книги из ГПНТБ / Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин

Рис. 33. Чертежи рукоятки ключа с нанесением действующих усилий

Сила, приложенная к рукоятке ключа, Р — 300 кг, расстояние между сечением II — II и силой Р*12 —

. — 45 см.

Изгибающий момент М - Р - /2=300-45 = 13500 кГ-см. Нормальное напряжение, действующее в сечении

I I - I I :

о

101

Момент сопротивления сечения W определяется по формуле:

Расстояние от центра тяжести до наиболее удален­ ной точки (сечение II—II) определяется как

У = -у- = 1,85 см

по формуле (5):

J 14,20 = 7,67 смК

У1,85

Нормальное напряженке в сечении II—II:

_ М_ __ [13500

/а ~~ W ~ ~7,67

При заводском стендовом испытании опытных образ­ цов ключей выявилось, что в случае значительного уве­ личения силы, прилагаемой к концу рукоятки, она изгибается вблизи головки. Поэтому предполагаемым опасным сечением будет сечение III—III.

Всечении III—III действует изгибающий момент

М— Р-13 = 300-40 = 12000 кГсм.

Момент сопротивления круга

В проверке остальных сечений рукоятки ключа нет надобности, поскольку изгибающий момент уменьшается

102

значительно быстрее момента сопротивления соответ­ ствующих сечений.

Как видно из производственного расчета, максималь­ но напряженным й, следовательно, наиболее уязвимым сечением для рукоятки является сечение III—III.

Челюсть рассматриваем как балку, подверженную действию сил Q'\, Q 3 и Q* (рис. 34).

Г

в-20мм; R*20мм; г ■10мм

Рис. 34. Чертежи челюсти ключа с нанесением действующих усилий

На рис. 34 показана челюсть ключа, находящаяся в равновесии, хотя действующие усилия не пересекаются в

одной точке.

В действительности действующие в челюсти силы трения отклоняют силы Q3 и Q4 таким образом, что сила Q'2 пересекает их в одной точке.

Так как для простоты расчета мы пренебрегали сила­ ми трения, для равновесия системы необходимо прило­

103

жить момент, уравновешивающий систему действующих на челюсть сил.

Ввиду незначительности момента (как показал ряд графических построений действующих сил в разных ва­ риантах челюсти), необходимого для равновесия систе­ мы, им при расчетах пренебрегаем.

Наиболее слабым местом в челюсти является сече­ ние I—/ у продолбленного паза под плашку..

Это сечение рассматриваем как консоль, нагружен­ ную силой Q4.

Изгибающий момент, действующий в этом сечении;

М = С4-/ 3120-4,5 = 14040 кГсм.

Из таблицы 27 Q4 = 3120 кг и из рис. 34 / = 4,5 см.

Для определения момента инерции / сечение разби­ ваем на элементарные треугольник и прямоугольник, площади которых обозначаем соответственно через Fі

и Р2.

2 2

Определим в отдельности моменты сечения, состо­ ящие из треугольника и прямоугольника, относитель­ но их центров тяжести.

Для треугольника:

Момент инерции J всего сечения относительно своего центра тяжести определяем по формуле:

Для определения значений ' Сх и С2, входящих [в формулу, определим Ус—ординату центра тяжести всего сечения:

104

Проушину челюсти проверяем на прочность в сечении II—II. В проушине челюсти действует сила Q'2 — 2820 кг-см (рис. 34). Проушину челюсти рассматриваем как брус большой кривизны, подвергнутый действию вну­ треннего давления, передаваемого пальцем.

При расчете проушины используем формулу для тол­ стостенных цилиндров.

Для наибольшего напряжения на внутренней поверх­ ности проушины формула имеет вид:

г — внутренний радиус проушины.

Для определения интенсивности давления в отверстии проушины пользуемся соотношением:

Qi

тде b—высота в проушине;

d —диаметр отверстия в проушине.

Qo

о = — кг/см2.

F

Площадь сечения (см. рис. 34)

F 4(R ~~ г ) ~ - = 4(2 — 1) -|- = 4 см\

Расчет пальца введем ^ля пальца, соединяющего рукоят­ ку и челюсть. В этом шарнирном соединении действует наибольшая срезывающая сила Q2 = 2820 кг. Диаметр пальца d = 2 см.

Напряжение в пальце, работающем на срез по двум сечениям, определяется из формулы:

106

Материалом рукоятки, челюсти и пальца является сталь 40Х, термообработанная, со следующими механи­ ческими свойствами (по ГОСТу 4543-61); предел проч­ ности при растяжении ав > 100 кг/мм2-, предел текучести от > 8Q кг!мм2.

