привод, трансмиссию, две двухрядные цепи, состоящие из пластин втулок, соединенных осями и снабженные плашками, опорные поверхности которых взаимодействуют с гибкой трубой, а тыльные – с узлом прижима плашек, включающим гидравлические цилиндры, соединенные с источником давления и взаимодействующими с каретками, на которых установлены ролики, передающие усилия плашкам, каретки снабжены двумя-тремя роликами и соединены шарнирно друг с другом, причем крайние каретки шарнирно соединены с корпусом устройства, а шарниры выполнены с некоторым люфтом в направлении оси подачи гибкой трубы.
1.5.3 Требования к показателям назначения, надежности, ремонтопригодности.
Конструкция мобильной установки для подземного ремонта скважин должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечение необходимой скорости подъема (спуска) трубы, создание необходимого тягового усилия, обеспечение необходимой вместимости барабана, усилия прижима плашек инжектора. Надежность определяется временем безотказной работы установки. Ремонтопригодность установки должна создавать возможность реставрации или замены отдельных быстроизнашивающихся деталей или узлов непосредственно в промысловых условиях.
1.5.4 Требования к унификации.
Унифицируются узлы, сложные в кинематическом отношении: пульты управления, элементы оборудования кабин операторов и прежде всего элементы гидропривода - гидронасосы, гидромоторы, гидроманипулятор, силовые цилиндры, управляющая и регулирующая аппаратура.
1.5.5 Требования к безопасности.
Эксплуатацию мобильной установки необходимо выполнять в соответствии с «Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденными Госгортехнадзором 01.09.1998г., «Правилами дорожного движения», «Руководством по эксплуатации мобильной установки для капитального ремонта скважин».
1.5.6 Эргономические и эстетические требования.
Эргономические показатели должны обеспечивать максимальную эффективность, безопасность и комфортность труда. Наружные поверхности установки (кроме автомобиля) должны иметь лакокрасочные покрытия. Качество покрытия по внешнему виду должны соответствовать группе У1 по ГОСТ 9.032-74, а по условиям эксплуатации группе У1 по ГОСТ9.104-79. Фактура покрытия – гладкая. Цвет покрытия – желтый (кроме настилов, кабины управления, лестниц, ограждений). Соответственно кабина, настилы, лестницы, ограждения – синий.
1.5.7 Требования к патентной чистоте.
Установка должна обладать патентной чистотой по странам СНГ, США, Англии, Франции, Германии, Японии.
1.5.8 Требования к номенклатуре изделия.
Трубы диаметром 33×4×2000 без кольцевого сварного шва изготавливаются
из стали 08Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72).
1.5.9 Требования к эксплуатации.
Установку эксплуатировать в соответствии с «Руководством по эксплуатации
мобильной установки для капитального ремонта скважины».
1.6. Экономические показатели.
1.6.1 Ориентировочный экономический эффект от применения одной установки 432000 руб.
1.6.2 Срок окупаемости затрат 7 месяцев.
1.6.3 Цена договорная.
1.6.4 Предлагаемая годовая потребность не рассчитывается.
1.7. Стадии и этапы разработки.
1.7.1 Разработка конструкторской документации для изготовления опытной партии установок.
1.7.2 Изготовление и предварительные испытания опытной партии установок.
1.7.3 Приемочные испытания опытной партии установок.
1.7.4 Корректировка конструкторской документации на установочную серию.
4.2 Выбор и расчет основных конструктивных и кинематических параметров инжектора для перемещения колонны гибких труб
Основными параметрами для выбора инжектора являются конструктивные и кинематические параметры. Конструктивные параметры – длина инжектора, площадь контакта плашки с гибкой непрерывной трубой, геометрические размеры приводного вала, геометрические размеры ведущей и натяжной звездочки. Кинематические параметры - скорость перемещения гибкой трубы, усилие прижима, приводной момент ведущей цепи, тяговое усилие. Вышеперечисленные параметры будут являться основанием для произведения дальнейших расчетов [3].
Используя характеристики насоса, гидромотора и приводной звездочки инжетора определяем номинальную и максимальную скорости непрерывной трубы.
Два гидромотора, приводящие в действие цепи инжектора, получают рабочую жидкость от насоса того же типа, что и каждый гидромотор.
Подача насоса
Qф = qкnфK0/1000,
где qк – объем рабочей камеры насоса (qк = 112 см3); nф – фактическая частота вращения вала гидромотора; коэффициента подачи насоса K0 = 0,95.
