Определение рабочих нагрузок в элементах механизма подъема буровых установок тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ЛЬВОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

На правах рукописи ШНЬКО ШКГОР ИВАНОШЧ

УДК 622.24.053.6:624.072.4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ НАГРУЗОК В ЭЖ1ЕНТАХ'-МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 01.02.08 - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

дкссертащи на соискание ученой степени кандидата технических наук

Львов - 1988

Работа выполнена во Лыовскоы ордена Ленина политехническом институте имени Ленинского комсомола.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

КАЛИНИН С.Г. ■

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

БЕЛАЯ Н.М.,

- кандидат технических наук, доцент СТОЛЯРЧУК В.Ф.

Ведущее предприятие - Полтавское отделение УкрШИПИ

Защита состоится "27" д&КОБрЯ 1988 года в / Й часов на заседании специализированного совета К 068.36.05 при Львовском ордена Ленина политехническом институте имени Ленинского комсомола (290646, г.Львов-13, ул. Мира, 12).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института (ул.Профессорская, I)

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан "Ш " /-/ОЯ^рЯ . 1988 г.

Ученый секретарь специализированного совета, у/

кандидат технических наук,

доцент Е.М.ГАРАСЮК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . .

Актуальность теш. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" предусматривается ускоренное развитие нефтедобывающей промышленности с целью доведения к концу двенадцатой пятилетки общего уровня добыча нефти, включая газовый конденсат, до 835-850 млн.тонн и газа - до 630-640 ылрд.м3. Достижение поставленных задач может быть осуществлений при условии модернизации существующего и проектировании нового бурового оборудования с более высокими технико-экономическими показателями. Обеспечить данный рост добычи углеводородного топлива можно' также путем улучшения технологических режимов работы всех элементов буровой установка."

Надежность работы буровой установки в основной определяется механизмом подъема, при помощи которого осуществляются все технологические операции, производимые в процессе проводки скважин. Свыше 40$ времени, затрачиваемого nisi бурении скважин, идет на спуско-подьемные операции (СПО), поэтому увеличение производительности, надежности и долговечности элементов механизма подъема при эксплуатационных режимах является задачей важной и актуальной.

Большая часть времени работы бурового оборудования приходится на переходные процессы, поэтому определение дополнительных динамических нагрузок в элементах механизма подъема является первостепенной задачей.

До настоящего времени исследователями рассматривались отдельные части механизма подъема без органической связи всех его элементов друг с другом, не учитывались реальные характеристики приводных двигателей, изменение расчетных взличин в процессе работы. Проводимые динамические исследования осуществлялись на основе упрощенных дискретных моделей, в основном, в линейной постановке.

Так как механизм подъема буровой установки представляет собой многомассовую (30...50 масс) разветвленную кинематическую цепь, то яссле- . довать такую систему довольно сложно. В связи с этим в данной диссертационной работе, для удобства исследования, предлагается весь механизм подъема рассматривать в виде последовательно соединенных элементов: привода, трансмиссии, лебедки, талевой системы и колонны бурильных труб (КЕГ), находящихся в функциональной зависимости. Рассматривая додъекный механизм буровой установки, как систему связанных между- собой элементов, можно установить взаимовлияние агрегатов системы на работу всего механизма в целом.

Цель работы. Для более точного нахождения исходных параметров предлагаются методы определения деформаций, частот и усилий в элементах мв~

ханизыа подъема на основании анализа динамических явлений, возникающее в элементах установок глубокого и сверхглубокого бурения с учетом реальных характеристик привода, вариантов раздельной и совместной работы приводных силовых агрегатов, изменения длины, радиуса гхвивки каната на барабан и момента инерции барабана. Даются рекомендации по выбору расчетных схем и получению аналитических зависимостей для определения динамических параметров системы и совершенствованию инженерного расчета элементов' механизма подъема буровой установки.

Общая методика исследований. Рассмотрены кинематические схемы элементов механизма подъема буровых установок для обоснованного выбора расчетных дикашческих моделей; предложены (см.рис.1 и 2) эквивалентные динамические модели привода (I).трансмиссии (2) .буровой лебедки (3), талевой системы (4) и КБТ (5),дозволившие провести исследование нагрухенкя элементов механизма подъема при различных эксплуатационных режимах работы и вариантах включения приводных двигателей;при определении деформаций, частот и усилий в деталях механизма подъема учитывались переменные значения расчетных величин (длины,массы,жесткости и радиуса навивки тяговых канатов, момента инерции барабана); цроцесс пуска приводных силовых агрегатов рассматривался с учетом реальных характеристик двигателей.

Исходя из вышеизложенного, можно отметить, что решение задач по определению динамических характеристик элементов механизма подъема возможно только при использовании методов линейной и нелинейной механики с применением методов Фурье,Крылова-Боголюбова-Митропольского, Венцеля-Крамерса-Брголлэна и др.Экспериментальные исследования выполнены на действующей буровой установке скважины разведочного бурения "Ролив-1".

Научная новизна. В выполненной работе получены следующие результаты: проведен анализ кинематических схем элементов механизма подъема; • предложены динамические модели для исследования работы механизма подъема при экепдуатациошых режимах; исследованы динамические явления в грузо-несущих канатах с учетом изменения их длины, жесткости и массы; исследована работа механизма подъема буровых установок при различных эксплуатационных режимах; разработаны программы для определения' на ЗВМ величин движущих моментов, деформаций, частот и усилий во всех звеньях применяемых типов приводов, трансмиссий и буровых лебедок.

Практическая ценность. Предложенная'методика определения нагрузок в элементах механизма подъема, с учетом реальных характеристик привода, изменения длины, жесткости и массы грузонесущих канатов, подаоляет повысить точность вычисления динамических усилий, деформаций и частот при работе мехр лзма подъема. В такой постановке динамические исследования

механизма подъема ранее не ставились. Полученные аналитические завися-мости и программы для вычисления рабочих нагрузок в элементах привода, • трансмиссии,буровой лебедки,талевой системы и КЕТ используются в инженерной практике на производстве,а таете при проектировании и модернизации бурового оборудования установок глубокого и сверхглубокого бурения.

Реализация результатов. Внедрение в производственно-геологическом объединении (ПГО) "Запукргеология" методики по определению рабочих нагрузок в элементах механизма подъема буровых установок позволило, путем увеличения скорости, уменьшить время на СПО и за счет этого получить по объединению экономический эффект в размере 35 тысяч рублей в год.-

Апробация •работы. Основные положения работы доложены на Меадуна-' родной научно-технической конференции "Автоматизация производственных процессов"(Львов,1976 г.); Всесоюзном совещании по методам расчета механизмов машин-автоматов (Львов,1976 г.); Ш Всесоюзной научно-технической конференции на Уралмашзаводе "Вопросы проектирования, эксплуатации бурового оборудования и повышение его надежности" (Свердловск, 1981 г.); ХХХ1У-Х1У научно-технических конференциях (1977-1988 гг.) и научном семинаре кафедры "Детали машин" (1988 г.) Львовского ордена Ленина политехнического института им.Ленинского комсомола.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 научных работ. ■ •

Объем таботы. Диссертащонная работа состоит из введения, шести разделов, выводов, списка литературы (171 наименование) и прилежания. Основной текст изложен на 166 страницах (без списка литературы и приложения) и содержит 37 рисунков и 38 таблиц. О0щий объем работы со списком литературы и приложением составляет 240 страниц.

На защиту выносятся следующие положения: динамические модели приводов, трансмиссий и жбедок различных механизмов подъема, позволяющие учесть при исследовании переменные расчетные величины и эксплуатационные режимы работы буровых установок; теоретические и экспериментальные исследования по определению рабочих нагрузок в элементах механизма подъема с учетом раздельной или совместной работы приводных силовых агрегатов; результаты исследований динамических явлений в звеньях механизма подъема, дающие возможность модернизировать существующие я проектировать новое буровое оборудование.

КРАТКОЕ СОДЕШАНИБ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность я определена цель работа ,даяа научная и практическая необходимость проводимых исследований, сфорцу-

лированы основные принципы исследования. .

В первом тазделе выполнен анализ современного состояния исследований динамических явлений в механизме подъема буровых установок.

Изучению динамических процессов в механизме подъема посвящены работы Р.А.Баграмова, П.В.Балицкого, Г.Н.Беркица, В.Л.Вейца, С.И.Ефим-ченко, А.Л.Ильского, Я.Б.Кадымова, С.Г.Калинина, К.Н.Кулизаде, Б.И.Мо-цохейна, С.А.Раджабова и других. При проведении исследований авторы, как правило, не учитывали влияние реальных внешних характеристик привода на динамику процесса подъема.

В работах А.М.Ашавского, В.Л.Вейца, В.Г.Гришина, А.А.Саидова, А.Е.Кочуры, И.А.Курзеля, В.Н.Марченко, И.П.Могильницкого, Р.Э.Пина, А.О.Сотникова, Е.В.Харченко и других рассмотрены вопросы, связанные с исследованием динамических процессов, происходящих в приводе механизма, подъема. В этих работах исследовался только определенный тип привода, но рассмотрены вопросы раздельной и совместной эксплуатации приводных силовых агрегатов, нет обобщающих результатов по всем типам приводов.

При исследовании динамических явлений, происходящих в буровых лебедках Ю.М.Андрушевич, Л.НДирова, Е.А.Ильин, С.А.Радяабов, Л.Г.Шраго и другие решали вопросы выбора расчетных схем, определения динамических характеристик системы^увеличения производительности. Все эти исследования проводились для определенного типа буровой лебедки.Исследование различных типов лебедок также представляет интерес, так как их работа влияет на эксплуатационные характеристики талевой системы и КЕГ.

Колебательные процессы, происходящие в ветвях талевой системы,распределение нагрузки по каждой струне каната рассматривались в работах Р.А.Баграмова, Г.Н.Беркеца, С.И.Ефимченко, Б.И.Мельничешнко, Н.Мумино-ва, В.Н.Радченко и других. При проведении данных исследований не были учтены изменения длины, радиуса навивки и физическая нелинейность материала каната.

В работах С.Г.Калинина, Б.М.Плша, П.П.Гумяндева, Г.М.Шахмалиева и В.Г.Юртаева рассмотрены динамические явления, происходящие в КЕГ при СПО, При определении расчетных величин не учитывались реальные характеристики приводных двигателей, диссипация энергии колебаний, а-решение задач приведено в линейной постановке.

Проведенный обзор работ по динамике буровых установок показывает, что авторами рассматривались вопросы динамики подъемной системы, с учетом определенного типа привода и буровой лебедки, изменения пускового момента, различных режимов работы КВТ, процессов, происходящих в шинно-пневматических муфтах и т.д. При этом были получены усилия и частоты

колебаний в ветвях тяговых канатов и поперечных' сечениях КЕГ, значения резонансных глубин бурения, скоростей подъема и т.п.

Несмотря на столь большой объем работ по динамике буровых установок, вопросы определения нагрузок в элементах механизма подъема установок глубокого и сверхглубокого бурения изучены недостаточно. Нет работ, давдих обобщенней результат по всей применяемым приводам, трансмиссиям, буровым лебедкам и талевым системам. Не учитывалось влияние изменения длины, радиуса навивки каната на барабан,.момента инерад барабана на динамику подъемного механизма в целой и определении данадатэ-ских характеристик системы. При исследовании динамических процессов в работах не отражено влияние фонических параметров различных типов привода буровых установок. Не рассмотрена .взаимосвязь'и взаимовлияние эла-аентов всей кинематической цели механизма подъема: привода-траношсснн -буровой лебедкя-талевой системы-КЕГ.

В связи о этим, представляется актуальным, на основе анализа кинематических схем механизмов подъема буровой установки, составить эквивалентные данамиче окне модели для математического моделирования динакэта-скях процессов при исследовании работы элементов механизма подъема на различных эксплуатационных режимах буровых установок глубокого и сверхглубокого бурения. При этом, для повышения точности определения данаот-ческях характеристик системы, необходимо учитывать реальные параметра првода, изменение расчетных величин'(длицы, массы я радиуса кавквкн каната на барабан, момента инерции барабана) в процессе работы. Получить аналитические зависимости, определяющие усилия, деформации я частоты в механизме подъема, необходимые для совершенствования кияянершй лзтодов расчета буровых установок. Предложить йптимальные режимы в эксплуатация, рациональные варианты совместной или раздельной работы пря- ' водных двигателей для повышения долговечности, увеличения производительности в процессе работы. Поэтому в данной работе предлагаются слэдужаэ пути исследования: анализ кинематических схем механизмов подъема буровых установок; составление динамических схем для математического моделирования условий работы элементов механизма подъема при оксплуатац^.ог«-пнх режимах; исследование динамических процессов в грузонасущих канатах, с учетом изменения их длины, жесткости а массы; установлена» сиа^-тра скоростей подъема КЕГ для различных типов буровых лебедок; получение аналитических зависимостей для определения частот основного тона колебаний, усилий в элементах механизма подъема прн различных ?ке«иуа~ тационных режимах работы; проведение математического модедкровапБя свободных я вынужденных колебаний КВТ, с учетом влияния сопроягадот затру бкого пространства; разработка комплекса программ для.авээнвреюгй

расчета по определению нагрузок в элементах механизма подъема при различных режимах работы буровых установок.

Допущения в работе, в основном, являются общими при рассмотрении данамических явлений в элементах механизма подъема и приняты следующими зубчатые колеса коробки передач абсолютно жестки; валы, соединяющие зубчатые колеса, имеют конечные значения аесткостей и учитываются в расчетах; линейная зависимость мезду усилиями и деформациями; дефор-каЦан не превышают пределов упругости; приводные двигатели при совмес-ной работе вращаются синхронно, имея одну и ту ке угловую скорость; вадорн в кинематических парах не учитываются; навивка витков каната на барабан осуществляется без зазоров; проскальзывание каната по ободу барабана отсутствует; ось бурильной колонны вертикальна.

Во втором разладе, на основании анализа кинематических схем дизельного, дизель-гидравлического (с силовыми агрегатами СА-6, СА-10, СА-1ДДГ-1000) и элзкхрического (переменного и постоянного токов) приводов установок глубокого и сверхглубокого бурения, составлены эквивалентные динамические и математические модели приводов и трансмиссий при различиях вариантах раздельной и совместной работы приводных силовых агрегатов, максимальное количество которых равно 'четырем.

На ркс.1, в качестве примера, представлена динамическая модель ди-взль-тщдравлического привода с трансмиссией буровой установка Уралмаа 2ССДГ-1У с зреия снлоннмя агрегатами СА-1АДГ-1000. На рисунке штряхпуш-тяршш линиями выделены элементы привода.(I) к трансмиссии (2). На рюунке и в уравнениях введены следующие обозначения: Тг »Тд , Гд — вра-сжае моменты пргоодных силовых агрегатов; и^ , 3^ , 3я ~ моменты шшр-щя читателей и вращающихся с ним масс; , Згма- мшенты инерции муфт Щ?00 и 2МП70С; 050 - моменты инерции зубчатых овездочек с числом эубьов 30 и 49; Ск<, , Ск1» См - жесткости карданных валов; Сй , Са! , С.^, Сн . С« • Св3 - жесткости цепных передач, соединяющие валы суммнру-КЕ;ого редуктора: первого и нулевого ( второго и первого (С^ ) и т.д.; Св, С« , Су, Сг2 .С» , Сл , , С« . Сл ,Си - жесткости участков валов сушярувдзго редуктора; , , »» чо » '« » \ »»

• ^51 • ^я • ^ ». ^1(5 . . • " соответственно коэф-фэцаенты дяссяпацаи валов (карданных и редуктора) и цепных передач; ,

- угловна перемещения масс привода, муфт, йубчатых колес и т.д.

Для определения вращающих моментов, в функции времени, приводных сняовых агрегатов, деформаций, частот, усилий и коэффициентов динамичности в любом звене привода и трансмиссии составлены уравнения движения'

вращающихся масс данного привода при совместной работе всех силовых аг-

регатов:

УхЧ^г" ^„(^'Тх ; (I)

; (2) ; (3)

(4)

-СгДг^=0; (5)

О", (6)

'Ш; (8)

Л"У"^ог)= О; (9)

%РЛ(П)%к%У о; (Ю)

-С^-^У-О; (и)

(к)

У^ЛШ«^ V«,)" 0 ) (14)

; 45)

(18) (19)

Так как аналитическое решение системы уравнений (I ... 19) не представляется возможным, то разработана программа для ЭВМ на алгоритмическом языке Фортран-1У. По этой программе, не только для рассматриваемого, а для любого типа привода и возможных вариантов работы силовых агрегатов получены расчетные значения динамических параметров модели, В табл. I, в качестве примера, из всех расчетных величин приведены значения только коэффициента динамичности Кд , показывающего характер динамических явлений в системе, и избыточного момента ТщБ в упругом звене муфты, соединяющей привод и трансмиссию с буковой лебедкой, для всех возможна вариантов раздельной и совместной работы приводных силовых агрегатов, где цифрами обозначены: 1,2,3 - раздельная работа I, П и Ш агрегатов.} 4,5,6 - совместная работа двух агрегатов (I и П, I и Ш, П и Ш); 7 - совместная работа всех трех агрегатов.

и

Таблица I

Значения Кд и Тцз5 в упругом элементе муфты 2МП700 силового агрегата СА-1АДГ-1000

Параметр Варианты работы силовых агрегатов

I 2 3 4 5 6 7

кэ 1,557 1,549 1,539 1,505 1,498 1,496 1,512

ГЦ,6 7,25 5,83 5,38 10,72 9,95 9,91 15,34

Анализируя рабозу привода и трансмиссии различных типов буровых установок, на основании полученных результатов решения уравнений явнхе-ния соответствующих приводов, можно сделать вывод, что деформации и усилия в звеньях кинематической цепи механизма подъема возрастают с удалением от привода, а динамическая составляющая силы и коэффициент динамичности падают.

В третьем шзделе рассмотрены динамические модели буровых лебедок У2-5-5, ЛЕУ-ИОО, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, применяемые в установках глубокого и сверхглубокого бурения, позволяющие учитывать изменение радиуса на-еявют к?ната на барабан и момент икерцжг барабана. Пщ исследовании дп-накических явлений в буровой лебедке рассмотрены два режима работы: СПО и бурение. На рис.2 показана динамическая модель буровой лебедки У2-5-5. На рисунке штрихгунитарными линиями выделены элементы лебедки (3), талевой системы (4) и КБГ (5). На рисунке и в уравнениях приняты следующие обозначения:Тг - тормозной момент, создаваемый тормозным устройством; Тс- момент сопротивления, приложенный к барабану лебедки; Jií , , ,Зг- моменты инерции зубчатых звездочек цепных передач (вдекс означает число зубьев звездочки; Е - сменные зубчатые зьзздочз® пзшюй передачи ротора); ЗкВ ,3Г,0Р, Зцц , Зг(и - соответственно комзетн инерции катушечного вала, тормоза, ротора, муфт 2Ш500 и 2ШЮТ0; , мсменты инерции зучатых колес, соединяющих карданный вал КВ1 с коробкой передач; - переменный во времени момент инарцки Сарабака; С15, С16 , С3<| - жесткости цепных передач буровой лебедки Сингзкс указн-вает мечду какими валами лебедки установлены цепные передата'}; Скг., , С<2, С3) , Сц - жесткости участков валов трансмиссии лебедки; ,

' » • ^и • ^м ' ~ соответствующие коэффициенты диссапапет участков валов и цепных передач; ЦЬ)- длина каната к КЕТ; ,

т., М<, - соответствующие массы каната, КБГ, талевой системы я утяжеленного низа КБТ; %<8, 4>т. , , ^ ,4>г1 , . Ч»« ,

Рис. 2

^51 > ^61 ~ угловые перемещеш1я масс катушечного вала, тормоза, ротора и т.д.

Так как при СПО или бурении работа механизма подъема может осуществляться нь одной кз пяти скоростей коробки передач, то число масс, участвуондах в передачи силового потока, будет различным. Поэтому движение системы вращающихся масс записывается отдельно на каждой скорости, а в качестве примера, при работе на У скорости, уравнения движения масс имеют следующий вид:

ШЧгКА^О (20)

0(23)

^^ИД^гС«^)* ЪЪШ'-Тс . (24)

Аналитически репшть сзстему (20) ... (24) не представляется возмогшим, поэтому разработана Фортран-программа для вычислений перэмеае-най, частот, усилий и коэффициентов дзнадичности в звеньях кинематической цепи буровой лебедки пря различных вариантах раздельной я совместной работы приводных агрегатов, а такяе на различных скоростях врьпептя подъемного вала. В табл. 2 и 3 сведены значения коэффициентов динамичности, полученных для подъемного вала лебедка У2-5-5 буровых установок с дизельным п электрическим переменного тока приводами.

Таблица 2 •

Знача ння Кддля подъемного вала лэ бедки У2-5-5 буревой установка Урагмаш ЙД-76 с дизельным приводом

Скорость врада-яая подъемного аала лебедки Варианты раб оты двигателей

I 2 " 3 4 5

I - - - 1,206 1,198 1,177 1,148

П - - - 1,391 1,389 1,35В 1,217

Ш 1,685 1,681 1,654 1,513 1,498 1,512 1,293

ГУ 1,723 1,703 1,698 1,605 1,594 1,601 1,374

Таблица 3

Значения Kg для подъемного вала лэбедкя У2-5-5 буровой установка Уралмкп 43-76 с электроприводом переменного тока

Варианты работы двигателей Скорость вращения подъемного вала лебедки

I П Ш 17

абота двигателя I 1,304 1,338 1,395 1,409

''абота двигателя П 1,304 1,337 1,391 1,407

'овместная работа 1,387 .........,.. ,,. .. J 1,426 1,531 1,602

В уаботе приведены расчетные динамические параметры дум всех тя-ов лебэдок буровых установок глубокого я сверхглубокого бурения. В за-аочение можно отметать, что коэффициент динамичное га Kg увенчивается ростом скорости подъемного вала, уменьшается пра под>?.«е на I скорое-г (кроме электропривода переменного тока) и с увелячешем числа cos-

масгко работающих приводных двигателей. Регулируется в широких пределах (обратнолрояорционально времени подъема КБГ) для электропривода постоянного тока.

В четвертом таэпеле рассмотрены динамические явления, возникающие в грузонесущем канате талевой системы и КВТ (рис.2) с учетом'изменения длины каната и сопротивления внешней среды в затрубном пространстве. Уравнения движения каната в КБГ представлены в виде.

¿«-a^g^ff ; <25)

ua^da-a22aw=ge( (26)

где: U, и Цг - продольные перемещения поперечных сечений каната и КБГ; СЦ.йг,- староста распространения упругих волн деформаций в канате и КВТ.; tfg- линейная скорость навивки каната на барабан лебедки; Cf ,g0 -граватакаонные постоянные при движении в воздухе и в жидкости; ^ - соп-ромзвленае движению КВТ в затрубном пространстве.

Решение уравнений (25) и (26) производилось методами Боголюбова-8,!зтропольского, Фурье, с применением "канатных функций", введенных Г.Н.Сагиным. При решении получены значения собственных частот колебаний, деформаций, усилий в канате и КБТ, критические скорости навивки каната на барабан. Показано, что с увеличением длины каната и массы поднимаемого груза, частота основного тона колебаний уменьшается. Сравнивая рабочие скорости подъема с критическими, можно рекомендовать уве-лзченае скорости подъема на I...2 Vc при массе поднимаемого груза до 10® кг и уменьшение - при больших массах.

Пятый раздел; посвящен определению нагрузок в элементах механизма подъема при эксплуатационных режимах. Так как один и тот же привод рассматривается при режиме СПО и при режиме бурения, то целесообразно исследовать режим пуска механизма подъема. Максимальное число приводных силовых агрегатов в механизме подъема равно четырем (буровые установка Уралыаш 40СЮД1У и Уралмаш 5000Д1У).поэтому для данных буровых установок расчетная динамическая модель будет наиболее общей. В частном случае можно получить расчетные динашческие модели для других буровых установок, в которых используется I...3 силовых агрегата. В работе получено аналитическое решение для определения дефорладай, усилий и частот ops яуеке однопрнводного силового агрегата (буровые установки Уралмаш 400С0У а Уралана 50003У), расчетная динамическая модель которого показана на рыс.З. На рисунке приняты следующие обозначения:^ , , J3 -соответственно моменты инерции двигателя, трансмиссии, вращающихся час-

тей муфты, приведенные к подъемному вату лебедки; CJ2 , С23 , С3 - приведенные жесткости валов соответственно между приводом и трансмиссией, _ трансмиссией и муфтой, приводом и подъемным валом лебедки; , fj, , Vj -угловые перемещения вращащихся масс. Уравнения движения вращающихся масс составляются с использованием уравнений Лагранжа П рода и имеют такой же вид как и в разделах 2 и 3. Деформации в упругих звеньях определяются следующими зависимостями:

§г A,sink(t+Ö(co5kft+B,sink2t %coskzt +Ц+32)Гав / Cü (3,* Jzb (27) 5:=A2sink<t+ß2cosk,t+D2sinkat+C2cosk2t+^МСа0^32*33); (28)

jhv)X°'WnA(ri)dqdt, ° (29)

где: А,, 8< , C4 .£, , A2 , Cz ~ коэффициенты, определяемые из начальных условий; k<2 ~ значение собственных частот; JÜt) - переменная собственная частота; 0)щ - угловая скорость ведущей и ведомой полумуфт в момент сцепления; 6{t) - коэффициент; , §2 . 53 - деформации соответствующих упругих звеньев. Найденные деформации позволяют определить усилия в упругих звеньях механизма подъема.

