Конструирование буровых крюков

Сначала выбирают общую конструктивную схему в соответствии с максимальной нагрузкой. При разработке конструкции рассчитывают основные элементы крюка: рога, ствол, пружину, подшипник, пальцы штропов и др.

Практика эксплуатации крюков показала, что целесообразнее применять крюкоблоки. Однако в эксплуатации находятся и обычные талевые блоки, поэтому целесообразна конструкция крюка с универсальным корпусом.

Центральный рог следует выполнять с зевом минимальных размеров, что уменьшает напряжения изгиба и позволяет выполнить тело крюка меньшего сечения. З ащёлка центрального рога должна быть большой длины для удобства завода штропа вертлюга в зев. Следует применять стандартизированные присоединительные размеры для элементов крюков и присоединяемых с ним деталей (см. учебник).

Требования к материалам деталей крюков очень высокие. Поломка крюка почти всегда связана с тяжёлыми авариями на буровой. Детали крюков изготовляют из среднеуглеродистых слаболегированных сталей, не обладающих хрупкостью и не склонных к развитию усталостных трещин.

Литые крюки изготовляют из легированных сталей марок 30 ХМЛ или аналогичных с σ_т = 550 МПа, σ_в = 700 МПа и ударной вязкостью – 40 Дж/см².

В пластинчатых крюках пластины изготавливаются из легированных сталей с σ_т = 700 МПа, σ_в = 900 МПа и ударной вязкостью > 60 Дж/см².

Боковые рога выполняют из стали марки 38Х2Н2МА или 40ХН, Штропы – из сталей 30ХГСА или Стали 35,

Корпусы крюков – из литых сталей марок 30Л, 35Л.

2. Расчёт талевых систем

Общие положения

Для грузоподъёмных машин поднимающих груз в воздухе установлена классификация режимов работы механизмов. Для буровых – весьма тяжёлый режим (ВТ):

- коэффициент загруженности в течение суток k_c =1,

- продолжительность включений ПВ > 40 %,

- число включений за 1 час > 120,

Талевая система буровых установок работает с неравномерностью нагрузки (движение труб в искривленной скважине, затяжки инструмента и т.д.).

Расчёт на статическую прочность ведут по максимальной вероятной статической нагрузке, которая может возникнуть в процессе проводки скважины. Эту максимальную нагрузку указывают на корпусе крюка, талевого блока и кронблока. Систему можно нагружать до этой нагрузки, не боясь вызвать разрушения элементов подъёмного комплекса. Максимальная расчётная нагрузка определяется по формуле

, (3.1)

где R_{вн i} – вероятная несущая способность элемента подъёмной части;

S_в – коэффициент запаса прочности.

Расчётные нагрузки на детали и узлы талевой системы

Максимальная рабочая нагрузка Р_мах ограничивается допускаемой нагрузкой на крюке.

Для деталей крюка

, (3.2)

Для деталей талевого блока

, (3.3)

Для деталей кронблока

, (3.4)

где G_Т – вес всех подвижных частей талевой системы

, (3.5)

G_ТБ – вес талевого блока,

G_КР – вес крюка,

G_ШТР – вес штропов,

G_ЭЛ – вес элеватора.

G_Т можно определить по таблице 1

Таблица 1 – Значения G_Т в зависимости от диаметра каната и оснастки

Ориентировочно G_Т = (0,03¸0,04)×Р_МАХ.

Для талевого каната принимают S_в = 2 ¸ 3. При расчёте других элементов по пределу текучести принимают коэффициент запаса S_т = 2 ¸ 2,25, а S_в определяют по формуле

. (3.6)

S_в принимать < 1,4 нельзя, на практике принимают S_в = 2,5 ¸ 3,0.

При расчётах на выносливость ( при изгибе, растяжении, сжатии и кручении) за расчётную принимают эквивалентную нагрузку Р_Э, а коэффициент запаса n_a = 1,4 ¸ 1,5.

При расчёте на выносливость по контактным напряжениям принимают n_a = 1,2 ¸ 1,4.

Для расчёта на долговечность принимают максимальное значение динамической нагрузки, которую воспринимают подшипники качения в течение номинального срока службы, эквивалентного 18 × 10⁶ циклам нагрузки или 3000 ч работы при частоте вращения 100 об/мин.

2.2 Особенности расчёта крюков

Центральный рог рассчитывают на всю максимальную нагрузку, а боковые на ½ этой нагрузки, т.к. их два. В пластинчатых рогах сечение в изогнутой части имеет прямоугольную форму, а в кованых и литых - трапецевидную со скруглёнными углами. Напряжения в изогнутой части определяют как для бруса с криволинейной осью по общеизвестным формулам.

Стволы крюков рассчитывают на растяжение под действием максимальной статической нагрузки и на долговечность по циклической нагрузке.

Пружины рассчитывают исходя из следующих условий:

- в сжатом состоянии витки не должны соприкасаться, зазор должен быть 3 ¸ 5 мм;

- число витков должно быть как можно меньшим, но не менее 10,

- предварительно сжатая пружина должна развивать усилие, равное 1,5 веса наиболее тяжёлой свечи;

- стрела прогиба пружины должна быть такой, чтобы ход крюка был равен 1,2 ¸ 1,6 длины замковой резьбы.

Упорный подшипник рассчитывают только на максимальную статическую нагрузку. Используют специальные шарикоподшипники без сепараторов. Шарики выбирают диаметром 25 ¸ 50 мм.

2.3 Особенности расчёта кронблоков и талевых блоков

Обязателен расчёт всех элементов, передающих нагрузки: осей, рам, шкивов, боковых щёк, нижних подвесок, пальцев и т.д.

Подшипники выбираются по конструктивным размерам, динамической и статической грузоподъёмности и рассчитываются на долговечность по действующей динамической нагрузке.

Оси кронблоков и талевых блоков следует конструировать наиболее простых форм и рассчитывать на изгиб по максимальной статической нагрузке.

Раму кронблока рассчитывают только на несущую способность по максимальной статической нагрузке, продольные и поперечные балки рамы – на изгиб.

Профиль канатного жёлоба и диаметр шкива выбирается в зависимости от принятого диаметра каната по таблице

Траверсу подвески обычно выполняют криволинейной и рассчитывают как брус с криволинейной осью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: