Построение тяговой характеристики подъемного агрегата

(пример расчета для БУ 5000/320 – рис. 19)

Исходные данные:

1. Максимально допускаемая нагрузка на крюке Q _доп, кН – 3200.

2. Максимальная скорость подъема крюка V_{кр мах ,} не менее, м/с – 1,5.

3. Минимальная скорость подъема крюка V_{кр min}, м/с – 0,1 ÷ 0.25.

4. Мощность электродвигателя Р_дв, кВт – 1000.

5. Частота вращения электродвигателя, n_дв, об/мин.

номинальная – 1000;

максимальная – 1500.

6. Диаметр барабана D_Б, мм – 1000.

7. Расчетный диаметр навивки, D_р, мм – 1080.

8. Тип оснастки талевой системы – 5х6.

9. Кратность оснастки u_тс – 10.

10. КПД талевой системы η_тс – 0,93.

11. КПД барабана η_Б – 0,97.

12. КПД трансмиссии η_тP

η_тP = η_р · η_кпп = 0,96 · 0,96 = 0,92,

где η_р и η_кпп – соответственно КПД редуктора и коробки передач.

13. Вес подвижных частей талевой системы, G_ТС , кН, – 80.

Общий КПД СПК

η_Σ = η_ТС · η_Б · η_ТР = 0,93 · 0,97 · 0,92 = 0,83.

Требуемое передаточное число трансмиссии на высшей передаче

; об/мин, .

Принимаем ориентировочно передаточные числа планетарных вставок

u ₁ = u₂ = 2,7, тогда

u^II = u₁ · u_р = 2,7 · 4,07 = 11;

u^I = u₁ · u₂ · u_p = 2,7 · 2,7 · 4,07 = 29,7.

Рассчитываем крутящие моменты на барабане

.

Строим тяговую характеристику (см. рис. 20).

Находим для точек 4, 3, 2 и 1 характеристики значения скоростей подъема и соответствующие им нагрузки на крюке.

Точка 4.

Точка 3.

м/с.

кН.

Точка 2.

.

.

Точка 1.

.

Максимальная нагрузка на крюке при стопорном режиме электродвигателя (при кратности максимальной нагрузки λ = 2) в точках 1 и 3;

Q^′ _мах кН.

Q^′′ _мах кН.

Определяем скорость подъема крюка при Q_{кр мах} = 3200 кН (точка 1^′ )

Рассчитываем крутящие моменты на барабане в расчетных точках

.

Рис. 20. Тяговая характеристика подъемного агрегата

3.3.3.Расчет тормоза

Тормоз предназначен для выполнения следующих функций:

· фиксация остановленной системы в заданном положении талевого блока при СПО с целью разгрузки основного электродвигателя;

· торможение спускаемой колонны при отказе электродвигателя (основного тормоза) и срабатывании блокировок (разовый эпизодический режим).

Первый этап проектирования главного тормоза лебедки – определение требуемого тормозного момента М_Т и размеров тормоза: количества и диаметра тормозных шкивов D_т и его ширины В.

В скважину спускают колонны разной массы с различными скоростями. Скорости спуска обеспечиваются вспомогательными и главными тормозами. Торможение при остановке осуществляет только главный тормоз, который поглощает в этот период всю энергию движущейся колонны и связанных с нею частей.

Максимальный тормозной момент будет при торможении спускаемой колонны при отказе электродвигателя. При этом момент на барабане равен

М _Б = (М ₁ + М ₂ + М ₃ ) · К,

Где М₁ – статический момент на барабане от натяжения тяговых концов талевого каната при установившемся движении спускаемой в скважину колонны труб; М₂ – динамический момент от дополнительного усилия в тяговых струнах, вызванного замедлением масс системы при торможении поступательно движущихся масс; М₃ – динамический момент от замедления вращающихся масс системы, принимается равным 5 % от суммы (М₁ + М₂); К = 1,2 – коэффициент запас тормозного момента.

Нагрузки на крюке и усилие в ведущей струне каната при остановке зависит от времени и пути торможения, а также возникающих при этом динамических сил (рис.21).

Рис. 21. Расчетная схема дискового тормоза: 1 – тормозной диск; 2 – тормозные колодки

Так как время торможения ничем не ограничивается и зависит только от оператора, во избежание возникновения чрезмерных динамических нагрузок, которые могут привести к обрыву каната, усилия на тормозных шкивах должны всегда создавать натяжение каната меньше его разрывного усилия в целом R_д, т.е. должно соблюдаться условие

,

где k_Т – коэффициент запаса торможения (правилами Гостехнадзора установлен 1,5 ÷ 2,0 при наибольшей нагрузке на крюке); F – общая тангенциальная сила трения на ободах тормозных шкивов при неподвижной колонне, H;

D_Т – диаметр тормозного шкива, м; z = 2 – число тормозных лент;

D_е – наибольший диаметр навивки; η_л = 0,85 ÷ 0,95 – КПД лебедки;

F_{k мах} – расчетное максимальное усилие в ведущей струне каната, H.

3.3.4. Прочностные расчеты элементов лебедки

Расчет валов

Валы буровой лебедки рассчитывают на статическую прочность и выносливость. После определения действующих максимальных крутящих моментов и других нагрузок строится расчетная схема вала и эпюры крутящих и изгибающих моментов. Расчетная схема подъемного вала лебедки ЛБУ1100 приведена на рис 22.

Валы изготавливают из сталей марок 30ХН, 40ХН, 30ХМА, 30ХНМА, 34ХН1М (ГОСТ 4543-71), и других, с прочностными характеристиками:

≥ 850 МПа;

≥ 700 МПа;

_-1 ≥ 360 МПа;

τ_-1 ≥ 185 МПа;

твердости НВ 220 ÷ 280.

Рис. 22. Расчетные схемы подъемного вала буровой лебедки ЛБУ 1100 при работе на низшей передаче

Расчет валов на статическую прочность.

Валы буровой лебедки обычно рассчитываются на совместное действие изгибающих и крутящих моментов. Эквивалентное напряжение, как правило, определяют по теории прочности предельных состояний Мора.

В этом случае:

,

где полагают

; = ,

где М_и и М_к – изгибающий и крутящий моменты в расчетном сечении;

W_х, W_р – соответственно осевой и полярный моменты сопротивления сечения.

Дата добавления: 2015-09-06