Нри бурения, в расчетной схеме на рйс.З, добавляется распределенная масса КБТ, соединенная упругой связью с барабаном. Это позволяет, наряду с элементами привода и трансмиссии, дополнительно определять деЬорма- -ции, усилия и частоты в поперечных сечениях КБТ.

В шестом тазделе проведено сравнение теоретических и экспериментальных исследований. Экспермент проводился на действующей буровой установке сквачины разведочного бурения "Ролив-I", Стрийской НГРЬ ИГО "Запукр-геология". В процессе эксперимента определялись частоты колебаний и усилия в грузонесущем канате и верхнем сечении КБТ при провелении спуско-вдш'ных операций и бурении. Измерения провозились при помощи высоко-

чувствительных полупроводниковых нитевэдных датчиков наклеенных на специальное измерительное "устройство.

Эксперимент дал хорошее совпадение величин, полученных расчетным и экспериментальным путем; так как погрешности вполне допустимые, то это подтверждает правильность всех теоретических предпосылок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании анализа кинематических схем элементов механизма подъема буровых установок глубокого и сверхглубокого бурения составлены эквивалентные динамические модели привода, трансмиссий и буровых ле-будок, что позволило,'с использованием математического аппарата и ЭВМ, определять деформации, частоты и усилия во всех звеньях механизма подъема.

2. Аналитическим путем получены значения вращающих моментов, деформаций, частот к коэффициентов динамичности во всех звеньях элементов механизма подъема при различных скоростях подъема груза и вариантов работы приводных силовых агрегатов; максимальные перегрузки в звеньях привода и трансмиссии буровой установки Уралмаш 4000ДГУ, возникают при подъеме груза на высшей скорости и составляют около 190% от статической; с увеличением числа совместно работающих силовых агрегатов, при возростании полной нагрузки в звеньях привода и трансмиссии уменьшается ее динамическая составляющая.

3. Разработаны программы для расчета на ЭВМ величин движущих моментов, деформаций, частот и усилий для применяемых типов приводов, трансмиссий и лебедок т.к. не для всех динамических моделей можно получить аналитическое решение.

4. Динамические процессы, происходящие в грузонесущем канате и КЕТ, рассмотрены с учетом изменения длины, физической нелинейности материала, радиуса навивки каната на барабан и момента инерции барабана:

- при малоГ; длине каната в полиспасте максимальное расчетное значение динамического усилия в 1,8, а при больших в 1,05 раза-больше усилий и&йдешшх без учета его длины;

- максимальное отношение динамических усилий, найденных с учетом и без учета физической нелинейности материала каната составляет 2,2-2,5 при минимальной длине каната и при максимальной его длине 1,6-1,8;

-..расчетные значения радиуса навивки каната на барабан и момента вне да: и бауабана возростшот, по сравнению с обычно принимаемыми средни-ми.значегаш.щ, на 15-2о1" в зависимости от типа бурово!; лебедки.

Ь. НаРлени значения оптической скорости навивки каната на барабан вз ус»г.е?гя не г.ресгалъзш-ания каната по ободу барабана, что позволило

,ать рекомендация по увеличению скорости подъема груза на I...2 ц/с лри массе КЕТ до I05 кг, a npi максимальной грузоподъемности о необходимости снижения применяемых скоростей подъема.

6. Рассмотрены эксплуатационные режимы работа буровых установок с учетом влияния переменных геометрических и силовых параметров механизма подъема.

7. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность и правомочность выбранных динамических моделей, полученных аналитических решений и дали"хорошее совпадение с расчетными значениями параметров (по усилиям погрешность составляет около 1Ь%, а по частоте - около 1%),

8. Методика определения рабочих нагрузок в элементах привода, трансмиссии, лебедки, талевой системы и КЕГ используется в инженерной практике на производстве; при проектировании и модернизации бурового оборудования установок глубокого и сверхглубокого бурения; внедрение в ПГО "Запукргеология" данной методики позволило получить по объединению экономический эффект в размере 35 тысяч рублей в год.

