Расчетная часть-Расчет на прочность элеватора ЭТА–П грузоподъемностью 50 т-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет на прочность элеватора ЭТА–П грузоподъемностью 50 т: Расчет параметров контроля серьги элеватора-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

5 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Выбор материала деталей элеватора ЭТА-П

При выборе материала для той или иной детали учитывают характер и величину нагрузки, действующей на деталь, способ изготовления, требования к износостойкости, условии ее эксплуатации и т.д. Особое внимание обращается на обеспечение статической и усталостной прочности, так как сроки службы деталей колеблются от 10 до 25 лет. Для изготовления элеваторов применяют углеродистые качественные конструкционные стали марок 30, 35, 40, 45, 40Х и 40ХН. Их используют в нормализованном состоянии для изготовления деталей, испытывающих сравнительно небольшие напряжения, а после закалки и высокого отпуска – для изготовления более нагруженных деталей. Стали марок 30 и 35 подвергают нормализации с температурой 880 – 900°С; закалку проводят в воде с температурой 860 - 880°С и отпуск при 550 - 660°С. Детали из сталей марок 40 и 45 подвергают нормализации при температуре 860 - 880°С или закалке в воде с температурой 840–860°С с последующим отпуском; температура отпуска назначается в зависимости от требуемых механических свойств.

5.2 Расчет на прочность элеватора ЭТА – П

Произведем расчет на прочность элеватора ЭТА–П грузоподъемностью 50 т (Q=500 кН). По этой же методике можно рассчитать элеватор любого размера.
Расчетная нагрузка
P = Q ∙ K = 500 ∙ 1,25 = 625 кН,
где К – коэффициент, учитывающий динамические усилия и легкие прихваты, К = 1,25



5.2.1 Корпус элеватора. Материал 35ХМЛ

5.2.1.1 Бурт корпуса (рисунок 5.1)

Рассчитываем опорную площадь на действие сминающих, срезывающих и изгибающих напряжений.


Рисунок 5.1 – Бурт корпуса

σсм = , МПа (5.1)
где - площадь действия нагрузки на корпус, мм2.
= , мм2 (5.2)
где - внутренний диаметр бурта корпуса, Д1=132 мм;
- наружный диаметр захвата, Д2=95 мм.
F1=0,59∙(1322 – 952) =4955 мм2
По формуле 5.1:
σсм = = 126 МПа,
Сечение а – а
σср = , МПа (5.3)
где - площадь среза, мм2
, мм2 (5.4)
где h – высота бурта, мм
F2=0,75∙π∙132∙30=9326 мм2..
По формуле 5.3 получаем
σср= =67 МПа.
σизг = , МПа (5.5)
где Мизг – изгибающий момент, Н мм
Мизг = , Н∙мм (5.6)
Wизг – момент сопротивления сечения, мм3
Wизг = , мм3 (5.7)
Мизг = Н∙мм
Wизг = мм3
Подставляя в формулу 5.5 получаем
σизг = = 124 МПа.

5.2.1.2 Проушина корпуса


Рисунок 5.2 – Проушины корпуса

Опасное сечение б-б подвержено растягивающим напряжениям
σсм = , МПа (5.8)
где d – диаметр отверстия под палец, d=35 мм;
е – толщина проушины, е=22 мм.
σсм = = 406 МПа.
Механические характеристики отливки корпуса:
σт = 550 МПа, σв = 700 МПа
[σ] = = 423 МПа;
[σ]ср = [σ]/2 = 432/2 = 212 МПа,
где к – коэффициент запаса, к = 1,3.

5.2.2 Серьга элеватора

Материал 40ХН. Механические характеристики: σт = 785 МПа, σв = 980 МПа.
Серьга (рисунок 5.3) подвержена действию силы давления штропа Р и двух сил Р/2, приложенных к проушинам серьги. Вследствие наличия деформации серьга соприкасается со штропом по длине дуги, измеряемой углом α, а в проушинах серьги появляются горизонтальные распирающие усилия Q. Для определения усилий Q необходимо произвести сложные математические вычисления. Величина угла α и закон распределения давления по дуге, измеряемой углом α и закон распределения давления по дуге, измеряемой углом α, неизвестны. Их теоретическое определение представляет затруднение. Упрощенно рассчитываем серьгу без учета влияния деформаций от действия сил Q.