Минимальный запас прочности в наиболее напряжен­ ном сечении деталей ключа определяется из соотноше­

Хотя запас прочности в опасных сечениях деталей ключа выше необходимого, автор не считал нужным уменьшать запас прочности, так как при конструирова­ нии исходят не только из этого фактора, но и из конструк­ тивного оформления ключа.

Необходимо отметить, что расчет ключа является ориентировочным, в нем не учитываются силы трения. Такой метод достаточно точен и удобен для практиче­ ского применения.

3. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

После выбора рациональной кинематической схемы захвата и расчета основных деталей ключа конструктор приступает к конструктивному оформлению его. ~ При конструировании ключа работа идет в двух на­

правлениях.

Первое — достижение наилучших эксплуатационных качеств ключа. Здесь перед конструктором стоят задачи: облегчение труда рабочих; повышение долговечности и надежности работы как ключа в целом, так и отдельных его деталей; снижение веса конструкции и уменьшение расхода быстроизнашивающихся запасных частей.

Второе направление — достижение технологичности конструкции ключа. Здесь требуется решение комплекса вопросов, обеспечивающих наибольшую простоту и де­ шевизну изготовления ключа без ущерба для его качеств.

107

Создать надежную и простую конструкцию ключа — нелегкая задача и решить ее можно только в тесном кон­ такте с производственниками-нефтепромысловиками и машиностроителями.

Успешное решение этой задачи требует от конструк­ тора хорошего знания как процесса спуско-подъемных операций, так и технологии производства.

В конструкции нового ключа для подземного ремонта нефтяных скважин автор стремится придерживаться этих принципов проектирования.

Создание нового ключа для подземного ремонта сква­ жин взамен всех существующих затруднялось необходи­ мостью сконструировать такой ключ, который был бы пригоден как для ручной, так и для механизированной работы.

Ключи для свинчивания труб вручную

Специфика подземного ремонта предъявляет ряд серьезных требований к конструкции ключа:

1)надежный захват;

2)быстрота зарядки и разрядки ключа;

3)удержание ключа на весу на вертикальной колон­ не трубы;

4)высокая износостойкость запасных частей, взаимо­ заменяемость их и быстрый съем;

5)минимальный вес ключа.

Ключ состоит из двух основных деталей — челюсти и рукоятки, снабженных съемными плашками» и соединен­ ных между собой шарниром. Пружина сидит на конце пальца шарнира, автоматизирует захват трубы и спо­ собствует удержанию' ключа на весу на вертикальной трубе (рис. 35).

Надежность захвата ключом трубы и быстрота за­ рядки и разрядки его обеспечены рациональной кинема­ тической схемой захвата.

Внешний вид собранного ключа и запасные части (плашка, сухарь и пружина) показаны на рис. 36.

Конструктивно оригинально решен вопрос удержания ключа на трубе в процессе работы (рис. 37).

Пружина надевается на конец шарнира (пальца) ключа, один конец ее ^помещается в прорез шарнира, а другой пропускается через тело челюсти и слегка из­ гибается.

108

Для регулирования натяжения пружины в конструк­ ции пальца предусмотрены пять просверленных отвер­ стий под стопорный болт, которые расположены равно­ мерно по окружности пальца.

челюсть; 2—рукоятка; 3—плашка плоская; 4—сухарь; 5—-палец; б—пружина;

7—ручка; S—стопорный болт сухаря; 9—-стопорный болт пальца

Рис. 36. Ключ с запчастями (плашка, сухарь и пружина)

Выбор материалов для деталей ключа зависит от эксплуатационных требований, обеспечивающих надеж­ ность в работе при наименьшем весе деталей.

109

В существующих старых конструкциях ключей для ручной работы в подземном ремонте применяли углеро­ дистую сталь. Известно, -что эта сталь имеет низкие прочностные характеристики, вызывающие утяжеление конструкции, а во многих случаях не гарантирует надеж­ ности ключа в эксплуатации.

Рис. 37. Ключ в рабочем состоянии на вертикальной трубе

С целью резкого снижения веса и обеспечения проч­ ности ключа в работе мы применяли для изготовления деталей ключа легированную высококачественную сталь при соответствующей термической обработке деталей.

При проектировании ключа особенно большое внима­ ние следует уделять разработке рабочих чертежей дета­