Анализ существующих конструкций подъемников для сборки башенных вышек (стр. 5 )

L = mn ( h + 3,14 dp) + l1 + l2; (2.10)

где	h	–	длина полиспаста в полностью растянутом виде, м (назначают исходя из конкретных условий такелажной операции: она соответствует наибольшему расстоянию между неподвижным и подвижным блоками в начальный момент этой операции перед сокращением полиспаста);
	dp	–	диаметр роликов в блоках, м;
	l1	–	длина сбегающей ветви от ролика блока, с которого она сходит, до барабана лебедки, м;
	l2	–	расчетный запас длины каната, l2 = 10 м.

Подсчитываем суммарную массу полиспаста, т;

Gn = Gб + Gk; (2.11)

где	Gб	–	масса обоих блоков полиспаста, т;
	Gk	–	масса каната для оснастки полиспаста, т.

Gn = 0,03 + 0,562 = 0,592 т;

где

–

масса 1000 м каната.

Определяем усилие, действующее на канат, закрепляющий неподвижный блок полиспаста, кН:

– при подъеме груза со сбегающей ветвью, сходящей с неподвижного блока

Pб = 10G0 + 10G3 + 10Gn + Sn; (2.13)

Pб = 38 + 11 + 5,92 + 14,4 = 69,3 кН;

– при подъеме груза со сбегающей ветвью, сходящей с подвижного блока

Pб = 10G0 + 10G3 + 10Gn - Sn;

Pб = 38 + 11 + 5,92 - 14,4 = 40,5 кН.

2.2.3 Расчёт несущей трубы на ЭВМ

Расчёт производиться в программе SolidWorks. Данная программа предназначена для :

- 3D проектирование изделий (деталей и сборок) любой степени сложности с учётом специфики изготовления.

- Создание конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТ.

- Промышленный дизайн.

- Реверсивный инжиниринг.

- Проектирование коммуникаций (электрожгуты, трубопроводы и пр.).

- Инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача, частотный анализ, динамика механизмов, газо-гидродинамика, оптика и светотехника, электромагнитные расчеты, анализ размерных цепей и пр.) и т. д.

В программе была рассчитана несущая труба диаметром - 426мм, длиной – 11600 мм, и толщиной стенки 10 – мм.

Параметры расчёта и его результаты представлены на рисунках 2.2-2.5

В данном статическом анализе были рассчитана несущая труба с коэффициентом запаса прочности min – 1,5, мах – 2,98 и перемещением до 38,4 мм. Что удовлетворяет нашим требованиям.

Рисунок 2.2 – Нагрузки и крепления

Рисунок 2.3 – Информация о сетке

Рисунок 2.4 – Расчёт перемещений

Рисунок 2.5 – Статические анализ на запас прочности

3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Определение динамических нагрузок в подъемных канатах при
упругом закреплении направляющих блоков полиспастной системы

Как показали проведенные теоретические и экспериментальные исследования наибольшие динамические нагрузки испытывают подъемные канаты. На рисунке 3.1 – показаны зависимости неравномерности усилий в канатах от неравномерной нагрузки полиспастов. Поэтому с целью уменьшения динамических нагрузок в канатах полиспастов нами предложена конструкция подъемника для сборки вышек с упругим закреплением направляющих блоков полиспастной системы. На модели подъемника нами смоделированы два вида крепления направляющих блоков: жесткое и упругое.

При выполнении эксперимента изменялась жесткость упругого закрепления блоков от 370 до 29340 Н/м, которая осуществлялась за счет перестановки пружин, имеющих разную жесткость, и нагрузка на подъемник.

В таблице 3.1 приведены жесткости упругих элементов (пружин) и вес поднимаемых грузов, изменявшиеся в ходе эксперимента, для каждой из шести пар пружин.

Эксперимент проводился методом тензометрирования, а модель подъемника имела параметры, приведенные в таблице 3.2. Расстояние между осями несущих труб принималось постоянным l4 = 1,0 м.

Основные параметры экспериментальной установки.

На рисунке 3.2 показаны зависимости коэффициентов динамичности подвижных концов полиспастов от нагрузки на подъемник при разной упругости пружин. Из графиков очевидно, что коэффициенты динамичности в подвижных концах канатов с увеличением нагрузки уменьшаются при установке направляющих блоков с пружинами 2,3,4 и 5. При установке блоков с пружинами I и 6 наблюдается увеличение коэффициентов динамичности. Наименьшие коэффициенты динамичности в канатах получены при установке блоков с пружинами 5. Значения коэффициентов динамичности в этом случае ниже 23,4 - 28,1 процента по сравнению с жестким креплением направляющих блоков.

На рисунке 3.3 изображены зависимости коэффициентов динамичности в подвижных концах канатов от жесткости упругих элементов направляющих блоков для разных нагрузок на подъемник. На этом рисунке также показана зависимость коэффициента Кд от соотношения жесткостей упругих элементов и участка каната от барабана привода до направляющего блока. Жесткость каната при этом составляла 92970 Н/м.

