Таким образом, |
|
составит |
100%, |
|
|
5500 кгс |
|
|
3900 кгс |
|
» |
X : |
|
|
У |
390 000 |
71%. |
|
|
|
Л |
5500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ВЕРТЛЮГА НА ПРОЧНОСТЬ |
|
Задача 124. Рассчитать ствол вертлюга |
на прочность, если мак |
симальная нагрузка на крюке составляет QKp = 150 |
тс, |
материал |
для ствола — сталь 40ХН. Необходимые данные для |
расчета даны |
в |
ходе |
решения |
задачи и |
на |
рис. 19. |
Решение. Ствол вертлюга изготовлен из высоколегированной и термообработанной стальной поковки высокого качества и является основной вращающейся де талью, воспринимающей на себя вес ко лонны бурильных труб во время бурения скважины. Для прохода жидкости ствол имеет внутреннюю расточку. Снаружи ствола находится грибовидный фланец, которым он опирается на основной упор-- ный подшипник, воспринимающий нагрузку от веса бурильной колонны. На нижнем конце ствола выполнена внутренняя кониче ская резьба (левая). Для соединения верт люга с колонной бурильных труб на нижнем конце ствола установлен перевод ник. Ствол вертлюга рассчитывается на прочность при деформации растяжения, изгиба и среза. Для расчета ствола вертлюга
имеем следующие данные (рис. |
19): |
D = 395 мм; |
D г |
— 210 мм; |
Z)2 = 195 мм; |
do = |
100 |
мм; h = 87,5 мм. |
Рассмотрим сечение I —I. В этом сечении ствол вертлюга рас считываем на прочность при растяжении. Расчет ведем по формуле
„ |
<?кр |
0 р _ |
, |
|
- f - ( D \ ~ d l ) |
|
где QKр — максимальная |
нагрузка на крюке, Окв ~ 150 тс; do = |
|
= 100 мм; Z>2 = 195 |
мм. |
|
Р |
|
_ |
|
150 000 |
= 683 кгс/см2. |
|
р |
0,785(19,52 —102) |
|
|
Определяем предел выносливости на растяжение при пульси рующем цикле нагрузок
0<> р = 0 ,5 о в.
Предел прочности для стали 40ХН сгв = 75 кгс/мм2.
аор = 0,5-75 = 37,5 кгс/мм2.
Коэффициент запаса прочности
К = |
g°P |
37,5 |
= 5,5. |
|
ор |
();83 |
|
Рассмотрим сечение I I —II. В этом сечении ствол вертлюга подвергается напряжениям изгиба и среза. Определяем напряжение изгиба по формуле
|
0„ |
М из |
|
W |
|
|
|
где М,из максимальный момент изгиба, |
|
Миз= - кр(^ D— ; ,МИЗ= 150000 ^ — - ) = 696000 кгс-см, |
W — осевой момент сопротивления,
лЛхЙ.2
W -
6
W-. .3^4 - 21:8,752 = 844 смз_
О
Риз = 844"1=825 кгс/см2.
Предел выносливости на изгиб при пульсирующем цикле нагру
зок
о0и = 0,6ав = 0,6»75 = 45 кгс/мм2.
Коэффициент запаса прочности на изгиб
(Ур и __ |
45 |
^ = ^ = |
- ^ “ 5,45, |
Он |
8,25 |
что больше допустимого. Определяем напряжение среза
(?кр
чр ■ ~F~*
где F площадь среза
F = nDih —3,14*21 >8,75 = 578 см2.
150 000 |
«260 кгс/см2. |
Тср — " 578 |
Предел выносливости на срез
т0 ср == 0,7сг0 р = 0 ,7 • 3 7 ,5 = 26,2 кгс/мм2.
Коэффициент запаса прочности на срез
То ср |
26,2 |
= |
10. |
К = |
2,6 |
Тср |
|
|
Рассмотрим сечение I I I —III. В этом сечении ствол вертлюга подвергается напряжениям растяжения
(?кр
а р = '
(Dl-dl)
где D 2 = 195 мм; d3 — внутренний диаметр резьбы в плоскости торца. В нижней части ствола вертлюга имеется левая замковая резьба типа 3-171 (168-3IHJI), внутренний диаметр которой в пло
|
|
|
|
скости |
торца |
d3 = |
164,95 |
мм. |
|
|
|
|
Имея все расчетные данные, опре |
|
|
|
|
деляем |
напряжения |
растяжения |
|
|
|
|
|
|
__ |
|
150 000_______= |
|
|
|
|
|
|
а Р ~ 0,785(19,52-16,4952) |
|
|
|
|
|
|
|
= 1770 кгс/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
Действительный |
коэффициент |
|
|
|
|
запаса |
прочности |
по отношению |
|
|
|
|
к |
пределу |
выносливости |
при |
|
|
|
|
пульсирующем |
цикле |
нагрузок |
|
|
|
|
составит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К. |
°0Р |
|
37,5 |
|
=2 , 2 1 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
17,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что является |
достаточным. |
|
|
Рис. |
20. |
Штроп вертлюга. |
|
Задача 125. |
Рассчитать штроп |
|
|
|
|
вертлюга на прочность, если мак |
симальная нагрузка на крюке составляет QKP = 150 |
тс, |
материал |
штропа — сталь 35Л, предел прочности которой ав = |
50—60 кгс/мм2 |
с = |
Решение. Пусть, согласно рис. 20, Rx = 255 |
мм; |
R2 = |
125 |
мм; |
120 |
мм; |
R 3 — 150 мм; d — 130 |
мм; |
dx — 115 мм; |
Ъ = |
100 |
мм; |
I = |
240 |
мм. |
опасными являются |
сечения I —I |
|
и I I —II, |
которые |
|
Наиболее |
|
и будем рассчитывать на прочность. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим сечение / —/. В этом сечении штроп вертлюга под |
вергается напряжениям изгиба от силы N и растяжения от силы Т. |
|
Напряжение изгиба определяем по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'-’из |
Миз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦТ , |
|
|
|
|
|
|
|
где М „ 3 — момент изгиба.
