IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Предметом исследования является датчик веса на крюке, информация с которого используется для определения нагрузки на долото. В процессе бурения часть этих датчиков выходят из строя. Задачей исследования является исследование прочностных характеристик датчика и поиск путей повышения его надёжности.

В данной работе проведена оценка напряженно-деформированного состояния серийно выпускаемого датчика веса на крюке ДНК-1, с целью определения допустимых и предельных значений нагрузок.

Датчик веса (рис.1) представляет собой механическую рычажную конструкцию, подвешиваемую на канат неподвижного конца  талевой системы.

Датчик закрепляется на канат и стопорится от перемещений хомутами из комплекта монтажных частей для предотвращения "сползания".

C помощью системы автоматизированного проектирования T-FLEX СAD/Анализ были построены 3Dмодели самого датчика и его первичного преобразователя. Важнейшим элементом этой системы является так называемый пост-процессор-инструментарий, позволяющий проанализировать полученные результаты расчетов и сделать обоснованные выводы о напряженном поведении конструкции и о ее прочности.

Заключение о вероятной статической прочности конструкции можно сделать  по результатам конечно-элементного моделирования. В большинстве случаев для этого достаточно трех типов результатов: перемещений, напряжений и коэффициента запаса по напряжениям.

Анализ напряжений визуально оценивает характер рассчитанных эквивалентных напряжений. Градиенты напряжений отображаются цветовыми переходами. Шкала цветовых значений, отображаемая в окне визуализатора,  позволяет определить ориентировочное значение отображаемого результата. По результату «Напряжения эквивалентные» можно определить, в каких местах и элементах конструкции возникают наибольшие напряжения.

Оценка запаса прочности позволяет оценить количественное отношение рассчитанных эквивалентных напряжений к допускаемому напряжению, указанному в характеристиках материала. Если отношение допускаемого и расчетного напряжений приближается к единице, или меньше ее, условие прочности перестает выполняться.

В ходе исследования был произведен статический анализ первичного преобразователя датчика при разных усилиях 1 (см. PDF файл), результаты приведены в таблице.

Табл.1 Результаты статического анализа первичного преобразователя силы

Номин.усилие	Коэф. запаса по напряжениям	Напряжения, Н/м	Перемещения, м
10кН	≈ 17	1.2∙107 ÷ 1.7∙107	4∙10-6 ÷ 5.6∙10-6
30кН	≈ 15	1∙107 ÷ 4∙107	6∙10-6 ÷ 1.5∙10-5
35кН	≈ 13	4∙107 ÷ 1.2∙108	1.6∙10-5 ÷ 7∙10-5
50кН	≈ 1	5∙107 ÷1.7∙108	2.4∙10-5 ÷ 7∙10-5
100кН	≈ 1	2∙108÷ 3.4∙108	1.5∙10-5 ÷ 5∙10-5

Статический анализ преобразователя показал, что его прочностные характеристики допускают применение датчика при весовых нагрузках, превышающих предельно допустимые нагрузки по паспорту (15-30кН).

 Так, при нагрузке 30 кН коэффициент запаса по напряжениям равен 15, что является избыточным. Первичный преобразователь  способен работать  и при нагрузке 40 кН, имея при этом  пятикратный запас  по прочности.  При нагрузке 50кН происходит недопустимая  деформация датчика, а при 100кН его разрушение (cм. PDF файл).

Код для цитирования: Скопировать