При nф = 1500 об/мин;
Qф = 11215000,95/1000 = 159,6 л/мин = 9,6 м3/с.
Угловая скорость вращения вала гидромотора:
г = [(Qф/2)Kом1000]/30qк,
где Kом – объемный КПД гидромотора (Kом = 0,95).
Соответственно угловая скорость вращения звездочки инжекторного механизма
г = [(Qф/2)Kом1000]/30iqк,
где i – передаточное отношение редуктора транспортера.
г = [(159,6/2)∙3,14∙0,95∙1000]/30∙24∙112 = 2,95 с-1
Скорость подъема непрерывной трубы
v = гR,
где R – радиус звездочки, которая приводит в действие цепь инжекторного механизма (R = 0,1755 м).
В результате
v = [R(Qф/2)Kом1000]/30iqк.
Скорость перемещения трубы при номинальной частоте вращения вала приводного двигателя
v = 2,95∙0,1755 = 0,518 м/с.
При работе приводного двигателя с максимальной частотой вращения nф = 1800 об/мин
Подача насосов:
Qф = 112∙1800∙0,95/1000 = 192 л/мин = 11,5 м3/с;
Угловая скорость вращения звездочки инжекторного механизма:
г = [(192/2)∙3,14∙0,95∙1000]/30∙24∙112 = 3,5 с-1
Скорость перемещения трубы:
v = 3,5∙0,1755 = 0,61 м/с.
В результате приведенных расчетов получили номинальную скорость перемещения гибкой трубы при частоте вращения приводного вала 1500 об/мин и максимальную при частоте вращения 1800 об/мин.
4.3 Расчет силовых и энергетических параметров инжектора для перемещения колонны гибких труб
Усилие, с которым плашки воздействуют на трубу, однозначно связано с величинами напряжений, возникающих в последней. Для определения максимально допустимого значения усилий проследим взаимосвязь внутренних силовых факторов и внешней нагрузки.
Для оценки напряжений, возникающих в продольных сечениях гибкой трубы, сжатой плашками, рассмотрим картину приложения внешних сил к трубе.
При взаимодействии плашек с трубой в моем случае наружный радиус гибкой трубы равен радиусу кривизны контактной поверхности плашек Rтр.н = Rп = 16,5 мм, что показано на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 - Схема взаимодействия плашек инжектора с гибкой трубой при сжатии трубы равномерно распределенной нагрузкой

Для определения наиболее опасного, с точки зрения прочности трубы, случая взаимодействия плашки с ее поверхностью рассмотрим внутренние силовые факторы (см. рисунок 4.1), возникающие при приложении распределенной нагрузки.
Приложение распределенной нагрузки. Этот случай соответствует соотношению Rтр.н = Rп (см. рисунок 4.1). Значение  характеризует текущую угловую координату продольного сечения, в которой определяется изгибающий момент 0° и 90°, а  – половину угла охвата трубы плашкой [3].

Параметры трубы, мм:      
наружный диаметр dтр.н 25 25 33 33 44 44
толщина стенки тр .......... 2 2 3 3 3,5 3,5
Предел текучести т, МПа  480 700 480 700 480 700
Максимальная сжи¬мающая сила Р1, Н/мм:      
сосредоточенная ............... 87,5 127,5 151 220,2 153,9 224,4
распределенная ................. 222,7 324 383,4 559,2 390 570
Примечание. Предел текучести 480 МПа соответствует малоуглеродистым сталям, а 700 МПа – низколегированным.
Рассмотрим пример расчета напряжений в предположении, что отсутствует давление технологической жидкости во внутренней полости трубы, и на нее нет осевой нагрузки.
Р1 =383,4 МПа
Значение максимальной сжимающей силы Р1 послужит нам как исходное данное при определении максимального тягового усилия инжектора для
перемещения колонны гибких труб.
Величина сжимающей силы P1, особенности приложения которой к трубе характеризует коэффициент Kнагр, может быть найдена из выражения
P1 = Wx1т/KнагрR.
Максимальное усилие, приложенное к единице длины трубы, ограничено и определяется максимально допустимыми нормальными напряжениями, возникающими при изгибе за пределом упругости при образовании пластического шарнира. При расчете деталей транспортера и режимов его работы максимальное сжимающее усилие может быть установлено из условия равенства этих напряжений пределу текучести:
x = т = Mx1/Wx1 = KнагрP1R/Wx1.
Под действием изгибающего момента в продольном сечении гибкой трубы возникают нормальные напряжения, максимальное значение которых определяется следующим образом:
x = Mx1/Wx1,
x = 790,8/1,5 = 527,2 МПа,
где Mx1 = KнагрP1R – максимальное значение изгибающего момента, действующего в поперечном сечении, в расчете на единицу длины трубы (значения максимальных моментов и соответствующих коэффициентов нагружения Kнагр приведены выше);
Wx1 = bтр2тр/6 – момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы, имеющей длину, равную единице (где тр – толщина стенки трубы; bтр – ширина ее поперечного сечения, в рассматриваемом случае b = 1).
Wx1 = 1∙32/6 = 1,5 мм2
Максимальный изгибающий момент при приложении распределенной нагрузки:
М = 0,125∙Р∙ Rтр.н
М = 0,125∙383,4∙16,5 = 790,8 Н∙м
4.4 Определение тягового усилия инжектора для перемещения колонны гибких труб
Максимальное тяговое усилие Qmax, обеспечиваемое транспортером без проскальзывания плашек относительно гибкой трубы, определяется силой трения, действующей между ними, т.е. Qmax = Fтр.
При плоских поверхностях величину силы трения вычисляют по известной формуле
Fтр = kP,
где k – коэффициент трения между плашкой и гибкой трубой; P – усилие прижима плашки к трубе.
Однако использовать приведенную зависимость нельзя, так как контактная поверхность имеет цилиндрическую форму.
Определим силу трения, возникающую между трубой и плашкой на цилиндрической поверхности контакта (рисунок 4.2).








Рисунок 4.2 - Расчетная схема приложения нагрузки

Элементарная сила q, приложенная к площадке dl длиной, равной единице, может быть разложена на две составляющие: нормальную к поверхности трубы qn() и распирающую плашку qr(). Сила qn() обеспечивает создание силы трения dFтр, действующей в плоскости, перпендикулярной рассматриваемому сечению. Сила qr() должна быть учтена при прочностном расчете плашки.
В практических расчетах удобнее вычислять силу трения, обеспечиваемую
парой плашек, прижатых к трубе с двух противоположных сторон. В результате значение силы трения должно быть удвоено:
Fтр1 = 4qkRтр.нhln[(1/сosmax) + tgmax]
Величина распределенной нагрузки q может быть определена как
q = P/hb = P/Rтр.нh2sinmax.
После подстановки получим:
Fтр1 = 2Pkln[(1/сosmax) + tgmax]/sinmax.
Fтр1 = 2∙383,4∙0,2∙ln[(1/cos85) + tg85]/sin85 = 338,4 Н
Максимальное тяговое усилие Qmax, создаваемое транспортером при перемещении трубы, определяется суммой сил трения, создаваемых плашками, находящимися в контакте с поверхностью трубы, т.е.
Qmax = Fтрn,
где n – число пар плашек.
Если усилие прижима плашек к трубе одинаковое, то максимальное тяговое усилие может быть рассчитано по формуле
Qmax = 2Pmaxkфn.
Определим число пар плашек, необходимых для обеспечения тягового усилия 60 кН при диаметре гибкой трубы 33мм.
Минимальные прочностные характеристики взяты для труб, изготавливаемых из стали 10ГМФ, т = 400 МПа. Момент сопротивления изгибу пластический при толщине стенки тр = 3 мм, Wx1 = 1,5 мм3. Картина приложения нагрузки характеризуется коэффициентом - Kнагр = 0,125. Радиус нейтрального слоя R = 16,5 мм.
P1 = Wx1т/KнагрRтр.н = (1,5400)/(0,12516,5) = 291 МПа.
При высоте плашки h = 40 мм общее усилие будет равно:
Pmaxmin = P1h = 29140 = 11640 Н.
Угол охвата трубы плашки исходя из конструктивных соображений может быть обеспечен равным 80, что соответствует значению коэффициента ф = 2,24. Приняв коэффициент трения k = 0,2, определим минимальное число пар плашек:
n = Qmax/2Pmaxminkф = 60000/(2116400,22,24) = 5,57.
Полученное значение следует округлить до целого числа в сторону увеличения, т.е. n = 6.