мт=т.
|
|
|
|
N = - ^ - t g a , |
|
|
|
где а =8° 30'. |
|
|
|
|
|
|
|
|
N = „150 000 tg g o |
30. = 75 000. 0)1495 = 11 250 кгс; |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
I — плечо изгиба, |
I = |
24 |
см; |
W = 0,1с?3; |
d — диаметр сечения, |
|
d = 13 см. |
|
определяем |
|
|
|
|
Имея все значения, |
|
|
|
|
|
|
11 250 • 24 |
|
, оол |
т. / |
л . .2 |
|
|
из — ~7П 7 5 3 - |
— 1230 кгс/см . |
|
|
|
0,1 ■133 |
|
|
|
|
|
Напряжение растяжения |
|
|
|
|
|
где |
|
|
стр— /г |
|
|
|
|
<?кр |
|
|
|
|
|
|
Г = |
|
|
150 000 = 76000 кгс. |
|
2 cos 8° 30' |
|
|
2 • 0,989 |
|
|
|
|
|
|
3,14 • 132 |
133 см2. |
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
76 000 = 571 кгс/см2. |
|
|
ар = |
|
|
|
|
133 |
|
|
|
|
|
Результирующее |
напряжение |
в |
этом |
сечении |
|
°рез = Риз - f Рр = 1230 + |
571 = |
1801 кгс/см2. |
|
Определяем предел |
усталости при |
растяжении и изгибе. |
а0 и = 0,6ав = 0,6 • 60 = 36 кгс/мм2.
а0 р = 0,5ав = 0,5 • 60 = 30 кгс/мм2.
Так как предел усталости при растяжении а0 меньше предела усталости при изгибе а0ч, то для определения коэффициента запаса прочности К принимаем во внимание а0р.
что вполне допустимо.
Рассмотрим сечение I I —II. Это сечение рассчитываем по формуле Ляме. Максимальное растягивающее напряжение на внутренней поверхности штропа равно
_ Щ + Rt
^1 max — Q Щ — R l '
где q — интенсивность давления,
(?кр
|
|
|
|
150 000 |
ПЙЛ |
|
, |
о |
|
|
|
|
? = -ГП5ПГ=960 кгс/см-. |
|
|
|
|
12-13 |
|
|
|
|
|
|
|
im a x |
■960 |
25,52 + |
12,52 |
4565 |
кгс/см2. |
|
|
— |
25,52 — 1 2 , 5 2 |
|
|
|
Коэффициент запаса прочности равен |
|
|
|
|
|
|
|
^ |
l i |
r |
^ |
’92’ |
|
что вполне достаточно. |
|
|
|
|
|
|
Максимальное растягивающее напряжение на наружной поверх |
ности |
определяем |
по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
J 2 max ' |
2qR\ |
2 • 960 • 156 |
‘610 кгс/см2. |
|
|
|
|
Rl- Щ |
690—156 |
|
|
|
|
|
|
|
* = т т = 4'9- |
|
|
Рассматриваем |
проушину ^штропа. |
Рассчитываем проушину |
штропа также по формуле Ляме |
|
|
,2 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шах — Я |
D2 |
|
|
|
|
|
|
|
■ |
т |
|
’ |
где |
|
|
|
|
|
П3 |
|
|
|
|
|
|
(?кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
? = ■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2d±b'' |
|
|
Здесь |
dx — диаметр |
проушины, |
|
— 115 мм; b — ширина проу |
шины, |
Ъ = 100 |
мм |
150 000 |
|
|
|
|
„ |
|
|
|
|
= -650 |
|
|
|
|
|
Я = -0+ - |
кгс/см2. |
|
|
|
|
2-11,5-10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
152 |
|
|
|
|
|
|
J 1 |
max = 650 |
|
|
|
= 870 |
кгс/см2. |
|
|
|
|
152 |
|
|
|
|
|
^ = ^ - - 3 ,4 4 .
^ 2 шах |
2-650 |
= 244 кгс/см2. |