Как видно из проведенных экспериментов, при соотношении Суэ / Cк = 0,15 что соответствует уменьшению жесткости каната в Ск 6-7 раз, нами получено уменьшение коэффициентов динамичности в подвижных концах канатов полиспастов со значений 1,77-1,83 до 1,38-1,48.

3.2 Разработка устройств, уменьшающих динамические нагрузки в
элементах подъемников

Как показали теоретические и экспериментальные исследования, при подъеме собранных вышек, а также секций (частей ее) вышечным подъемником в подъемных канатах возникают значительные динамические нагрузки. Так как подъем вышки или ее части (секций) происходит с одновременным отрывом от опоры, то пусковой режим оказывает существенное влияние на величину этих нагрузок. Наибольшие динамические нагрузки, воспринимаемые подъемным устройством и вышкой, возникают при подхвате груза, при наибольшей установившейся скорости подъема. На величину динамических нагрузок в этом случае влияние оказывает степень упругости тяговых элементов и металлических конструкций механизма подъема и вышки. Поэтому в таких случаях целесообразно искусственно ограничивать динамические нагрузки, которые при этом могут быть значительными, путем создания соответствующей упругости тяговых элементов введением в тяговые устройства дополнительного упругого элемента (упругих подвесов, гасителей). Их предлагается устанавливать, как в неподвижных ветвях полиспастов механизмов подъема, так и в подвижных. Несмотря на то, что установка упругих элементов (гасителей) в подвижных ветвях затруднена, эффективность их применения по сравнению с установкой в неподвижных ветвях намного больше.

Нами создан гаситель динамических нагрузок для подъемных: систем бурового оборудования, снижающий значительные динамические нагрузки, возникающие при подъеме вышек и бурильных колонн, предотвращающий удары и толчки в конце и в начале подъема, поглощающий излишки энергии ускорения, что существенно увеличивает срок службы подъемных канатов и элементов конструкций подъемных систем. Конструкция гасителя динамических нагрузок защищена авторским свидетельством.

Гаситель динамических нагрузок представленный на рисунке 3.4 состоит из цилиндров 1,2, соединенных между собой резьбой, и штока 3, размещенного в них. На штоке 3 в верхней части (цилиндр 1) установлена цилиндрическая винтовая пружина 4, удерживаемая от смещения тарелкой 5 и закрепленная на нем гайкой 6 и стопорной шайбой 7. На нижней части штока 3 (цилиндр 2) размещен поршень 8, имеющий отверстия 9 и проточку 10 под упорный поясок 11 штока 3. Цилиндр 2 заполнен вязкой жидкостью 12.

Для крепления гасителей к основанию (раме) и канатам имеются проушины 13 и 14, а для смены жидкости - сливные пробки 15 и 16.

Поршень 8 удерживается в первоначальном положении (гаситель не нагружен) упорным кольцом 17 и цилиндрической винтовой пружиной 18.

Работа гасителя происходит следующим образом. При приложении растягивающего усилия к проушинам 13 и 14 происходит перемещение штока 3 и соответственно сжатие пружины 4. Высота пружины 4 подобрана такой величины, что при деформации ее на 70-80 % упорный поясок 11 штока 3 входит в проточку 10 поршня 8 и тем самым при дальнейшем увеличении нагрузки приводит в движение последний. Это позволяет плавно перейти от простой работы деформации пружины к сложной совместной работе пружины и гидравлического демпфера. Плавному переходу также способствует и упорный поясок 11 штока 3, который демпфируется при вхождении в проточку 10 поршня 8 и вытеснении вязкой жидкости в отверстия 19. После снятия нагрузки поршень 8 возвращается в первоначальное положение до упорного кольца 17 цилиндрической винтовой пружиной 18. Применение предложенного гасителя динамических нагрузок позволяет исключить поломки (при перегрузках) при сборке и подъеме вышек, в том числе и при ликвидации прихватов и аварий в бурении [1].

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Аннотация мероприятия

Буровая установка представляет собой комплекс оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважины. Одним из главных сооружений буровой установки является башенная вышка. Башенная вышка собирается с помощью вышечного подъемника. Одним из основных направлений снижения затрат на сборку башенной вышки является повышение коммерческой скорости и снижение себестоимости буровых работ на базе технического прогресса, способствующего постоянному улучшению техники. В данном дипломном проекте предлагается использовать гаситель динамических нагрузок для подъемных: систем бурового оборудования, снижающий значительные динамические нагрузки, возникающие при подъеме вышек и бурильных колонн. С целью увеличение ресурса работы вышечного подъемника предлагается модернизация его конструкции, сутью которой является использование гасителя динамических нагрузок, что приводит к равномерному распределению нагрузок, предотвращает удары и толчки в конце и в начале подъема, поглощает излишки энергии ускорения, что существенно увеличивает срок службы подъемных канатов и элементов конструкций подъемных систем. Данное усовершенствование повышает надежность и долговечность конструкции. Применение предложенного гасителя динамических нагрузок позволяет исключить поломки (при перегрузках) при сборке и подъеме вышек, в том числе и при ликвидации прихватов и аварий в бурении. Основным результатом проведения модернизации является улучшение технико-экономических показателей, обусловленное увеличением работ вышечного подъемника до отказа, как следствие, сокращением материальных и трудовых затрат при строительстве скважин.