Библиографическое описание:

Досжанов М. Ж., Юсупова Л. Е., Айсаутов А. Д., Кутухуджаева А. С. Экспериментальные исследования динамики тела намотки резинотроссового каната // Молодой ученый. — 2015. — №7.1. — С. 37-40.

Целью проводимых исследований являлось выяснение характера нелинейных зависимостей напряжений от относительных деформаций при сжатии основных типов резин используемых для изготовления резинотросовых канатов и лент. Полученные результаты испытаний образцов резинотросового каната свидетельствуют о надежности использования такой конструкции в качестве гибкого тягового органа длинноходовой насосной установки.

Ключевые слова: НДС-напряженно-деформируемое состояние, ДНУ-длинноходовая насосная установка, РТК-резинотросовый канат, ГТО- гибкий тяговый орган

 

Сравнение существующих установок, а также анализ известных патентных решений показали, что наиболее перспективными являются установки с низкопрофильными приводами лебедочного типа. Известно, что долговечность резинотросового тягового органа ДНУ должна определятся долговечностью армирующих тросов и долговечностью резиновой матрицы, которая не только защищает тросы от коррозии, но и испытывает сжатие между тросами и поверхностью отклоняющего шкива, а также сжатие и сдвиговые деформации на приводной бобине (барабане) ДНУ.

Целью настоящих экспериментов является проверка результатов теоретического исследования о влиянии продольной жесткости каната на механизм деформации тела намотки, определение статической и динамической жесткостей, а также исследование динамики тела намотки.

В результате аналитического исследования НДС тела намотки РТК установлены два механизма деформации — равномерный и локальный, который зависит от значения параметра

При z ³ 20 можно принять, что тело намотки РТК работает как однородный резинометаллический шарнир на кручение с модулем сдвига G = GpkG(h/t). Жесткость тела намотки РТК определяется по формуле С = 4pGB/(rN2–1). При z < 20 деформация имеет локальный и неравномерный характер. При этом деформируется сектор тела в области приложения нагрузки. Вследствие того, что сопротивление внешней нагрузки оказывает только часть тела, жесткость тела намотки должна быть меньше, чем при z ³ 20.

В соответствии с этим были изготовлены две резинометаллические ленты, обеспечивающие значение z ³ 20 и z < 20. В качестве сердечника использована пермаллоидная лента толщиной 0,05 мм и модулем упругости Е = 1,5×105 МПа. Наружные обкладки выполнены из резиновой ленты с модулем сдвига Gp = 0,5 МПа.

Первый канат, который являлся ГТО модели ДНУ, был изготовлен из пяти пермаллоидных полосок шириной 6 мм, обклеенных с двух сторон резиновой лентой шириной 50 мм. Параметры тела намотки первого типа следующие:

продольная жесткость ленты EF, кН

2,25×105

приведенный модуль сдвига ленты G, МПа

0,32

толщина каната h, мм

1,43

ширина каната В, мм

50

начальный радиус бобины Rн, мм

76

значение критерия z при числе витков N = 4 z = 15,5.

 

Второй канат был изготовлен из сплошной пермаллоидной ленты шириной 30 мм и обклеен с двух сторон резиновой лентой. Параметры тела намотки второго типа следующие:

продольная жесткость ленты EF, кН

2,25×105

приведенный модуль сдвига ленты G, МПа

0,54

толщина каната h, мм

1,43

ширина каната В, мм

30

начальный радиус бобины Rн, мм

15

значение критерия z при числе витков N = 4 z = 35,7.

 

На рис.1 приведена схема экспериментальной установки для определения статической жесткости тела намотки РТК.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для определения статической жесткости тела намотки РТК

 

Жесткость определяли путем измерения деформации тела намотки после ее догрузки и разгрузки. На бобину 9 под действием груза 1 весом Q наматывали до необходимого радиуса R канат 2 и производили догрузку каната до 50 Н. Добавочные грузы 3 подвешивали к жимку 4 в следующем порядке: 10 Н, 10 Н, 20 Н, 10 Н. При этом индикатором часового типа 5 измеряли линейное перемещение набегающего на бобину каната. Индикатор связан с канатом тонкой проволокой, которая прикреплена к жимку 6. Жимки перемещались вдоль канатных направляющих. Затем грузы в обратном порядке снимали и производили разгрузку намотки. Через шкив 7 перебрасывали нить, на которую навешивали грузы 8 весом по 10 Н до 30 Н. Цикл догрузки — разгрузки повторяли 5–6 раз. Эксперимент проводили при различном значении натяжения каната Q, под действием которого осуществлялась намотка.

Так как экспериментальная установка включает последовательное соединение двух звеньев с различными жесткостями — бобинный орган навивки РТК и струна каната, то значение жесткости тела намотки РТК рассчитывается по формуле

С = (СстСэкв)/(Сст — Сэкв),

где Сэкв — эквивалентное значение жесткости расчетной схемы, определяемое по показателям индикатора; Сст = EF/Lст = 450 Н/мм — жесткость струны каната при Lст = 0,8 м.

На рис.2 приведены графические зависимости нагрузка Р — перемещение верхнего сечения каната D при циклическом нагружении и разгружении тела намотки первого типа. Для кривых циклической деформации характерно следующее: относительно небольшая площадь петли гистерезиса; близкое повторение формы петли при последовательных циклах нагружения; приблизительно одинаковая зависимость Р — D. Эти факты свидетельствуют об отсутствии оскальзывания витков намотки и о том, что исследуемый объект является линейно упругим сплошным телом.

Рис. 2. Зависимость перемещения  от приложенной к канату силы Р

 

На рис. 3 построены графики зависимостей жесткости тела намотки от параметра rN при различных значениях критерия z. На рисунке также приведена теоретическая зависимость Ст = f(rN), построенная по расчетной формуле для параметров каната, соответствующего z ³ 20. Графики иллюстрируют два различных механизма деформации тела намотки в зависимости от значения критерия z, что совпадает с выводами, полученными теоретическим путем. При z ³ 20 экспериментальная и теоретическая зависимости жесткости от параметра rN достаточно близко совпадают. Максимальное отклонение имеет место при малом числе витков и составляет 18 %.

Рис. 3. Зависимость жесткости различных моделей тела намотки

 

Вывод:

Таким образом на основании полученных результатов экспериментальных исследований модели бобинного органа навивки можно сделать следующий вывод — результаты лабораторных испытаний компонентов и в целом образцов резинотроссового каната (РТК) свидетельствуют о надежности использования такой конструкции в качестве гибкого тягового органа длинноходовой насосной установки.

-        тело намотки можно считать сплошным линейно упругим телом.

-        подтверждены два механизма деформации тела намотки — окружной и локальной, которые обусловлены значением критерия z.

 

Литература:

 

1.      Колосов Л. В., Бельмас И. В. Применение метода электрического моделирования для исследования напряженного состояния РТЛ. — Деп. рукопись. — ЦНИЭИуголь. — 1979. — № 1383–79.

2.      Адонин А. Н. Добыча нефти штанговыми насосами. — М.: Недра, 1979.

3.      Вирновский А. С. Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти. Избранные труды. — М.: Недра, 1974.

4.      Зайцев Ю. В., Захаров Б. С., Новиков Л. А. и др. Длинноходовые скважинные насосные установки с гибкой штангой. — Обзорная информация. Сер. «Насосостроение». — М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1988.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle