Расчетная часть-Расчет трубозажимного устройства системы верхнего привода СВП: Расчет на прочность, Оценка технологичности конструкции-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет трубозажимного устройства системы верхнего привода СВП: Расчет на прочность, Оценка технологичности конструкции-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

5 Техническое предложение

Суть модернизации заключается в упрощении конструкции трубозажимного устройства, что будет способствовать уменьшению монтажа и демонтажа конструкции и времени простоя буровой. Это достигается изменением крепления плашки к цилиндру зажима. Если раньше для этой операции необходимо было прижимать стопорный болт стопорной пластиной, которая крепилась к плашке при помощи двух болтов, то теперь на стопрном болте и в отверстии под этот болт будет накручена резьба следующим образом: в плаше на расстояние от верха отверстия до его пересечения с отверстием под цилиндр зажима; в стопорном болте от шляпки на расстояние, равное длине резьбы в плашке. Так же в новом стопорном болте делается отверстие под шестигранник, для удобства монтажа и заменяется прочность стали на более высокую, повышая тем самым срок службы детали. Новый стопорный болт заказывается на заводе.














6 Расчетная часть
6.1 Расчет на прочность.

Расчёт будем производить на основе двух условий: условия прочности соединения и условия плотности соединяемого стыка. Разрушение соединения происходит, как правило, в виде среза или смятия витков резьбы, а также в виде разрушения болтов по резьбовой части и по сечению под головкой болта.
Обеспечение герметичности соединения, нераскрытия стыка, а также неподвижности соединения с установленными с зазором болтами достигается предварительной затяжкой болта. Порядок расчёта такого соединения будет следующий:
1 Определим силы, действующие на болт. Эти силы зависят от конструкции соединения, характера его нагружения и назначения. Действующая на болт сила Fб может быть разложена на две составляющие: возникающую от внешней силы Fа и обусловленную затяжкой болта Fз:

Fб = Fа + Fз, (1)

Составляющая от внешней силы, действующая на болт нагруженного перпендикулярно плоскости стыка силой F соединения (сила проходит через центр тяжести стыка), определяется по формуле:

Fa = F/z, (2)

где z-число болтов соединения. Сила Fa в этом случае проходит по оси болта.
При нагружении соединений силой F, лежащей в плоскости стыка и проходящей через центр его тяжести, составляющая от внешней силы, приходящаяся на устанавливаемый без зазора болт и нагружающая его на срез, определяется по той же формуле. В случае же постановки болта с зазором сдвигающая соединение внешняя сила должна уравновешиваться силами трения в стыке, которые обеспечиваются предварительной затяжкой болта с силой:
Fз= F К/ (i f), (3)

где i - число стыков, стягиваемых винтами, f- расчётный коэффициент трения в стыке. При сухом трении стальных поверхностей f= 0,1 - 0,15, при наличии масляной плёнки f= 0,06; К=1,2 - 1,5 - коэффициент запаса сцепления.
2 Проверим на прочность болт действующего соединения. При нагружении болта осевой силой Fб условие прочности имеет вид:

  , (4)

где d1-внутренний диаметр резьбы; -допускаемое напряжение при растяжении; = /[S], где -предел текучести материала болта; [S]- требуемый коэффициент запаса прочности, [S]=1,6-3,0 для резьб малого диаметра (до 10 мм), [S]=4,0 - 6,5 для резьб диаметром свыше 10 мм.
С учётом крутящего момента затяжки условие прочности выражается неравенством:

  , (5)

При проектном расчёте соединения определяют диаметр d1:

  , (6)

или с учётом затяжки:

  , (7)

После этого по таблице подбирем стандартную резьбу с ближайшим к d1 значением внутреннего диаметра.
Если соединение нагружено силой или моментом, действующим в плоскости стыка, а болт соединен без зазора, условие прочности имеет вид:

  , (8)

где -расчётные напряжения среза болта; -допускаемое напряжение среза материала болта, = (0,2 ... 0,3) , i- число плоскостей среза; d0-диаметр ненарезной части болта.
Проектный расчёт ведем по формуле:

  , (9)

после чего по таблице подбираем болт стандартных размеров.
Если соединение выполнено не из стандартных изделий или в резьбовом соединении резьба нарезана непосредственно на соединяемых деталях, необходимо проверить на прочность витки резьбы.
Определим прочность резьбы на срез:

  , (10)

Определим прочность резьбы на смятие:

, (11)

где Fб -осевая нагрузка на болт; d1- внутренний диаметр резьбы болта; n-число витков резьбы, воспринимающих нагрузку, k- коэффициент полноты использования резьбы на срез, k= 0,75, р- шаг резьбы; d- внешний диаметр резьбы, - допускаемое напряжение на срез,

= 0,15-0,2 , (12)

3 Вносим исправления, если проверка дала отрицательный результат:
увеличиваем диаметр, выбираем материал болта с более высокими механическими характеристиками, вводим в конструкцию различные разгрузочные устройства (когда сила направлена перпендикулярно оси болта).
4 Определяем требуемый момент силы, прилагаемый к головке болта при затяжке:

Т = Тз + Ттр, (13)

где Тз-момент, необходимый для создания силы затяжки и преодоления трения в резьбе:

  , (14)

где Fз - требуемая сила затяжки; d2- cредний диаметр резьбы; - угол трения в резьбе, = 6...10°; -угол подъёма резьбы; Ттр- вращающий момент, необходимый для преодоления трения на опорной поверхности гайки или головки болта,

Ттр=f0 Fз d2, (15)

где f0- коэффициент трения на опорной поверхности гайки или головки болта
6.2 Оценка технологичности конструкции

Трудоёмкость, достигаемая при проектной массе нового изделия:

, (19)


где Ма1- масса базовой плашки, Ма2 – масса модернизированной плашки,
q- трудоемкость, нормо- час/кг, массы изделия, q = 1,2.

,


Тогда как трудоемкость аналога составляет:




Материалоемкость изделия:

(20)
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.

(21)

(22)


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


(23)