Расчетная часть- Расчёт гидрораскрепителя труб системы верхнего привода СВП ТопДрайв Canrig 1275AC-681-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть- Расчёт гидрораскрепителя труб системы верхнего привода СВП ТопДрайв Canrig 1275AC-681-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Расчет сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения швов
5.2 Расчет сварного соединения с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента
5.3 Расчет элементов шарнира на выносливость
5.4 Проверка износостойкости шарнира
5.5 Расчет пальца шарнира на изгиб
5.6 Расчет проушини на розтяг
5.7 Расчет проушини на змин

5.1 Расчет сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения швов

Шарнир прикрепляется двумя горизонтальными и одним вертикальным швом чертежа ОНГП16.583-01.03.00.000 ВЗ Зажимной механизм модернизирован. Для упрощения расчетов изобразим схему приваривания частей шарниру на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Расчетная схема для расчета сварного шва

Момент М=600 кН×г. Материал пластины - сталь марки 45 (Rип=340 МПа). Сварка выполняется покрытыми электродами типа Е46 (Rf=200МПа, f=0,7). Коэффициенты условий работы f=c=1.
Необходимо определить катет углового шва.
l1=3,0см; l2=2,0 см
Для указанного сочетания стали, электродов и способа расчетным пересечением является пересечение по металлу шва, потому расчет должен выполняться по формуле:
(5.1)
Центр тяжести периметра швов определяется по формуле:
(5.2)
При kf =10мм
см
Координаты точки наиболее удаленной от центра тяжести расчетного пересечения швов, х=7 см, в=15 см. Моменты инерции расчетного пересечения соединения по металлу шва относительно его главных осей:
(5.3)
(5.4)
Для углового шва kf =10мм с учетом того, что расчетная длина шва принимается меньше его полной длины на 10мм( l1 =7см) :
см4
см4
Расстояние от центра тяжести периметра швов к точке А
см (5.5)
Напряжение в соединении:
МПа
(5.6)
Таким образом, при k=10 мм напряжения в соединении (f складывают 0,63 от расчетного сопротивления (Rf). Следовательно, катет шва в соединении должен быть принят kf =7 мм
см
Координаты точки А наиболее удаленной от центра тяжести расчетного пересечения швов, х=30-11.16 =18.84 см, в =15см. Моменты инерции расчетного пересечения соединения по металлу шва относительно его главных осей:
см4
см4
Расстояние от центра тяжести периметра швов к точке А
см (5.6)
Напряжение в соединении:
МПа <200 МПа
Проверка прочности соединения при kf=7мм показывает правильность расчету, при котором прочность обеспечена.
Расчет объема наплавленного металла при использовании разных способов сварки
Построение эпюр
(5.7)
l1= 29см; l2 = 20см
примем по всему периметру шва, тогда:
см3
Определим по точкам.
Xц =11.16 см
X =18.84 см
Для точки В
см; в = 10 см
см
МПа
мм (5.8)
Для точки Г
см в = 15 см
см
МПа
мм (5.9)
Для точки Д
см; = 10 см
см
МПа
мм (5.10)
Для точки Е
см в = 0 см
см
Мпа
мм (5.11)
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа





Определим Vнм для разных технологий






Если принять сварку с катетом 7мм по всему шву за сто процентов то:
V1 = 8.71 45.6 %
V2 = 12.26 64.16 %
V3= 13.3 69.6 %
V4 = 14.96 78 %
V5 = 19.11 100 %
Зависимость Vнм от способа выполнения шва

5.2 Расчет сварного соединения с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента

Консоль, которая поддается действию продольной и поперечной сил и момента, прикрепляется угловым швом по периметру касательных поверхностей. Повздовжна сила N=200 кН, поперечная сила Q=31 кН, крутний момент М=25 кНм. Материал консоли - сталь марки 18ПС (Rип=370 МПа), Rz = 165 МПа. Сварка выполняется полуавтоматом в углекислом газе проводом диаметром 2 мм маркие Св-08Г2С в нижнем положении (Rf=215 МПа; f=0,9; z=1,05; Rz = 165 МПа ). Коэффициенты условий работы z = c=1.
Пересечение, по которому следует проводить расчет сварного соединения для указанного сочетания стали, сварочного провода и способа сварки, - по металлу предела сплава. Принимаем kf =10мм.
Определяем напряжение в соединении от продольной силы N :
(5.12)
где расчетная площадь шва
(5.13)
С учетом того. что расчетная длина шва принимается меньше его полной длины на 10 мм (l1=7см, l2=15,5см):
= 73.5 см2
МПа
Определяем напряжение в соединении от поперечной силы Q.
Результирующее напряжение Q рез является суммой, векторов напряжения от силы Q, перенесенной в центр тяжести периметра швов (Q), и напряжение от момента (Q):
МПа (5.14)
(5.15)
Моменты, инерции расчетного пересечения соединения по металлу предела сплава относительно его главных осей:
см4 (5.16)
см4 (5.17)
Расстояние, точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного пересечения соединения :
см (5.18)
МПа
Результирующее напряжение от действия поперечной силы в плоскости хоy :
(5.19)
где ( - угол, определяемый размерами соединения.
МПа (5.20)
Определение напряжения в соединении от момента М:
МПа (5.21)
см (5.22)
Результирующее напряжение от действия продольной силы N и моменту М в плоскости XOZ :
МПа (5.23)
Определение угла между векторами и Угол определяют, пользуясь координатным методом в пространстве и свойством скалярного произведения двух векторов:
(5.24)
где и - вектора;
и - длины векторов. Поскольку скалярное произведение двух векторов равно сумме произведения соответствующих координат этих векторов и длина этих векторов · =x1x2+y1y2+z1z2 и длина вектора равна квадратному корню из суммы квадратов его координат =
(5.25)
В данном примере координаты вектора : x1=N; y1=0; z1=м. координаты вектора : x2=мQ·sin; y2=мQ·cos+Q; z2=0;
0.395
Определяем суммарное напряжение в соединении
МПа (5.26)
(5.27)
Таким образом, при kf =10мм суммарное напряжение у 0,25 раза меньше расчетного сопротивления. Следовательно, катет шва в соединении следует принять kf = 3мм.

