Расчетная часть-Расчет тормозной системы системы верхнего привода СВП: Расчет болтового соединения на срез, Расчет вала, 5.3 Оценка технологичности конструкции, Определение вероятности безотказной работы-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для б

Расчетная часть-Расчет тормозной системы системы верхнего привода СВП: Расчет болтового соединения на срез, Расчет вала, 5.3 Оценка технологичности конструкции, Определение вероятности безотказной работы-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Техническое предложение

Заключается в модернизации тормозной системы верхнего привода, установленной на электродвигателе. Тормоза состоят из 5 суппортов и тормозного диска. Недостаток базовой конструкции заключается в том, что в процессе износа тормозные колодки нужно менять, для этого приходится разбирать всю тормозную систему, что занимает много времени из-за демонтажа деталей, не нуждающихся в замене.
В результате модернизации будет увеличен вал электродвигателя, а тормозные суппорты установлены на дистанционные катушки. Теперь для замены изношенных деталей суппорта не потребуется разбирать весь узел.

5 Расчетная часть

5.1 Расчет болтового соединения на срез

Тормозные суппорты крепятся к пластине болтами, которые должны выдерживать величину крутящего момента, передаваемого от электродвигателя к бурильной колонне.
Следует учесть, что характер нагрузок является непостоянным, так как болтовое соединение может испытывать только переменные нагрузки - нагрузки, возникающие в процессе торможения, когда суппорты прижимаются к тормозному диску.


Рисунок 22 - Болтовое соединение без зазора

Все необходимые для расчета данные найдем в справочнике В.И.Анурьева «Справочник Конструктора-Машиностроителя» [7] и сведем их в таблицу 3.




Таблица 3 – Данные для расчета болтового соединения
Данные Значение
Марка стали 35Н
Максимальная нагрузка на болт F, кН  12
Вид нагрузки Переменная
Допускаемое напряжение на срез [τ_ср ], МПа 75
Допускаемое напряжение на смятие [σ_см ], МПа 200

Произведем расчет диаметра резьбы болта на срез:

  ,  (1)

мм

Ближайший больший размер болта выберем из ряда стандартных размеров, с учетом запаса ([6] гл.6 табл.5).
Выбираем болт диаметром 24 мм.
На смятие болт рассчитывают по формуле:

   (2)

где h - высота участка смятия, мм.


5.2 Расчет вала

Вал рассчитываем, ориентируясь на размеры нового вала по методике, приведенной в [3].
Чертеж вала показан на листе 7 дипломного проекта.
Материал вала – сталь марки 30XГСА, термообработка—до твердости НВ 220—250; механические свойства: предел прочности на растяжение-сжатие σв = 780 МПа; предел прочности на кручение τв = 650МПа.
Приведем подробно расчет для участка, который был увеличен в длинне на 40мм.
Диаметр вала в сечении равен 144 мм.
Определяем экваториальный момент сопротивления сечения

(3)

где Кх - коэффициент ослабления сечения.
Кх=3,0 как для цельного вала [3].



Определяем полярный момент сопротивления сечения

(4)

где К0- коэффициент ослабления сечения.
К0=3,0 как для цельного вала [3].


Рисунок 23 –Схема нагружения вала и эпюры изгибающих моментов

Номинальные напряжения изгиба, МПа

(5)
(6)

(7)



где N- мощность электродвигателя, кВт.
- угловая скорость, с-1.





На концах вала действует нагрузка-окружная сила, рассчитаем ее в зависимости от Ми, кН:
(8)

где dв- диаметр вала, м.


Номинальные напряжения кручения, МПа
Крутящий момент в расчетах принимаем равный максимальному крутящему моменту элекртродвигателя, так как бурение ведется в условиях твердых пород при средних оборотах двигателя.

(9)


Запас прочности при изгибе

(10)


Запас прочности при кручении

(11)


Общий запас на статическую прочность

(12)


Допускаемый запас прочности найдем по ([3], табл. 2П) [S]=3,2.
Принимаем цикл напряжений изгиба симметричным, тогда амплитуда напряжений при изгибе, σ=152,5 МПа, среднее напряжение σm=0.
Принимаем цикл напряжений кручения асимметричным, тогда амплитуда напряжений при кручении τ/2=33,85 МПа, среднее напряжение τm=τ/2=33,85МПа.
Коэффициент концентрации напряжений при изгибе Кσ от влияния напрессовки Кσ=6,15([3], табл. III.1). Принимаем Кσ = 6,15.
Коэффициент концентрации напряжений при кручении Кτ 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 (10)


– при кручении (11)


Предел выносливости стали марки 30ХГСА по ([3], табл. III.5):
– при изгибе, МПа:
(12)


– при кручении, МПа:
(13)


 Оценка технологичности конструкции

Трудоёмкость, достигаемая при проектной массе нового изделия:

(14)

где Ма1=2529 кг – масса базового вала;
Ма2=2574 кг – масса модернизированного вала;
q= 10,2 - трудоемкость, нормо- час/кг, массы изделия.



Тогда как трудоемкость аналога составляет:


Материалоемкость изделия:

(15)

где g– удельная материалоемкость, кг/кг изделия, g = 4,5.

 Определение вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой.

(16)

(17)


где T0 -время работы до отказа, дн;
t -время наблюдения, дн;
λ -интенсивность отказа.