ЛЕКЦИЯ 12. ОБОРУДОВАНИЕ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

Талевая система обеспечивает проведение спуско-подъемных операций.

Талевая система призвана уменьшить силу натяжения ходового конца каната за счет уменьшения скорости подъема груза на крюке.

В талевую систему входят: а) кронблок с группой канатных шкивов, устанавли-ваемый на верху вышки; б) талевый блок, образующий группу подвижных шкивов; в) крюк, подвешиваемый к талевому блоку; г) канат, пропускаемый через шкивы кронблока и талевого блока: первый (мертвый конец) прикрепляется к талевому блоку или к рамному брусу вышки, второй (ходовой конец) крепится к лебедке подъемника ; д) оттяжкой ролик, устанавливаемый на рамный брус вышки.

Рассмотрим отдельные элементы талевой системы (см. рисунок 104).

1-кронблок; 2-канат; 3-вышка; 4-талевый блок; 5-крюк; 6-ходовой конец ка-ната; 7-оттяжной ролик; 8-мертвый конец

Рисунок 104-Схема талевой системы

КРОНБЛОК

Выпускается с 3-5 шкивами, расположенными на одном валу на подшипниках качения. Шкивы устанавливают на раме и ограждают.

Типы выпускаемых кронблоков приведены в таблице 31.

Расчет кронблока ведут в такой последовательности:

а) определяют нагрузку на крюке; б) находят силу натяжения струн талевой ос-настки; в) рассчитывают ось; г) рассчитывают подшипники; д) рассчитывают раму.

Максимальная нагрузка на крюке:

, (121)

где q – масса 1м колонны, кг/м;

- масса подвижной части талевой системы, кг;

L – длина колонны труб, м.

Силу натяжения в струнах определяется так.

В неподвижном состоянии нагрузка распределяется на струны равномерно.

, (122)

где n – число струн.

При подъеме груза натяжение в струнах каната будет различно в следствии потерь на трение. При этом максимальная нагрузка будет в струне, наматываемой на барабан - , минимальная – в мертвом - .

Таблица 31 – Техническая характеристика унифицированных кронблоков

Тогда усилия в каждой струне талевого каната составят:

(123)

(124)

(125)

………………………..

(126)

где n – число струн;

η – КПД шкива.

Усилие в ходовом конце каната для случая крепления мертвого конца за рамный брус вышки

, (127)

где - КПД талевой системы, зависящее от числа шкивов (таблица 32)

При креплении мертвого конца к талевому блоку:

(128)

Таблица 32 – КПД талевой системы

При применении оттяжного ролика

, (129)

где – КПД оттяжного ролика.

Общий КПД талевой системы при этом

(130)

При спуске труб в скважину усилия в струнах перераспределяются.

Для выбора оснастки, исходя из прочности каната - , число струн определяется:

(131)

Величина разрывного усилия определяется по формуле (наибольшее усилие передает ходовая часть каната):

(132)

где – разрывное усилие каната, Н;

- запас прочности (по правилам котлонадзора = 4-5).

Расчет подшипника ведется, исходя из эквивалентной нагрузки, приведенной к числу оборотов канатных шкивов, при переменных нагрузках и переменном числе оборотов.

, (133)

где - коэффициенты, составляющие долю времени работы подшипника

на данном режиме от общего времени;

… - коэффициенты, равные отношению:

где -частота вращение на данном режиме;

- частота вращения при преобладающем режиме;

- нагрузка на крюке, соответствующая данному режиму.

Число оборотов канатных шкивов определяется по формуле:

(134)

(135)

где Д – диаметр шкива, мм;

– линейная скорость крюка при преобладающем режиме, м/с;

n – число струн каната.

(136)

где v – скорость ходового конца ( в технической характеристике подъёмника ука-

зывается), м/с;

n – число струн.

Нагрузка на шкив определяется для каждого шкива:

(137)

где – усилие на ходовом конце каната, кг;

- нагрузка на первой струне ( ), кг.

Коэффициент работоспособности подшипника определяют по формуле:

(138)

где С – коэффициент работоспособности;

– эквивалентная нагрузка, кг;

- коэффициент, учитывающий характер нагрузки на подшипник;

- коэффициент, учитывающий какое кольцо подшипника вращается;

- расчетная частота вращения шкива в мин.;

h – долговечность в часах.

12.3. КРЮКИ

Крюки являются одной из ответственных частей талевой системы и служат для подвешивания элеватора при спуско-подъеных операциях. Крюк первым воспринимает нагрузку, что указывает на его особое место в талевой системе (рисунок 105).

1-серьга; 2-корпус; 3-ствол; 4-подшипник; 5-пружина; 6-палец; 7-рог

Рисунок 105-Схема крюка

Применяются крюки типов КН – 15, КН-25, КН-50, КН-75. Состоят из серьги 1, подствола 3, опирающегося на подшипник 4 и пружину 5, пальца 6, служащего для подвески рога 7. При конструировании крюков исходный диаметр является диа-метр зева, который должен быть достаточным для размещения штропов элева-тора. Техническая характеристика крюков в таблице 33.

Таблица 33- Техническая характеристика крюков

Рог выполняется цельнокованым. Наличие шарикоподшипников обеспечивает свободное вращение рога при работах по свинчиванию и развинчиванию. Пружинный амортизатор обеспечивает плавный подъем трубы до полного выхода ниппеля их муфты при отвинчивании.

