Расчетная часть-Колтюбинговая установка МК-20-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Колтюбинговая установка МК-20-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

5 Техническое предложение

На основе патентно-информационного поиска мы приняли решение вы-полнить следующую модеранизацию:

5.1 Установить на установку «МК20Т» кран-манипулятор, грузо-подъемностью не менее 5 тонн на вылете 3м и вылетом стрелы не менее 12м

Из существующих фирм-производителей кранов-манипуляторов, мы выбрали «ЗАО ИНМАН» - ведущее предприятие в России по производству крано-манипуляторных установок.
Гидроманипуляторы производства ЗАО «ИНМАН» имеют современную конструкцию с Z-образным складыванием, что позволяет производить монтаж КМУ на различные транспортные средства: автомобили, тракторы, болото-ходы и пр., а также устанавливать их на фундамент и металлоконструкции. В целях увеличения надежности и долговечности работы вся гидравлика ком-плектуется элементами ведущих мировых производителей, а металлокон-струкции выполнены из высококачественной стали, в т.ч. и импортной.
В зависимости от пожелания заказчика управление КМУ может осу-ществляться с сидения на колонне или с земли, причем управление дублиро-вано, так что оператор может находиться с удобной стороны автомобиля. В последнее время все больший спрос приобретает дистанционное управление, увеличение цены от использования которого уже незначительно.
Все стрелы имеют 6-гранный профиль, что увеличивает их жесткость, позволяет легко центрировать их при телескопировании, обеспечивает прямо-линейность движения при выдвижении.
При минимальных размерах в транспортном положении за счет приме-нения телескопических стрел возможно обеспечить максимальный вылет в ра-бочем состоянии до 18,0 м. Количество телескопических секций, выдвигаемых гидроцилиндрами, может достигать 4.
Использование в гидравлике пропорциональных распределителей обес-печило плавную, надежную работу с регулированием скорости движения и точным позиционированием. Это позволяет использовать краны-манипуляторы производства ЗАО «ИНМАН» не только при погрузке-разгрузке, но и при монтажных работах [11].
Для проведения всех технологических операций нам понадобится уста-новка ИМ 180-05.



Рисунок 16 – Кран-манипулятор «ИНМАН 180-05»



Рисунок 17 – кран манипулятор ИМ 180-05 при макисмальном вылете стрелы 14,6м

Технические характеристики: 
 
1.Количество гидравлических выдвижных секций  5 шт.
2.Грузовой момент       17,20 т∙м
3.Максимальная грузоподъемность     5 730 кг
4.Грузоподъемность на максимальном вылете   870 кг
5. Максимальный вылет стрелы     14,60 м
6. Рабочая температура окружающей среды, С   -40 ... +40
7. Максимальная высота подъема     16,30 м
8. Максимальная глубина опускания    4,70 м
9. Способ управления Гидравли-ческий
10. Рабочее давление, МПа 28
11. Место управления       С сиденья, ДУ
12. Транспортное положение опор     Вверх
13. Тип выдвижных опор      Гидравлические
14. База опор        5 660 мм
15. Масса без гидронасоса и рабочей жидкости   3 155 кг
16. Размер по осям шпилек      824 мм
17. Размер для монтажа на раме     1060 мм

При монтаже установки «МК20Т» на скважине, оптимальным расстоя-нием от кормы до устья скважины являются 3-5м. Масса транспортера уста-новки «МК20Т» составляет 2 870кг. Исходя из грузовой характеристики кра-на-манипулятора ИМ180-05, видно, что выбранный нами кран-манипулятор подходит для выполнения основной своей функции – установки транспортера на выстоту до 12 м при вылете стрелы 5м.
Кран-манипулятор монтируем на свесе рамы, специальный комплект для этого предоставляет завод-изготовитель. Максимальная масса, перевози-мая тягачем МКЗТ-652712, на котором смонтировано колтюбинговое обору-дование составляет 29 500кг. Масса самого же оборудования составляет 22-24т, следовательно, установка на раму крана-манипулятора, весом 3 155кг не повлечет за собой привышения максимально допустимой грузоподъемности тягача. В транспортном положении кран-манипулятор Z-образно складывает-ся и занимает минимальные габариты. Длинна шасси после монтажа крана-манипулятора увеличивается на 1060мм, что не повлияет на проходимость установки.
Питание крана-манипулятора гидравлическое, необходимая мощность – 25МПа. Во время его работы, не используются основные потребители энергии – барабан и транспортер, следовательно можно не устанавливать индивиду-альный гидронасос, а подключить кран-манипулятор к штатной гидросистеме устновки «МК20Т».
Рассчитаем ветровую нагрузку на стрелу крана-манипулятора при мак-симальном вылете:
Распределенную ветровую нагрузку р на единицу расчетной площади элемента конструкции или груза в данной зоне высоты следует определять по формуле

p = q∙k∙c∙n,

где q=125 Па - динамическое давление ветра,

k=1,15 - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте,

с=2,1 - коэффициент аэродинамической силы,

п=1,1 - коэффициент перегрузки.

p=125∙1,15∙2,11,1=332,06 Па.

Допустимая ветровая нагрузка в нашем регионе : р=450 Па, следова-тельно работать с краном-манипулятором можно без риска его опрокидыва-ния и падения.




Рисунок 18 – Грузовая характеристика крана-манипулятора «ИМ180-05»






5.2 Перенести кабину оператора в более удобную зону, путем снятия кабины с шасси и установки ее на раму с выдвижными ногами-домкратами, сбоку, напротив барабана

При установке кабины сбоку, необходимо спроектировать выносную раму, на которой будут установлены специальные ноги-домкраты, с возмож-ностью регулирования каждой ноги по высоте, для регулировки уровня уста-новки. Масса устанавливаемой на раму кабины составляет 540кг.
Проектирование рамы проведем в 3 этапа:
1. Проектирование сварной рамы
2. Проектирование специальных ног-домкратов
3. Сборка рамы и расчет крепежных элементов

5.2.1 Проектирование сварной рамы

Сваривать раму будем из стальных уголков равнополочных горячека-таных по ГОСТ 8509-93 и стальных гнутых равнополочных швеллеров по ГОСТ 8278-83, по размерам необходимым для укрепления на раме кабины оператора. На раме установливаем уровнемеры для регулировки горизон-тальности рамы в рабочем положении.


Рисунок 19 – Рама сварная
На рисунке 19 изображна спроектированная рама. Материал прокатно-го профиля – Ст3 по ГОСТ 380-88. При ее сварке применяются тавровые сварные швы, угловые, а также швы внахлест.

Габаритные размеры рамы:
-ширина 2000м
-длина 1870мм
-высота 315мм
-масса 440кг

Расчет сварных швов:

Произведем расчет необходимой длины сварочных швов крепления опорных швеллеров к площадке рамы кабины оператора.
В качестве статических нагрузок на каждый опорный швеллер примем вес кабины оператора и массу площадки рамы:

Р=540+205=745кг,
Высота шва (катет шва) h=5 мм.


Условие прочности флангового шва:

,

где - усилие , действующие на шов; - длина шва; - наименьшая шири-на площадки среза; - допускаемое напряжение на срез [4].
Необходимая длина сварочного шва:



Допускаемые напряжения для шва в зависимости от типа электро-дов составляют обычно от 50% до 70% допускаемых напряжений на растяже-ние основного (свариваемого) металла.
Данные на сварочный шов, выполненный электродами Э42А по ГОСТ 9467-75, допускаемое напряжение на срез = 110 МПа.
Сжимающее усилие действующее на шов принимаем:

Р= 745кг = 7308,45Н,

м.

Для обеспечания необходимой прочности и жесткости рамы используе-мый швеллер 120х85х85 приварим к основанию рамы десятью швами, дли-ной 18мм.


Расчет швеллера на сжатие:

Расчет швеллера на сжатие произведем из условия прочности на сжатие:

,

где - допустимое напряжения на сжатие Стали 3, равное 160 МПа.



где N – нагрузка на один швеллер, Н, А – площадь поперечного сечения вы-браного швеллера, в см2.

Мпа.

Условие прочности на сжатие выполняется.






5.2.2 Проектирование специальных ног-домкратов


Рисунок 20 – Ноги-домкраты

Для удобства работы оператора установки, кабина должна находиться на уровне 1-1,5 метра над землей, строго параллельно ей. Поставленную за-дачу решаем спроектировав специальные ноги-домкраты, состоящие из направляющих ног, выдвижной ноги, опоры и устройства регулировки высо-ты каждой ноги.
Шпильки для соединения направляющей и выдвижной ноги крепятся це-пью к специальному кольцу на регулирующей гайке.



1 – Нога-направляющая, 2 – перекладина, 3 – регулирующая гайка, 4 – ось, 5 – ручка, 6 – шпилька, 7 – нога выдвижная, 8 - опора.
Рисунок 21 – Специальная нога-домкрат



5.2.3 Сборка и расчет крепежных элементов

Сборку рамы кабины оператора осуществляем путем соединения свар-ной рамы и специальных ног-домкратов осями, которые стопорятся шплинта-ми с внутренней стороны рамы. На перекладину ноги-домкрата монтируется лестница. По ней оператор установки поднимается в кабину.
После сборки ноги-домкраты должны вращаться вокруг осей свободно. Выдвижная часть домкрата должна перемещаться свободно, от руки.
В транспортном положении с ног-домкратов снимаются опоры, регули-рующие гайки. После чего ноги поднимаются вверх и крепятся на сварной раме шпильками.


Рисунок 22 – Рама кабины оператора в сборе


Рисунок 23 – Рама кабины оператора в транспортном положении


Рассчет шпилек устройства домкрата на срез
Произведем расчет на срез шпильки устройства-домкрата выдвижных ног.
В креплении используем 4 шпильки, материал Ст.З . Число соединений - 4шт.
Общая нагрузка, воспиринимаемая шпильками складывается из веса рамы и веса кабины оператора:

P=540+490=1030кг=10104,3Н,

Шпильки расположены по периметру рамы равномерно. Это позволяет сделать расчет из условия , что на каждое i - тое соединение действует среза-ющая сила:

Н,

Предел прочности для стали марки Ст.3 - Мпа,
Следовательно:


МПа,

Условие прочности болта на срез:

,

Тогда:

м,

Рассчитаем диаметр шпильки с учетом коэфициэнта запаса

d=0,00531∙3=0,01593мм,

Примем d=0,016м=16мм.