.ОСНОШЫЕ ПОЛСКЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В РАБОТАХ

1. Гинько В.И. Динамика буровой лебедки //Третья Всесоюзи. научн.-техн.конф. на Уралмашзаводе "Вопросы проектирования,, эксплуатации бурового оборудования и повышение его надежности". Тезисы докл. Изд-во УЗТМ.- Свердловск, 1981.- С.ЮО.

2. Гинько В.И. Динамика буровых лебедок с переменными параметрами //Тр.молодых ученых /Львов, политехи. ин-т.-1980.- Вып.З.- C.I22-I28.-Рук. деп. в УкрШИНТИ. № 2173.- Ук-80 Деп.- 5.12.80.

3. Гинько В.И. Динамика буровой лебедки с электроприводом постоянного тока //Вестн. Львов, политехи, ин-та.- 1987,- * 210: Динамическая прочность мадин и приборов.- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов.ун-те. - С.29-32.

4. Гинько В.И. Динамика буровых лебедок при глубоком и сверхглубоком бурении //Вестн. Львов, политехи, ин-та.- 1986.- Ji 200: Динамическая прочность машин и приборов.- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.- С.47-50.

5. Гинько В .И. Динамика многоприводной силовой установки буровой лебедки //Вестн. Львов, политехи, ин-та.- I9ö4.- * 180: Технология машиностроения и динамическая прочность машин.- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.- CV.,-30.

6. Гинько Б .И. Динамика пуска буровой лебедки с электроприводом //Вестн. Львов, политехн. ин-та.- 1983,- .V 170: Технология машиностроения и динамическая прочность машин.- Львов: Вища школа. Изд-во при

Львов, ун-те,- С.43-45.

7. Динамика спуско-подарчных агрегатов буровых установок //Динамика, прочность и долговечность машин. Изд-во Львов, политехи, ин-та.-Львов,- 1985.- C.II0-II6.- Рук. деп. в УкрШИНТИ.- И 1370.- Ук-85

- Деп.- 21.06.85,а&Т-Гс<нвк:о &.И.

8. Гинько В.И. Динамические схемы привода буровых лебедок глубокого и сверхглубокого бурения //Динамика, прочность и износостойкость машин.- Изд-во Львов, политехи, ин-та.Львов, 1987.- С.27-55.- Рук. деп. в УкрНИИНТИ. К 793.- Ук-87 Деп.- 19.02.87.

9. Калинин С.Г.,Гинько В.И. Об изменении момента инерции механизма подъема //Сб. Львов, политехи, ин-та.- 1976,- № 6: Доклады и научные сообщения.- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.- С. 27-28,

10. Калинин С.Г., Гинько В.И. Динамика упругих систем с распределенными массами //Вестн. Львов, политехи, ин-та,- 1975.- № 106: Математика и механика,- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.-С.59-63 (укр.).

11. Калинин С.Г., Гинько В.И. Динамика систем с упругими звеньями //Вестн. Львов, политехи, ин-та,- 1975,- if 106: Математика и механика.-Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.- С.56-59 (укр.).

12. Калинин С.Г., Гинько В.И., Виноградов В.И. Вынужденные колебания системы с переменной ведом >й массой //Вестн. Львов, политехи, ин-та.-1977.- tf 119: Математика и механика,- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те.- С.с _ ¿укр.).

13. Калинин С.Г., Гинько В.И., Виноградов В.И. Расчет механизмов автоматических устройств с переменной массой звеньев //Всесоюзн..совещание по методам расчета механизмов и машин-автоматов: Тезисы докд.-Львог, 1976.- С.58.

14. Калинине.Г., Гинько В.И., ШишкинаИ.О. Влияние изменения момента инерции на угловую скорость вращения барабана //Сб. Львов, политехи, ин-та.- 1977,- И 8: Доклады и научные сообщения,- Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те,- С.35-36.

15.3inko W.I. , Kalinin S.G., Vinogradov; Yf.I. Zautomatyzowany rozpuch tupedu mechanizing wyciangowego z uwzglednieniem zminiajaoogo eie momentu lnercji bebna. Automatyzacia proceatw wytwftrczych. Zbi6r referatiw konfe-rencji naukowo-technicznej. Lw6w, 1976, S. 29-37.