4.5 Расчет режима работы гидропривода инжектора для перемещения колонны гибких труб
Усилие, развиваемое инжектором, при работе двух гидромоторов при их номинальном давлении
P = 2Мкр.ном/R,
P = 2∙8208/0,1755 = 94 кН,
где Мкр.ном – крутящий момент на валу каждой из ведущих звездочек инжектора; R – радиус звездочки (R = 0,1755 м).
Момент:
Мкр.ном = Мг.м.номi,
где Мг.м.ном – крутящий момент, развиваемый гидромотором, при номинальном давлении, i – передаточное число редуктора, установленного между гидромотором и звездочкой (i = 24).
Мкр.ном = 342∙24 = 8208 Н∙м,
Аналогичные зависимости имеют место и для страгивающего момента. Окончательно усилие, развиваемое инжектором при постоянном движении (при номинальном режиме работы гидромотора),
P = 2Мг.м.номi/R = 234224/0,1755 = 93,5 кН.
Усилие, действующее на гибкую трубу при страгивании,
P = 2Мг.м.стрi/R = 225824/0,1755 = 70,6 кН.
По произведенным выше расчетам, выбираем гидромотор типа НШ-3102.112, технические характеристики которого следующие [3]:
объем рабочей камеры – 112 см3;
номинальная частота вращения вала – 1500 об/мин;
номинальный расход жидкости – 175 л/мин;
крутящий момент гидромотора: номинальный – 342 Н,
      страгивания – 258 Н;
номинальный перепад давления для гидромотра – 20 МПа;
номинальная мощность насоса -58,4 кВт;
КПД гидромотора – 92%;
КПД в номинальном режиме насоса – 91%.
Две бесконечные цепи инжектора приводятся в действие гидромоторами типа НШ-3102.112 через планетарные редукторы. В гидросистеме установки использованы гидрораспределители РМП20ЕКДТА2, фильтры Реготмас 630-1-06.

Рисунок 4.3 - Гидропривод инжектора
Привод цепей инжектора (рисунок 4.3) обеспечивается двумя реверсивными гидромоторами М4 и М5, для идентичного вращения которых имеется синхронизирующая шестеренчатая передача.
Для предотвращения самопроизвольного перемещения цепей инжектора вниз служит тормозной клапан КТ. Включение и изменение направления вращения гидромоторов осуществляется двумя параллельно включенными распределителями Р6 и Р7 с электрогидравлическим управлением, которое принято для повышения надежности их работы в условиях низких температур окружающего воздуха.
Для соединения шлангов гидросистемы инжектора с трубопроводами гидросистемы агрегата использованы гидравлические разъемы РГ2, РГ3, РГ10, РГ11.
Питание исполнительных органов гидропривода инжектора осуществляется насосами НА3 и НА4 через систему регулирования скорости инжектора.
4.6 Расчет на прочность основных элементов инжектора
Основной нагрузкой на вал является сила от цепных передач. Силы на валы передают через установленные на них детали. Под действием постоянных по значению и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу.
Выполняют расчеты валов на статическую прочность и на сопротивление усталости. В расчете на статическую прочность определяют нормальные σ и касательные τ напряжения в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:
"σ=" (〖"10" 〗^"3" "∙" M_max)/W+F_max/A;
"τ=" (〖"10" 〗^"3" "∙" M_(k max))/〖Wk〗_ ;
где Mmax – суммарный изгибающий момент, Н∙м;
Mк max – крутящий момент, Н∙м;
Fmax = 0 – осевая сила, Н;
W и Wк – моменты сопротивления сечения вала при расчете на изгиб и кручение, мм3;
А – площадь поперечного сечения, мм2.
Моменты сопротивления W при изгибе и Wк при кручении и площадь А вычисляют по сечению для вала со шпоночным пазом:
W=(π∙d^3)/32-(b∙h∙〖(2∙d-h)〗^2)/16d;
W_к=(π∙d^3)/16-(b∙h∙〖(2∙d-h)〗^2)/16d;
A=(π∙d^2)/4-(b∙h)/2;
где d - диаметр вала, мм;
b - ширина шпоночного паза, мм;
h - высота шпоночного паза, мм.
Подставим численные значения в формулы:
W=(3,14∙〖85〗^3)/32-(25∙14∙〖(2∙85-14)〗^2)/(16∙85)=53998 мм^3;
W=(3,14∙〖85〗^3)/16-(25∙14∙〖(2∙85-14)〗^2)/(16∙85)=114259 мм^3;
A=(3,14∙〖85〗^2)/4-(14∙25)/2=5497 мм^2;
"σ=" (〖"10" 〗^"3" "∙" 7320)/53998=136 МПа;
"τ=" (〖"10" 〗^"3" "∙" 8208)/〖114259〗_ =72 МПа;
Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
S_Tσ=σ_T/σ;
S_Tτ=τ_T/τ;
Пределы текучести для стали 45: σТ = 540 МПа; τТ = 290 МПа
S_Tσ=540/136=3,9;
S_Tτ=290/72=4;
Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений
S_T=(S_Tσ∙S_Tτ)/√(S_Tσ^2+S_Tτ^2 );
S_T=(3,9∙4)/√(〖3,9〗^2+4^2 )=2,8
Статическая прочность обеспечена, так как ST > [ST], где [ST] = 1,3…2 – минимально допустимое значение общего коэффициента запаса прочности по текучести [6].
4.7 Расчет вала на сопротивление усталости
Вычислим значения общего коэффициента запаса прочности в сечении I-I (рисунок 4.4).
I-I

Рисунок 4.4 - Схема вала
Определим амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла:
σ_a1=σ_и1=(〖10〗^3∙M_1)/W_1 =(〖10〗^3∙7320)/53998=60 МПа;
τ_a1=τ_K1/2=(〖10〗^3∙M_K1)/W_K1 =(〖10〗^3∙8208)/(2∙114259)=35,9 МПа;
τ_m1=τ_a1=35,9 МПа.
Звездочка установлена на валу при помощи шпонки. Поэтому концентратор напряжений – шпоночный паз. По табл. 10.13 [6] имеем: Kσ/Kdσ = 3,45; Kτ/Kdτ = 2,1. Посадочную поверхность вала под звездочку шлифуют (Ra = 0,8 мкм); KFσ = 0,95; KFτ = 0,99 (см. табл. 10,8 [6]). Поверхность вала – без упрочнения: KV = 1(см. табл. 10,9 [6]).
Коэффициенты снижения предела выносливости:
K_σD=((K_σ/K_dσ +1/K_Fσ -1))/K_V =((3,45+1/0,95-1))/1=3,5;
K_τD=((2,1+1/0,99-1))/1=2,1.
Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении:
σ_(-1D)=σ_(-1)/K_σD =360/3,5=103 МПа;
τ_(-1D)=τ_(-1)/K_τD =200/2,1=95 МПа;
Коэффициент влияния ассимметрии цикла:
ψ_τD=ψ_τ/K_τD =0,09/2,1=0,043.
Коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям:
S_σ=σ_(-1D)/σ_a1 =103/60=1,7;
S_τ=τ_(-1D)/((τ_a1+ψ_τD+τ_m1 ) )=95/((35,9+0,043+35,9) )=2,5.
Коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении:
S=(s_σ∙s_τ)/√(s_σ^2+s_τ^2 )=(1,7∙2,5)/√(〖1,7〗^2+〖2,5〗^2 )=1,4.
Сопротивление усталости вала в сечении I-I обеспечено, так как S>[S] = 1,3 [6].
4.8 Определение емкости барабана для намотки колонны гибких труб
Емкость барабана определяется его габаритами и диаметром гибкой трубы, наматываемой на него. Габариты барабана – внутренний Dб.в и наружный Dб.н диаметры, длина рабочей части Lб.
При проектировании внутренний диаметр барабана устанавливают, исходя из опыта эксплуатации аналогичных установок, обычно Dб.в = 1700 мм, наружный диаметр принят из конструктивных соображений – возможности установки барабана на конкретное автомобильное шасси – Dб.н = 1900  2400 мм, длина рабочей части барабана Lб = 1200 мм.
Число рядов труб, наматываемых на барабан, определяют по формуле
Z = (Dб.н – Dб.в)/2dтр;
Z = (2100 – 1700)/233 = 6.
Число витков трубы, намотанной на барабан в одном ряду,
i = [Lб/(dтр + as)] – 1,
где as – сумма допуска на овальность трубы и зазора между трубами (as = 1 мм),
отсюда
i = [1200/(33 + 1)] – 1 = 35.
Емкость барабана рассчитывают по формуле
L = iZ(Dб.в + dтрZ) = 3,14356(1700 + 336) = 1252 м.
Масса трубы, намотанной на барабан,
mтр = Lqтр,
где qтр – масса 1 м трубы.
