井架设计

6. 井架设计

1.井架基本参数：

井架总长：L=18m

独立长度：h=14.427m

选A3钢材，[σ] =140Mpa

钢密度，ρ=7800kg/m3

(1)架强度计算

井架总载荷=g1+g2+g3+g4+g5=30+1.5+1.5+1.5+2.28=36.78t {g1------大钩载荷

g2------天车质量

g3------天车质量

g4------游车质量

g5------井架质量}

四根支腿均压力：36.78/4×10=91.95KN

选热轧等边角钢，型号：b×b×t=90×90×10

角钢截面图

角钢数据：

截面积A=17.17cm3

重心距x=2.59cm

惯性矩Ix=128.6cm

压应力计算：

σ=P÷A=91.95×103÷(17.17×10-4)=53.55Mpa<[σ] （2）杆稳定性校核

井架成梯形，顶端做截面

宽×长=700×900

出于安全考虑，取顶端截面建模

井架示意图

惯性矩 lxc=4×[lx ＋A 2

)2(x a -÷]

=4×[128.58＋17.176×2

)59.2260(-÷]

=521324

cm

lyc=4×[lx ＋A 2

)2(x b -÷]

=4×[128.58＋17.176×2)59.2290(-÷]

=1240214

cm

惯性半径 xc i =A I 4/=167.174/52132*=27.55cm

yc i =-A I 4/=167.174/124021

*=42.50cm 柔度 xc λ=μh ÷xc i =2×1400÷27.55=102 yc λ=μh ÷yc i =2×1400÷42.50=66

由xc λ>yc λ，故在xc 面首先失稳，应按xc λ计算许可压应力 确定折减系数ϕ

查表得 λ=100时 ϕ=0.604，λ=110时 ϕ=0536

采用线性内插法 ϕ=0.536+（110-107）÷（110-100）×（0.604-0.536） =0.556

求撑杆稳定许可压力 [w P ]=ϕ[σ]×4A

=0.556×140×6

10×4×17.167×4

10-

=594866.25N ≈534N>4P=431.5KN 求横向条格间的最大距离max b

为了使局部和整体具有相同的抗失稳能力，可使每段单根角钢的柔度1λ等于撑杆整体的柔度λ，即1λ=λ=107 1λ=1μ×max b ÷min i 式中1μ=1，min i =1.76，max b =1λ×min i ÷1μ=107×1.76÷1=188.32cm 取 max b ≈188cm=1.88m

6.1天车的设计

设计要求：钢制连续杆作业车，预计作业深3500米，设计井架高度为18米，大钩载荷30吨，采用3*4绳系，最快提升速度是提升载荷为10吨时，从静止开始，9米行程时间不大于30秒。满载时，9米行程，时间不大于120秒。采用22毫米直径的石油专用钢丝绳。储绳能力170m 。

天车采用四滑轮组，受大载荷的滑轮采用铸钢，铸成带筋和孔的结构，因其强度尺寸决定于铸造工艺，一般不进行强度计算。根据修井机的天车技术规范，查手册可得30吨天车的主要结构尺寸为： 滑轮带套筒宽度：145mm 滑轮轴直径：90mm 轴承型号: B1:6218 滑轮宽度：80mm B2:NF218 轴承宽度：30mm 垫圈宽度：10mm 滑轮内径：160mm 滚筒内径：90mm 滚筒外径：110mm 滚筒长度：37.5mm 两滑轮之间的距离：140mm

滑轮直径：630mm

滑轮采用铸造，材料ZG230-450。轴采用Q235长度为700mm 天车的总体尺寸为：宽700mm，长900mm，高700mm。

6.2游车—大钩的设计

设计要求：钢制连续抽油杆作业车设计井架高度为18 米，大

钩载荷30 吨，采用3ｘ4 绳系，最快提升速度为提升载荷为10 吨时，从静止开始，9 米行程时间不大于30 S，满载时，9 米行程，时间不大于120 S.

游车是在井架内部上下做往复运动的动滑轮组；在实际使用中一般采用游车—大钩结构形式。

数据如下：（mm）

16Mn 特点

安全系数n 定为1.2 因σs/σb=0.55<0.7 故不需要提高安全系数现对大钩进行校核

A- A（水平）截面

h=D=175.5 mm

b1=0.67h=0.67ｘ175.5=118 mm b2=0.4b1=47 mm

系数k 取为0.1 即Ka=Kb=0.1 代入公式计算得

e1=75.2 mm e2=100.3 mm

F a=F b=14444 mm2σ拉=195.85 MPa

nσ拉=235.02<σs=500 MPa

故水平面校核合格

校核B-B 面（竖直面）

剪切应力Г=Q/F=22.85 MPa<σs=500 MPa

σ合= 2

23τ

σ+

拉=199.81 MPa

nσ合=1.2ｘ199.81=239.8<σb=275 MPa

故竖直面亦合格

选M6 级，钩号为25，柄部直径为118 mm 即d=118 mm 选动滑轮规格(mm)

轴承选用220 型

d=100 mm D=180 mm B=34 mm

经计算，取轴的直径为100 mm，轴长为400mm

对大钩的最细处进行校核

应力σ =Q/πr2=3.3 × 105/(3.14 ｘ 352)=77.9MPa