Расчет крюка сводится к определению прочности рога крюка, пальца серьги, пружины, упорного подшипника.

Рисунок 106-Расчетная схема рога крюка

Суммарное напряжение от действия изгибающего момента и нормальной силы на крюк равно:

(139)

где Р – нормальна сила, Н;

F – площадь поперечного сечения, см²;

- радиус нейтрального слоя, см;

- расстояние нейтрального слоя до рассматриваемых волокон, см;

, (140)

где - радиус центра тяжести, см.

По теории кривых стержней наибольшее напряжение испытывает сечение, перпендикулярное линии действия внешней нагрузки. В нем действует изгиба-ющий момент:

(141)

(142)

Радиус кривизны нейтральной линии определяется по формуле:

(143)

Радиус кривизны центра тяжести сечения равен:

(144)

Расстояние нейтральной линии от центра тяжести сечения:

(145)

Расстояние от нейтральной линии до наиболее удаленных растянутых во-локон:

(146)

Расстояние от нейтральной линии до наиболее удаленных сжатых волокон:

(147)

Изгибающий момент:

(148)

Напряжение в растянутых волокнах от действия изгибающего момента:

(149)

Напряжение в растянутых волокнах от действия растягивающей силы:

(150)

Суммарное напряжение от действия растягивающей силы

(160)

Напряжение в сжатых волокнах

(161)

Суммарное напряжение в сжатых волокнах

(162)

Материал рога крюка – 12хН2.

Рисунок 107-Расчетная схема пальца рога крюка

Палец рога крюка рассчитывают как балку на двух опорах со сплошной нагрузкой на пролете «в».

(163)

(164)

, (для круга)(165)

где - максимальной изгибающий момент, Н см;

W – момент сопротивления, см³;

Р – сила действующая в пролете «в», Н;

- длина пролета, см;

q – рассмотренная нагрузка, Н;

d – диаметр пальца, см.

Напряжение смятия:

(166)

где f – площадь сечения пальца, см².

Ствол крюка рассчитывают по сечениям проушины:

(167)

Корпус рассчитывают на растяжение силой Р:

(168)

где F – кольцевая площадь сечения корпуса, см².

Расчет серьги ведут как балки с защемленными концами и приложенной к середине сосредоточенной нагрузкой

(169)

где – изгибающий момент, Н см;

- момент сопротивления сечения «в», см³.

Рисунок 108- Сечение корпуса крюка

(170)

где Р – сила, действующая в сечении «в», Н;

- расстояние между проушинами, см.

, (171)

где b – ширина серьги в сечении, см;

h – высота сечения, см.

Напряжение в сечении проволоки при нагрузке :

(172)

где - средний диаметр пружины, см;

n – число витков пружины;

d – диаметр проволоки, см.

Прогиб одного витка при нагрузке Q равен:

, (173)

где G – модуль сдвига ()

Рисунок 109- Серьга

Рисунок 110-Пружина

Прогиб всей пружины:

(174)

ТАЛЕВЫЕ БЛОКИ

Предназначены для подъема груза и вместе с кронблоком является единой полиспасной системой.

Состоит из шкивов 1 (см. рисунок 111), посаженных на вал 2 с помощью подшипников качения (роликовых) 3, обеспечивающих надежность и долговечность работы.

Смазка к подшипниками подводится через продольные сверления в вале. Шкивы собираются на одном валу и укрепляются крышками.

При конструировании талевых блоков следует руководствоваться следую-щими требованиями: а)талевый блок должен иметь обтекаемую форму во избе-жания задевания о выступающие части вышки; б) центр тяжести талевого блока должен располагаться ниже канатных шкивов для обеспечения устойчивости в процессе работы; в) в верхней части должно быть устройство для крепления мер-твого конца каната; г) канат должен быть предохранен от соскакивания; д) детали и узлы должны быть унифицированы и взаимозаменяемыми; е) боковые повер-хности желоба должны быть разведены под углом 45 для свободного перемеще-ния каната (при изгибе канат расширяется); ж) подшипники шкивов должны быс-тро и надежно смазываться.

Техническая характеристика талевых блоков приведена в таблице 34.

Оснастка талевой системы прямо влияет на её грузоподъемность и произ-водится в зависимости от рода выполняемых работ (рисунок 112).

1-шкив; 2-вал; 3-подшипник

Рисунок 111-Шкив талевого блока

1-одностороннее; 2-двустороннее; 3-трехстороннее; 4-четырехстороннее; 5-шестистороннее

Рисунок 112-Виды оснастки талевой системы

Таблица 34– Техническая характеристика талевых блоков

ТАЛЕВЫЕ КАНАТЫ

Применяют стальные канаты из проволоки мм с расчетным пределом прочности двойной свивки.

Диаметр канатов 11; 12,5; 14; 15,5; 18,5; 21,5; 25 мм.

Исходным условием при расчете канатов следует выбирать усилие в ходовом канате - , т.к. оно является максимальным при подъеме груза.

Разрывное усилие:

(175)

где n – запас прочности каната (n=4 5).

Диаметр шкива принимается равным 20 диаметрам каната.

Выбранный по разрывному усилию канат проверяется на суммарное напря-жение от растягивающего и изгибающего усилий по формуле Рело-Баха:

, (176)

где - число проволочек в канате;

- диаметр проволоки в канате, см.

,

где Е - модуль упругости (сталь Е=2,1 );

Д – диаметр шкива по дну канавки, см.