Рисунок 5.3 – Серьга элеватора

Проушины серьги, опасное сечение а-а
Растягивающие напряжения
σр = , МПа (5.9)
где с – толщина наружной части проушины, с = 17 мм;
d – толщина внутренней части проушины, d = 12 мм;
R – наружный радиус, R = 40 мм
r – внутренний радиус, r = 17,5 мм
σр
Определяем по формуле Ляме наибольшие растягивающие напряжения σр в точке b от сил внутреннего давления (давление пальца).
σр = , МПа (5.10)
где q – интенсивность сил внутреннего давления.
q = , МПа (5.11)
q = МПа.
По формуле 5.10 получаем
σр= МПа.
Прямолинейная часть I – I до II – II. В сечении II – II действуют растягивающие напряжения.
σр = , МПа (5.12)
где Д – диаметр прямолинейной части серьги, Д = 40 мм.
σр = МПа.
[σ] = σр/к = 785/1,3 = 604 МПа
[σ]ср = [σ]/2 = 604/2 = 302 МПа.
Таким образом, произведя расчеты элеватора на прочность, видно, что при превышении номинальной грузоподъемности на 25%, напряжения, а особенно в опасных сечениях, не превышают допустимые пределы прочности. Материал стали, использованный при изготовлении элеватора является наиболее оптимальным.

5.3 Расчет параметров контроля серьги элеватора

Расчет числа витков соленоида
Максимальное значение импульсного тока намагничивания для дефектоскопа ПМД-70 Imax=1500A.
Магнитные характеристики материала:
Сталь 30 Нс=4.4 А/см;
Сталь 35 Нс=7.2 А/см; Вг=0.40 Тл;
Сталь 40 Нс=6.0 А/см; Вг=0.95 Тл;
Сталь 45 Нс=6.4 А/см; Вг=1.12 Тл.
Величина приложенного для этих сталей в диапазоне коэрцитивной силы от 4 до 16 А/см:
Нпр = 20 + 1.1Нс, А/см (5.13)
где Нс - коэрцитивная сила.
В случае прерывистого режима работы величина Нпр увеличивается на 10 - 15 %.
Расчет количества витков соленоида производится по формуле:
, (5.14)
где L - суммарная длина объекта контроля, см;
Dcp - средний диаметр объекта контроля, см;
НПР - напряженность, соответствующая уровню чувствитель- ности Б, А/см;
IМАХ - максимальный ток намагничивания, А;
К - постоянная соленоида,
К= ,1/м (5.15)
где L - длина соленоида, см;
D -диаметр соленоида, см).

5.4 Расчет параметров контроля для циркулярного намагничивания изделий
кольцевой формы

Расчет числа витков
Максимальное значение импульсного тока намагничивания для дефектоскопа ПМД-70 Imax=1500A.
Магнитные характеристики материала:
Сталь 30 Нс=4.4 А/см;
Сталь 35 Нс=7.2 А/см; Вг=0.40 Тл;
Сталь 40 Нс=6.0 А/см; Вг=0.95 Тл;
Сталь 45 Нс=6.4 А/см; Вг=1.12 Тл.
Величина приложенного для этих сталей в диапазоне коэрцитивной силы от 4 до 16 А/см:
Нпр=20 + 1.1∙Нс, А/см
где Нс - коэрцитивная сила.
В случае прерывистого режима работы величина Нпр увеличивается на 10 - 15 %.
При циркулярном намагничивании изделий кольцевой (тороидальной) формы с помощью гибкого кабеля, навитого на деталь, с намагничивающим током I через маловитковую обмотку, число витков, необходимых для достижения напряженности поля Нпр, рассчитывается по формуле:
ω= , витков (5.16)
где D - внешний диаметр контролируемой детали, см;
Нпр - напряженность, соответствующая уровню чувствитель- ности Б, А/см;
Imax – максимальный ток намагничивания, А

5.5 Расчет параметров контроля захвата элеватора

Расчет тока
Максимальное значение импульсного тока намагничивания для дефектоскопа ПМД-70 Imax=1500A.
Магнитные характеристики материала:
Сталь 30 Нс=4.4 А/см;
Сталь 35 Нс=7.2 А/см; Вг=0.40 Тл;
Сталь 40 Нс=6.0 А/см; Вг=0.95 Тл;
Сталь 45 Нс=6.4 А/см; Вг=1.12 Тл.
Величина приложенного для этих сталей в диапазоне коэрцитивной силы от 4 до 16 А/см:
Нпр=20 +1.1∙Нс , А/см
где Нс - коэрцитивная сила.
При циркулярном намагничивании, максимальное значение намагничивающего тока А, для получения заданной напряженности магнитного поля Нпр в А/см для объектов с прямоугольным сечением определяется по формуле:
I= 2∙Нпр∙а, при а/в ≥ 10; (5.17)
I = 2∙Нпр∙(а + в), при а/в< 10, (5.18)
где а - длина прямоугольного сечения, см;
в - ширина прямоугольного сечения, см;
Нпр - напряженность, соответствующая уровню чувствитель- ности Б, А/см;
I - максимальный ток намагничивания, А.
Для участков крупногабаритных объектов используется формула:
I = 1.8∙Н∙а, для переменного тока; (5.19)
I = 1.4∙Н∙а, для постоянного тока. (5.20)