Подземный ремонт скважин

 
 
 
 

       2.1.1 Расчет мощности  электродвигателя без учета инерционных масс

       Исходные  данные

       М₃ = 1,8 кН (по табл.), П₃ = 68 об/мин, J_3П = 0,96.

       Мощность  двигателя зависит  от требуемой мощности рабочей машины, а  его частота вращения – от частоты вращения – от частоты вращения приводного вала рабочей  машины.

       а). Определим требующую  мощность Р₃:

                                           Р₃=М₃ω₃,                                                  (1) 

       где ω₃ - 2πn3/60 = 2*3,14*68/60 = 7,12 рад/с – угловая скорость;

              М₃ – 1,8 кН – крутящий момент,

       Р₃ = 1,8*103*7,12 = 12,8*10³ Вт = 12,8 кВТ.  

       б). Определим общий  коэффициент полезного  действия привода η:

                                         η=η_3П1*η_3П2 ,                                                                       (2) 

       где η_3П1, η_3П2 = 0,96 – коэффициент полезного действия,

       η = 0,96 * 0,96 = 0,92 

       в). Определим требуемую  мощность двигателя  Р_ДВ:

                                          Р_ДВ=Р₃/η,                                                   (3) 

       где Р₃ – требуемая мощность,

              η = 0,92 – коэффициент  полезного действия,

       Р_ДВ = 12,8*10³/0,92 = 13,9 кВт.

       Для определения мощности двигателя с учетом инерционных моментов необходимо определить инерционные моменты маховика и шестерен. 
 
 

       2.1.2 Определение масс вращающихся деталей

       Исходные  данные

 

       Решение:

                                 M = V · γ = π (D² – d²) H / 4 · γ ,                   (4) 

       где γ = 7,8 · 10³ кг/м³

       а). Масса маховика:

       m₁ = 3,14 · (0,23² – 0,16²) · 0,03 / 4 · 7,8 · 10³ = 5,017кг

       б). Масса шестерни 1:

       m₂ = 3,14 · (0,076² – 0,035²) · 0,05 / 4 · 7,8 · 10³ = 1,348кг

       в). Масса зубчатого  колеса:

       m₃ = 3,14 · (0,27² – 0,06²) · 0,05 / 4 · 7,8 · 10³ = 21,227кг

       г). Масса шестерни 2:

       m₄ = 3,14 · (0,08² – 0,06²) · 0,04 / 4 · 7,8 · 10³ = 0,686кг.

       д). Масса разрезного зубчатого колеса: 
 
 
 
 
 

                     V = π (D² – d²) H / 4 – abH ,                                     (5) 

       V = 3,14 · (0,35² – 0,27²) · 0,095 / 4 – 0,09 · 0,04 · 0,095 = 0,03м³

       M₅ = V · γ = 0,03м³ · 7,8·10³кг/м³ = 26,2кг 
 
 

       е). Общая масса:

                         m_общ = m₁ + m₂ + m₃ + m₄ + m₅ ,                         (6) 

       m_общ = 5,017 + 1,348 + 21,227 + 0,686 + 26,2 = 54,478кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2.2 Определение момента инерции вращающихся масс 

                             J = m · (D² – d²) / 8 ,                                          (7) 

       а). Для маховика J₁:

       J₁ = 5,017 · (0,23² – 0,16²) / 8 = 0,017кг· м²

       б). Для шестерни 1 J₂:

       J₂ = 1,348 · (0,075² – 0,035²) / 8 = 0,0007кг· м²

       в). Для зубчатого  колеса J₃:

       J₃ = 21,227 · (0,27² – 0,06²) / 8 = 0,18кг· м²

       г). Для шестерни 2 J₄:

       J₄ = 0,686 · (0,08² – 0,06²) / 8 = 0,0002кг· м²

       д). Для разрезного колеса J₅:

       J₅ = 26,2 · (0,35² – 0,27²) / 8 = 0,16кг· м²

       е). Общий момент инерции J_общ:

                    J_общ = J₁ + J₂ + J₃ + J₄ + J₅ ,                                        (8) 

       J_общ = 0,017 + 0,0007 + 0,18 + 0,0002+ 0,16 = 0,3579кг· м² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2.3 Расчет зубчатой  передачи

       Исходные  данные

       Р = 3 кВт

       n = 1430 об/мин

       Z₁ = 24

       Z₂ = 116

       L_h = 12·10² часов

       Расчет.

       1. Передаточное число U:

                               U = Z₂/Z₁ = ω₂/ω₁ = n₂/n₁ ,                               (9) 

       где Z₂ = 116 – число зубьев колеса;

              Z₁ = 24 – число зубьев шестерни; 

              U = 116 / 24 = 4,83 ≈ 5. 

       2. Угловая скорость  ω₁:

                                  ω₁ = πn₁ / 30 ,                                             (10) 

       где n₁ = 1430 об/мин – частота вращения,

             ω₁ = 3,14 · 1430 / 30 = 149,7 с^-1 

       3. Вращающийся момент  на валу шестерни  М₁:

                                    М₁ = Р₁ / ω₁ ,                                               (11) 

       где Р₁ = 3 кВт – мощность двигателя,

              ω₁ = 149,7 с^-1 – угловая скорость

              М₁ = 3000 / 149,7 = 20,04 Н·м 

       4. Угловая скорость  на валу колеса  ω₂:

                                ω₂ = ω₁ /U ,                                                    (12) 

       где ω₁ = 149,7 с^-1 – угловая скорость,

              U = 5 – передаточное число 

              ω₂ = 149,7 / 5 = 29,94 с^-1. 

       5. Вращающийся момент  на валу колеса  М₂:

                               М₂ = М₁ · U ,                                                   (13) 

       где М₁ = 20,04 – вращающийся момент на валу шестерни,

              U = 5 – передаточное число

              М₂ = 20,04 · 5 = 100,2 Н·м 

       Материалы:

       σ_m = 540 МПа

       Колесо 40Х            НВ₂  235 … 262 (НВ₂ ср 248)

       Шестерня 40Х       НВ₂   269 … 302 (НВ₁ ср 285)

       σ_m = 650 МПа

       Число циклов перемены напряжения

       NH_a = 22,5 ∙ 10⁶

       NH_O2 = 16,2 ∙ 10⁶

       N_FO = 4 ∙ 10⁶ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 4 – Вал-шестерня 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 5 – Колесо цилиндрическое 
 

       Число циклов нагружения зубьев за весь срок:

       Колеса  N_∑2 = 573 ∙ ω₂ ∙ L_h = 573 ∙ 12∙10³ ∙ 29,24 = 2,06∙10⁸