2. Расчет основных параметров ротора

Исходные данные для расчета: Нагрузка на стол ротора Р₅ = 5200 кН. Крутящий момент на зубчатом колесе , передаточное число U=3,61, скорость вращения стола n₂=250 об/мин . Внешний диаметр колеса м, шестерни м, число зубьев: колеса z₂=65, шестерни z₁=18, расстояние между опорами: l₁ = 0,218 м, а = 0,156 м, l_ш = 0,180 м, l = 0,312 м, l_ц = 0,264 м. Средний диаметр цепного колеса D_ц=0,34 м, межосевое расстояние цепной передачи А = 1,353 м.

В качестве материала стола ротора, шестерни и зубчатого колеса принимаем Сталь 40ХН с закалкой ТВЧ, а для приводного вала Сталь 45.

2.1 Расчет нагрузок на опоры стола ротора

В процессе эксплуатации на стол ротора действует ряд на­грузок (рис. 2.1,а).

Рис. 2.1. Нагрузки действующие на опоры стола ротора.

1. Нагрузка от трения ведущей трубы квадратного сечения о стенки зажима при ее осевом перемещении вниз по мере углубления скважины. При вращении бурильной колонны ведущая труба прижимается к зажимам в четырех точках (рис. 2.1,б). Че­рез зажимы стол ротора передает бурильной колонне крутящий момент М_кр. Нагрузка по линии прилегания ведущей трубы к за­жиму:

Р₁ = М_КР/2l₁ ( 2.1 )

Р₁ = 80000 /20,218=183,5 кН

Сила трения

F = 2Mкр ( 2.2 )

где  — коэффициент трения, при трении сухих поверхностей  =0,25—0,3, при трении смазанных поверхностей =0,09—0,15.

F = 280000 =73,4 кН

На вращающийся стол ротора действует сила F, которая прямо пропорциональна коэффициенту трения. Регулярно смазы­вая ведущую трубу, можно в 2 раза снизить нагрузку от трения ведущей трубы о зажимы, что значительно повысит долговечность основной подшипниковой опоры. Еще лучших результатов дости­гают, применяя роликовый зажим, в котором трение скольжения заменено трением качения.

2. Окружное усилие на зубьях конической передачи

( 2.3 )

где D_ср—диаметр делительной окружности зубчатого колеса.

кН

3. Усилие Р₃ действует параллельно оси приводного вала ро­тора (осевая сила от конической передачи).

Р₃=Р₁_а ( 2.4 )

Р₃=183,50,7779=142,7 кН

4. Усилие P₄=48,8 кН действует параллельно оси стола ротора (ради­альная сила от конической передачи).

Р₄=Р₁_r ( 2.5 )

P₄=183,50,266=48,8 кН

Коэффициенты _a и _r определяют для угла m=35°.

Полученные вычислением коэффициенты _a и _r подставляют в фор­мулы со своими знаками. Чтобы избежать заклинивания зубьев, надо, чтобы сила F_a1 была направлена к основанию делительного кону­са ведущей шестерни. Для этого направление вращения шестерни (смотреть со стороны вершины делительного конуса) и направление наклона зубьев выбирают одинаковыми.

Тогда

_a = 0,44 sin ₁+ 0,7 cos ₁ ( 2.6 )

_r = 0,44 cos₁ - 0,7 sin₁ ( 2.7 )

_a =0,440,22+0,70,97=0,7779

_r =0,440,97-0,70,22=0,266

Сила Р₄ создает момент М₁, опрокидывающий стол ротора

( 2.8 )

кНм

5. Осевая нагрузка на основную опору от веса вращающихся деталей, связанных со столом ротора, Р₅=5200 кН.

Суммарная осевая нагрузка на основную опору

P₀ = F – P₄ + P₅ ( 2.9 )

P₀ = 73,4 – 48,8 + 5200 =5224,6 кН

Силы, возникающие в зубчатом зацеплении P₂, Р₃ и P₄, вы­зывают реакции опор А и В. Определим величины реакции от указанных сил и их суммарные значения:

реакции опор от силы Р₂ (рис. 2.1,в)

А₁ = Р₂ ( 2.10 )

B₁= P₂ ( 2.11 )

А₁ = 1230,156/0,218=88 кН

B₁= 123 =211 кН

реакции опор от силы Р₃ (рис. 2.1,г)

А₂= Р₃ а/l ( 2.12 )

В₂ = Р₃(а+l)/1 ( 2.13 )

А₂ = 142,70,156/0,218=102 кН

В₂ = 142,7(0,156+0,218)/0,218=245 кН

момент от действия силы Р₄ вызывает реакции опор (рис. 2.1,д)

А₃=В₃=М₁/l ( 2.14 )

кН

Силы Р₃ и P₄ вызывают реакции опор в одной плоскости. Зна­чит суммарные реакции

А_с=А₂+А₃ ( 2.15 )

В_с=В₂+В₃ ( 2.16 )

А_с=102+145=247 кН

В_с=245+145=390 кН

Сила P₂ вызывает реакции опор в перпендикулярной к реак­циям Аc и Bc плоскости. Следовательно, результирующие реак­ции будут равны

( 2.17 )

( 2.18 )

кН

кН

Для основного подшипника стола ротора в качестве расчет­ной радиальной нагрузки необходимо принимать реакцию опоры В, осевая нагрузка на подшипники будет равна Р₀. Хотя известны выражения для определения радиальной нагрузки на вспомога­тельную опору A, рассчитать вспомогательный подшипник невоз­можно из-за неизвестной случайной величины осевой нагрузки снизу вверх. Поэтому вспомогательную подшипниковую опору под­бирают конструктивно с учетом опыта эксплуатации роторов.