Определение основных размеров и напряжение сжатия барабана лебедки

Для лебедок большой мощности с большим числом спусков и подъемов колонн, при бурении на нефть и газ диаметр барабана должен быть
Дб≥ 20dк. (1)
Определяем диаметр барабана по формуле (1)
Дб≥ 20dк = 20·0,038 = 0,76 м = 760 мм.
Определяем длину барабана по формуле:
lб = (1,52,2)Дб = 2·0,76 = 1,52 м
Расчетную канатоемкость барабана определяем по формуле:
Lк= Uт.с.∙Н+ π∙Дб∙nз=6·54+3,14·0,76·5=659,9 м
где
Uт.с. – число подвижных струн талевой системы, Uт.с. = 6·2 = 12;
nз – число запасных (не сматываемых при спускоподъемных операциях) витков каната на барабане. В соответствии с правилами безопасности число витков при нижнем положении крюка должно быть не менее пяти nз 5.
Число витков каната в одном слое навивки определяем по формуле:
nв=lба∙dк=1,521,07∙0,038=37,4
где а – 1,051,1 - коэффициент, учитывающий зазоры между витками и поперечную деформацию каната, принимаем а=1,07.
Длина каната по слоям свивки:
lк1= π∙nвДб+b∙dк=3,14·37,40,76+0,92∙0,038=93,3м;
где
b - коэффициент, учитывающий уменьшение расстояния между слоями каната, принимается b = 0,92.
lк2= π∙nвДб+3∙b∙dк=3,14∙37,4∙0,76+3∙0,92∙0,038=101,5 м.
lкz= π∙nвДб+2∙z-1b∙dк=
=3,14∙37,4076+2∙3-1∙0,92∙0,038=109,7 м.
где z – рекомендуемое чиcло слоев навивки каната, принимается z = 3.
Общая длина каната на барабане при zслоях навивки каната
lк= π∙nв∙ДбZ+z2∙b∙dк=3,14∙37,40,76∙3+32∙0,92∙0,038=304,6 м
Общая длина каната для оснастки талевой системы при бурении на нефть и газ определяется по формуле:
Lкz= π∙Dш2+Н0Uт.с.+2+l0= 3,14∙1,22+52∙12+2+12,53=766,9 м;
l0=nз∙π∙Дб+dк=5∙3,140,3∙0,015=4,94 .
где
Dш – диаметр шкива талевой системы;
l0 – длина каната, сматываемая на барабан при нижнем положении крюка:
l0=nз∙π∙Дб+dк=5*3,14*0,76+0,038=12,53.
Диаметр тормозных шайб лебедки
Dт.ш = (1,82,5)Дб = 2,2·0,76 = 1,37 м.
Определяем отношение жесткостей каната и оболочки из выражения
βк= Ек∙fiЕ∙φ∙dк∙t,
где
φ= δdк - для барабана стального литья φ=0,81,0; примем φ=0,9
t = 1,05dк =1,05*0,038=0,040
βк= Ек∙fiЕ∙φ∙dк∙t= 1,3∙1011∙6,72∙10-42∙1011∙0,9∙3,8∙10-2∙0,04=0,32.
Определяем безразмерный параметр
ξ= Е∙dк2∙φr2∙Еп=2∙1011∙0,0382∙0,90,0225∙2,5∙108=46.
где
r – радиус барабана, r=0,15 м.
Теперь можно определить коэффициент аz по слоям навивки:
для первого слоя
а1= 11+0,5∙βк= 11+0,5∙0,32=0,86 ;
для второго слоя:
а2= 11+βк1,5+0,5∙μ2= 11+0,321,05+0,5∙107,21=0,05;
где
μ2=ξ2+βк=462+0,32=107,21
для третьего слоя:
а3= 11+βк2,5+μ3= 11+0,322,5+122=0,02.
где
μ3=ξ2+2βк=462+2*0,32=122,0
Далее находим аz
аz=а1= аz-3= а1+а2+а3 =0,86+0,05+0,02=0,94.
Напряжение сжатия в стенках барабана по формуле:
σсж= аz-3Рδt= 0,94∙1050,9∙3,8∙10-2∙4,0∙10-2=68,9 МПа,
где
δ= φ∙dк=0,9∙3,8∙10-2.
Допустимое напряжение для стального литья σсж=120 МПа