5.3 Расчет элементов шарнира на выносливость

При действии многократных повторных нагрузок может наступить предельное состояние в результате усталостного разрушения. Этот от предельного состояния также приводит к полному исчерпанию несущей способности. Следует отметить, что отдельные перегрузки практически не влияют на усталостную прочность стали, потому расчет конструкций на выносливость выполняют за нагрузками нормальной эксплуатации, то есть нормативными или меньшими при работе материала в упругой стадии.
Расчет на выносливость выполняют за формулой:
; (5.28)
где - коэффициент, который учитывает количество циклов нагрузок;
– расчетное сопротивление усталости, который зависит от прочности стали и вида концентратора; - коэффициент, который учитывает асимметрию напряжений.
Методика расчетов на выносливость, а также значение приводятся в [5.2].
при ; МПа;


5.4 Проверка износостойкости шарнира

Начальные данные.
; ; ; ;
Предыдущий расчет диаметра пальца. Для пальца выбираем сталь 45 Для проушини ст. 5.

Таблица 5.1 - Физические свойства постоянны
Марка
Материалу Терм. хим. обр. Граница прочности
  текучесть
Временного сопротивления
При растягивании

При изгибе


Сталь 45 Закалка 340 690 315 350
Ст. 5 Нормализ. 310 520 180 220

(5.29)
– максимальная нагрузка на палец
l, d - длина и диаметр пальца в мм
[р] - допустимое давление.

Выбираем d=6,1мм
Определение напряжения, которое допускается.
Общие условия прочности.
(5.30)
(5.31)
– предельное напряжение
– допустимые значения запасов прочности
(5.32)
Предельное напряжение.


где - пределы текучести по нормальному и касательному напряжению
– коэффициенты, которые учитывают изменение механических характеристик деталей по сравнению с лабораторными образцами
(5.33)
(5.34)
где - коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла
– коэффициенты, которые учитывают размеры деталей в опасном перерезе
– коэффициенты концентрации напряжения
– коэффициенты концентрации напряжения
– коэффициент, который учитывает укрепляющие технологии
– коэффициент, который учитывает число циклов изменения напряжения
; (5.35)
; m=9
Проверка диаметра пальца по условиям прочности
Расчет пальца на срез.
(5.36)

(5.37)

Условие прочности выполнено.
(5.38)
но соответственно =315 МПа
(5.39)

=0,07; =0,6; =1; =;1; =1,5; =0; =1
По ГОСТ 6636-69 выбираем диаметр пальца 6,5мм.

5.5 Расчет пальца шарнира на изгиб

Рассчитываем палец на изгиб в соответствии с формулой 5.40
(5.40)

где М - крутний момент, в опасном перерезе, Н∙мм
(5.41)

Условие прочности выполнено. Проверим условие в соответствии с
(5.42)

=350 МПа
(5.43)

где =0,07;
=0,65; =1; =2; =1,5; =0; =1;

=0;

W - осевой момент сопротивления, мм3
(5.44)

l - длина части пальца, который трется, определился от отношения l/d

– толщина стенок проушини
– напряжение, которое допускается, при изгибе
5.6 Расчет проушин на разтяжение

Принимаем при расчете следующие коэффициенты
=0,02; =0,76; =1,25; =1; =1
Тогда
(5.45)
(5.46)

(5.46)

=270 МПа
(5.47)


(5.48)

По ГОСТ 6636-69 выбираем диаметр проушини 9,0мм


По ГОСТ 6636-69 выбираем толщину проушини 8мм

5.7 Расчет проушин на смятие

(5.49)

где - коэффициент неравномерности распределения напряжения смятия.

(5.50)

– предел текучести материала проушини
– запас прочности, принимают =1,5