Файл: Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин 210301. 090. 000 Пз.docx

В сечении Б-Б ствол вертлюга подвергается воздействию осевой нагрузки и давления промывочной жидкости, изменяющейся по пульсирующему циклу.

Ствол в этом сечении рассчитывают от воздействия нагрузок Q_ст.в и P_max и на сопротивление усталости от воздействия нагрузок P_экв.

Расчет на статическую прочность.

Напряжения от воздействия внутреннего давления находят по формуле Баха:

, МПа (2.16)



Напряжения от воздействия осевой нагрузки:

, МПа (2.17)



где F_Б-Б– площадь рассматриваемого сечения:

, м² (2.18)



Суммарные напряжения:

, МПа (2.19)


Коэффициент запаса прочности:

, (2.20)



Условие обеспечения прочности:

, (2.21)

- Условие выполняется.

Расчет на сопротивление усталости.

Напряжения от воздействия внутреннего давления:

, МПа (2.22)



Напряжения от воздействия осевого усилия:

, МПа (2.23)



Суммарные эквивалентные напряжения:

, МПа (2.24)



Коэффициент запаса прочности:

, (2.25)

---

где - коэффициент влияния амплитуды цикла;

– коэффициент влияния среднего напряжения цикла;

– амплитуда цикла напряжений;

– предел выносливости при симметричном цикле нагружения, МПа:

, МПа (2.26)



– предел прочности материала (таблица 2.2);

- среднее напряжение цикла:

, МПа (2.27)



Условие обеспечения прочности

, (2.28)

- Условие выполняется.

где =1,5…1,8 допускаемый коэффициент запаса по пределу выносливости.

В сечении В-В ствол вертлюга подвергается воздействию таких же нагрузок, что и в сечении Б-Б и рассчитывается аналогичным образом.

Расчет на статическую прочность.

Напряжения от воздействия осевой нагрузки[5]:

, МПа (2.29)



Коэффициент запаса прочности[3]:

, МПа (2.30)



Условие обеспечения прочности:

, (2.15)

- Условие выполняется.

где =1,6…2,2 – допускаемый запас прочности материала ствола по пределу текучести.

Расчет на сопротивление усталости.

Эквивалентные напряжения, возникающие от воздействия длительно действующей нагрузки[5]:

---

, МПа (2.31)



Коэффициент запаса прочности[3]:

, (2.25)



– предел выносливости материала при изгибе:

, МПа (2.32)



- коэффициент влияния амплитуды цикла;

- коэффициент влияния среднего напряжения цикла;

– амплитуда цикла напряжений:

, МПа (2.33)



– среднее напряжение цикла:



Условие обеспечения прочности

, (2.28)

- Условие выполняется.

где =1,5…1,8 допускаемый коэффициент запаса по пределу выносливости.
2.2 Расчет подшипника основной опоры вертлюга

Необходимо найти расчетное осевое усилие, действующее на главную опору и ее долговечность. Главной опорой вертлюга является упорный подшипник, параметры подшипников представлены в таблице 2.3.

1 Радиальная нагрузка на опору равна 0, кН

2 Осевая нагрузка на опору, МН:

(2.34)

где –максимальная кратковременная (статическая) нагрузка на ствол вертлюга (формула 2.2), МН;
3 Эквивалентная нагрузка для упорных подшипников:
, МН (2.35)

---

k_э– коэффициент эквивалентности, k_э= 0,6…0,8;

k_б– коэффициент безопасности, k_б=1,8..2,0;

y – коэффициент осевой нагрузки, для упорных подшипников у=1;

Долговечность основной опоры (упорного роликоподшипника):

, час (2.36)



C–динамическая грузоподъемность главной опоры, МН (таблица 2.3);

n – частота вращения вертлюга, об/мин.
Таблица 2.3-Характеристика роликовых упорных подшипников главных опор вертлюгов



2.3 Расчет штропа

Материал штропа вертлюга сталь 40ХН, σ_в = 920 МПа. Расчет штропа вертлюга производят на растяжение и условный изгиб по сечениям I – IV[2].

В сечении I – I возникают напряжения от половины расчетной нагрузки, приходящейся на одну из двух ветвей штропа:

МПа (2.37)

Где Q_p – расчетная нагрузка, МН, Q_p=3.8 МН.

d₁ – диаметр штропа, 0,15 м,



Коэффициент запаса прочности[7]:

, (2.38)



Условие обеспечения прочности:

, (2.39)

- Условие выполняется.

Где [n] - допустимый коэффициент запаса прочности. Запас прочности должен быть не менее 1,5.



Рисунок 2.2 - Схема к расчету штропа

В сечении II – II штроп рассчитывают на условный изгиб по формуле Ляме[2]:

МПа (2.40)

Где R₂ – радиус закругления, R₂ = 0,125 м;

R₁ – радиус изгиба, R₁ = 0,275 м;

q_II – интенсивность давления:

---

МПа/м² (2.41)

где С – диаметр зева крюка под вертлюг, С = 0,3 м, α = 90º,





Коэффициент запаса прочности[7]:

, (2.38)



Условие обеспечения прочности:

, (2.39)

- Условие выполняется.

Для расчета сечения III – III надо знать диаметр d, который равен диаметру пальца штропа[2]. В пальце штропа возникают напряжения среза по двум площадкам на двух ветвях штропа:

МПа (2.42)



Где F_п – площадь поперечного сечения пальца;

м² (2.43)



d_п – диаметр пальца штропа, м, d_п = 0,1 м,

Коэффициент запаса прочности[7]:

, (2.38)



Условие обеспечения прочности:

, (2.39)

- Условие выполняется.

Проушина штропа в сечении III – III рассчитывается на условный изгиб по формуле Ляме[2]. Находим интенсивность давления и напряжение в сечении III – III:

МПа/м² (2.44)

Где d = d_П – диаметр пальца, d_П = 0,1 м;

b – ширина штропа, b = 0,1 м,



МПа (2.45)

где D - диаметр проушины, D = 0,33 м,



Коэффициент запаса прочности[7]:

, (2.38)



Условие обеспечения прочности:

---