Определение расчетных нагрузок

Нагрузка на талевый блок:

.

где: Q — нагрузка на крюке талевой системы, кН; Gк — вес крюка, кН.(КТБ-4−140Бр, m=1400 кг.).

кН.

Нагрузка на ветви талевого каната:

.

где: Gб — вес талевого блока, кН.(2,48 т.).

кН.

Нагрузка на кронблок с учетом веса талевого блока и веса каната (в кН):

где: Pх. к и Pм. к — натяжение ведущей и закрепленной ветви талевого каната, кН.

Максимальные расчетные нагрузки будут при наибольшей (максимальной) нагрузке на крюке.

кН.

Расчет опор канатных шкивов на долговечность

Расчет и подбор подшипников выполняется после определения нагрузок и предшествует расчету осей блоков.

В кронблоках и талевых блоках применяются преимущественно роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами. Они обладают значительно большей радиальной грузоподъемностью, чем шарикоподшипники. При одинаковом диаметре и нагрузке роликовые подшипники легкой серии в четыре раза долговечнее шариковых той же серии. Кроме того, в проектируемых узлах отсутствует осевая нагрузка, а оборотность значительно ниже допускаемой.

Принимая во внимание необходимость осевой фиксации шкивов, чаще используют роликоподшипники с одной ребордой на наружном или внутреннем кольце (условное обозначение типа 12 000 или 42 000), рис. 5.

По методике подбора стандартных подшипников — ГОСТ 18 854–73 и ГОСТ 18 855–73 — различают подбор подшипников:

• — по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного выкрашивания;
• — по статической грузоподъемности для предупреждения статических деформаций.

Первая методика рассматривается ниже, а расчет статической грузоподъемности необходимо выполнять в том случае, если в процессе эксплуатации возможны аварийные режимы нагружения и появление нагрузок, кратно превышающих эквивалентную расчетную.

1 — шкив; 2 — кольцо пружинное; 3 — подшипник; 4 — крышка; 5, 6 — кольца распорные Выбор подшипников по динамической грузоподъемности C (по заданному ресурсу или долговечности) выполняют, если частота вращения n10 мин-1 и нагрузка P 0.5С. Условие подбора: Спотр Спасп.

Потребная динамическая грузоподъемность определяется расчетом эквивалентной динамической нагрузки на подшипник по циклограмме действительного нагружения. Если такой циклограммы нет, эквивалентную нагрузку определяют по рекомендациям, основанным на имеющемся опыте эксплуатации подобных машин.

Подшипники шкивов подбирают для наиболее нагруженного и вращающегося с наибольшей скоростью шкива кронблока ведущей ветви. Эквивалентная нагрузка на подшипник определяется по формуле:

.

где, k — коэффициент нагрузки; k= 0,35…0,4.

.

Для ориентировочных расчетов при выборе подшипника по приближенной эквивалентной нагрузке Pэ применяют уравнение:

.

где: fd — коэффициент динамического нагружения, учитывающий безопасность и надежность работы механизма (для канатных шкивов рекомендуется брать fd = 4,5…5); fn — коэффициент частоты вращения, выбирается по числу оборотов подшипника n.

Число оборотов наиболее нагруженного шкива:

.

где: m — число рабочих струн; Vк — скорость подъема крюка талевой системы; D — диаметр шкива по центру каната (D = Dш + dк); dк — диаметр каната.

об/мин.

fn = 0,538.

кН.

Динамическая грузоподъемность и ресурс связаны эмпирической зависимостью:

.

где: L10 — ресурс, млн. оборотов; Pэ — эквивалентная нагрузка; p = 3 для шариковых и p = 10/3 для роликовых подшипников.

Номинальная долговечность в часах при постоянной частоте вращения подшипника:

.

где: n — частота вращения, об/мин.

Долговечность опор канатных шкивов в часах должна быть увязана с продолжительностью бурения всей скважины:

.

где: i — число скважин, которые должны быть пробурены талевым блоком или кронблоком без их ремонта, обычно i = 5…6 скважин (на нефть и газ) и 50…60 скважин в разведочном бурении (на воду и твердые полезные ископаемые); - доля продолжительности спуско-подъема к общей продолжительности бурения одной скважины (= 0,2…4); Tб — время бурения одной скважины, ч.

По динамической грузоподъемности подбираем:

подшипник 42 244 со следующими основными параметрами: 220×400×65 с грузоподъемностью С = 884,1 кН.