Для 1 м трубы при ее диаметре 33 мм и толщине стенки 3 мм qтр = 2,808 кг.
Для трубы диаметрами 33 мм ее масса соответственно будет
mтр = 12522,808 = 3516 кг.
4.9 Силовой расчет барабана для намотки колонны гибких труб
При наматывании гибкой трубы на барабан его привод должен обеспечивать крутящий момент, который способствовал бы протяжке трубы от транспортера к каретке укладчика и намотке на барабан.
В процессе протяжки трубы происходит ее пластическое деформирование. Максимальный изгибающий момент, необходимый для образования пластического шарнира, определяют по формуле [3]:
Mxmax = тWxпл,
где Wxпл = (d3тр.н – d3тр.в)/6  d2тр.нтр.
Здесь Wхпл – момент сопротивления пластический.
Значения изгибающих моментов при образовании пластического шарнира для нескольких диаметров труб могут быть следующие:

Параметры трубы:      
Наружный диаметр dтр.н ,мм 25 25 33 33 44 44
Толщина стенки тр , мм 2 2 3 3 3,5 3,5
Момент сопротивления пластический Wх пл, мм3 
1250 
1250 
3267 
3267 
6776 
6776
Предел текучести т, МПа 480 700 480 700 480 700
Максимальный изгибающий момент Mx max, Нм 
600 
875 
1568 
2280 
3252 
4743
Крутящий момент барабана Мб, Нм  3267 4764 8537 12410 17705 25823


Рисунок 4.5 - Картина деформаций в поперечном сечении гибкой трубы
Для обеспечения изгиба трубы при огибании ею криволинейного элемента радиусом R тяговое усилие должно быть равным Pт = Мх.пл/R (рисунок 4.5).
Таким образом, максимальный крутящий момент, приложенный к барабану при намотке витков гибкой трубы на максимальный диаметр,
Mб = Мхпл + m(Dб/2)Мхпл/R = Мхпл(1 + mR2/Dб),
где m – число изгибов трубы.
Подставив значения для рассматриваемого агрегата при использовании гибкой трубы диаметром 33 мм (Мхпл = 3267 мм3, Dб = 1700 мм, R = 1 м и ее изгибе при транспортировании в двух плоскостях (m = 3), получим
Mб = 1568[(1 + 310002)/1700] = 5535 Нм.
Для привода барабана применяют гидромотор, вращающий вал барабана через планетарный редуктор. Гидромотор и редуктор унифицированы с аналогичными
узлами, используемыми в транспортере:
Mб = Мг.м.стрiмех = 258350,8 = 7224 Нм,
где мех – КПД редуктора; Мг.м.стр – страгивающий момент, развиваемый гидромотором.
Таким образом, привод барабана, конструкция которого использована в агрегате, обеспечивает наматывание трубы диаметром 33 мм в режиме страгивания и тем более, если этот процесс осуществляется равномерно.
Максимальный крутящий момент, который может быть приложен к барабану при намотке трубы, определим из условия, что максимальные напряжения, возникающие в поперечном сечении последней, не должны превышать предела прочности в. Максимальные напряжения max в поперечном сечении трубы равны сумме напряжений и, обусловленных изгибом трубы, и н, вызванных усилием натяжения трубы Pн:
max = и + н.
Напряжения max = в, и = т, н = Pн/f.
Таким образом,
в = т + Pн/f,
где f – площадь поперечного сечения тела трубы (при dтр = 33 мм f = 2,12 см2).
Максимальное допускаемое усилие натяжения гибкой трубы, сбегающей с барабана,
Pн = (в – т)f,
для трубы с dтр = 33 мм Pн = 36 480 Н.
Максимальный момент, развиваемый барабаном при движении трубы, определяется величиной крутящего момента, создаваемого приводным гидромотором (Мг.м.ном = 342 Нм),
Mб = 342350,8 = 9576 Нм.
Максимальное усилие натяжения трубы Рmax развивается при ее наматывании на минимальный радиус барабана. В рассматриваемом случае Rmin = 0,8 м.
Pmax = Mб/Rбmin = 9576/0,8 = 11970 Н.
Коэффициент запаса при работе в этом режиме будет равен Pн/Pmax = 36480/11970 = 3. Таким образом, условие прочности для трубы, изготовленной из наименее прочного материала, выполняется [4].


Размер файла: 206,5 Кбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

    Скачано: 3         Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.