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鉆機(jī)提升設(shè)備幾乎包括從天車到轉(zhuǎn)盤(作為結(jié)構(gòu)件)之間的所有部件及其連接件。廣義地講，紋車也應(yīng)屬于提升設(shè)備的范疇。不過(guò)絞車的承載能力將受到鉆井繩系變化的影響，并且紋車軸都是旋轉(zhuǎn)的。因此，絞車不屬于本文討論的范圍，在文獻(xiàn)所列出的提升設(shè)備內(nèi)容中也不包括絞車。那么，鉆機(jī)提升設(shè)備在強(qiáng)度分析時(shí)有哪些特點(diǎn)呢？
1、鉆機(jī)提升設(shè)備需要進(jìn)行最大鉤載時(shí)的靜強(qiáng)度有限元分析和從零到最大鉆柱重量之間反復(fù)作用的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。但是，鉆機(jī)提升設(shè)備的最大鉤載和最大鉆柱重量的比值很大，美國(guó)通�？扇�2-2.5倍，而我國(guó)鉆機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定比值為1.7-2.1倍。由于提升設(shè)備的疲勞強(qiáng)度是以最大鉆柱重量乘以當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行計(jì)算的，而鉆機(jī)最大鉤載和最大鉆柱重量又有很大的比值，這樣就有可能通過(guò)一定的靜強(qiáng)度安全系數(shù)來(lái)保證疲勞強(qiáng)度的安全，從而能充分發(fā)揮設(shè)備的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的潛力，這就是美國(guó)鉆機(jī)的提升設(shè)備需要給出很大比值的原因。眾所周知，API規(guī)范中給出的設(shè)計(jì)安全系數(shù)和最大鉤載與最大鉆柱重量之間的比值有關(guān)，而最大鉆柱重量將影響設(shè)備的疲勞強(qiáng)度。因此，我國(guó)鉆機(jī)提升設(shè)備的強(qiáng)度條件也必須考慮到鉆機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出的最大鉤載和最大鉆柱重量之間的比值。
2、設(shè)計(jì)安全系數(shù)只是作為一種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在任何情況下，都不意味著設(shè)備因具有安全系數(shù)而可以超載使用，那怕是由于沖擊和振動(dòng)等引起的附加載荷。在所有承載條件下，最大靜載荷加上附加載荷的最大值，不應(yīng)超過(guò)提升設(shè)備的最大鉤載，即國(guó)標(biāo)中給出的最大負(fù)荷額定值。
3、提升設(shè)備中有很多曲桿、平面開(kāi)孔或帶有溝槽的表面都會(huì)產(chǎn)生高度的應(yīng)力集中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，它們的局部峰值應(yīng)力與截面平均應(yīng)力的比值可達(dá)2.5-5.0。
以往我國(guó)在計(jì)算吊環(huán)、大鉤鉤桿、天車軸、提環(huán)等零件時(shí)，都按線彈性理論，用最大鉤載時(shí)危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力來(lái)校核靜強(qiáng)度。由于這些零件的應(yīng)力分布極不均衡，所以一點(diǎn)的屈服遠(yuǎn)遠(yuǎn)表明不了該零件已喪失承載能力。因此，這種計(jì)算方法不能充分發(fā)揮設(shè)備強(qiáng)度的潛力，而使設(shè)備重量減輕。已經(jīng)知道，在鉆井過(guò)程中鉆機(jī)提升設(shè)備始終承受近似于脈動(dòng)的變應(yīng)力幅的不穩(wěn)定載荷。因此，在強(qiáng)度分析時(shí)，當(dāng)然需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。但需要注意，交變載荷的最大值是最大鉆柱重量，而不是最大鉤載。所以，鉆機(jī)提升設(shè)備在計(jì)算疲勞強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按最大鉆柱重量乘以當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。取拉伸疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)為1.5，這樣當(dāng)Kt =2.5-5.0時(shí)，可得到為保證疲勞安全所要求受拉伸零件的靜破斷安全系數(shù)料，其具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。
在靜強(qiáng)度校核方面，由于提升設(shè)備本身所要求的破斷安全系數(shù)在美國(guó)規(guī)定3.0-4.0，所以建議我國(guó)靜破斷(抗拉)設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于3.0。因此，當(dāng)理論應(yīng)力集中系數(shù)K小于3. 0時(shí)，該安全系數(shù)均應(yīng)取3. 0；而當(dāng)K大于3.0時(shí)，則該安全系數(shù)應(yīng)按表中為保證疲勞安全所要求的靜強(qiáng)度安全系數(shù)選取。綜合疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度兩方面的要求，對(duì)我國(guó)各級(jí)鉆機(jī)的不同Kt值時(shí)，其受拉伸零件的破斷設(shè)計(jì)安全系數(shù)見(jiàn)表。
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