Совершенствование рабочих процессов при строительстве газо-нефтепроводов

4 Расчёты

 

 

1. Расчёт основных параметров рабочего оборудования трубоукладчика

 

 

Задачи расчёта: определить кратность полиспаста, диаметры блоков канатной системы и барабана лебёдки, линейную скорость намотки каната на барабан лебёдки в первом слое, частоту вращения барабана, скорость движения каната во втором слое намотки, вылет стрелы в зависимости от параметров траншеи, момент устойчивости и момент грузовой устойчивости трубоукладчика, допускаемую нагрузку на грузовом крюке при работе в изоляционно – укладочной колонне.

 

Исходные данные: количество ветвей гибкого элемента на которых  висит груз, согласно схемы приведённой  на рисунке 4, Z=4; количество  ветвей гибкого элемента закреплённых на барабане согласно схемы приведённой на рисунке 4, Z_Н=1; нормативный коэффициент, h_i = 22,4; скорость подвижной обоймы полиспаста, ν_р= 0,1м/сек; диаметр барабана, D_б= 0,4032 м; наружный диаметр газопровода, D= 0,273 м; расстояние от края гусеницы до ребра возможного опрокидывания, а= 3,1м; сила тяжести трубоукладчика, G 228кН;

плечо центра тяжести  трубоукладчика относительно грузового  ребра возможного опрокидывания, l_цт= 2,57 м; диаметр каната, d_к= 0,018м.

 

1. Расчёт кратности полиспаста

 

Согласно технической  документации на кран – трубоукладчик  ТГ-124 принимаем схему запасовки грузового каната приведённую на рисунке 9. 

 

Рисунок 7 – Схема запасовки грузового каната

Кратность полиспаста определяется по следующей формуле /5/

 

,

(1)

 

где  U – кратность полиспаста;

Z – количество ветвей гибкого элемента на которых висит груз, согласно  

      схемы приведённой  на рисунке 4, Z=4;

Z_Н – количество  ветвей гибкого элемента закреплённых на барабане  

        согласно схемы  приведённой на рисунке 4, Z_Н=1.

     

.

 

 

2. Расчёт диаметров блоков канатной системы 

 

Определяем диаметр блока по следующей формуле /5/

 

Dбл dкhi  ,

(2)

                                                           

где d_к – диаметр каната, d_к=18 мм;

  h_i – нормативный коэффициент, h_i = 22,4 /5/.

 

D_бл

18 22,4= 403,2 мм.

 

Определяем глубину канавки  блока по следующей формуле /5/

 

b 2dк  ,

(3)

 

где d_к – диаметр каната, d_к=18 мм.

 

b

2 18=36 мм.

 

Определяем ширину канавки блока  по следующей формуле /5/

 

а 2dк  ,

(4)

 

где d_к – диаметр каната, d_к=18 мм.

 

а

2 18=36 мм.

Согласно /5/ выбираем основные размеры блока, которые приведены в таблице 1 и проиллюстрированы на рисунке 10.

 

Рисунок 8 – Эскиз профиля обода литых направляющих блоков

Таблица 1

Диаметр каната, мм	D	B	B1	B2	d1	h	R	r1	r2	R
18	630	18	42	58	580	30	20	16	3.2	9.5

 

 

 

3. Расчёт линейной скорости намотки каната на барабан лебёдки в первом слое

 

Линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки определяется по следующей формуле /3/

 

Ν0= νрUп ,

(5)

 

где ν₀ – линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки, м/с;

      ν_р – скорость подвижной обоймы полиспаста, ν_р= 0,1м/с;

U_п – кратность полиспаста ,U_п= 4.

 

ν₀ = 0,1

4 = 0,4 м/с.

 

 

 

 

4. Расчёт частоты вращения барабана

 

Частоту вращения барабана определяем по следующей формуле /3/

 

,

(6)

 

где – частота вращения барабана, об/мин;

       ν₀ – линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки, ν₀= 0,4 м/с;

  D_б – диаметр барабана, D_б= 0,4032 м;

  d_к – диаметр каната, d_к=0,018 м.

 

об/мин.

 

 

5. Расчёт скорости движения каната во втором слое намотки

 

Скорость движения каната в слое намотки определяем по следующей  формуле /3/

 

,

(7)

 

где  – скорость движения каната в слое намотки, м/с;

       D_б – диаметр барабана, D_б= 0,4032 м;

        c – номер слоя, с= 1;

  d_к – диаметр каната, d_к=0,018 м.

       – частота вращения барабана, = 18,15об/мин.

 

 м/с.

 

 

6. Расчёт вылета стрелы в зависимости от параметров траншеи

 

Вылет стрелы зависит от параметров траншеи и определяется по следующей  формуле /4/

 

Lmin= D + a + 1м  ,

(8)

где L_min - вылет стрелы, м;

       D – наружный диаметр газопровода, D= 0,273 м;

       а – расстояние от края гусеницы до ребра возможного опрокидывания, 3,1м.

 

l_min=

0,273 + 3,1 + 1 = 4,5095 м.

 

7. Расчёт момента устойчивости и момента грузовой устойчивости трубоукладчика

 

Рисунок 9 – Схема для определения момента устойчивости и момента грузовой устойчивости трубоукладчика

 

Момент  устойчивости трубоукладчика (см. рисунок 11) определяется по следующей формуле /4/

 

Му = Glцт ,

(9)

 

где  М_у – момент  устойчивости трубоукладчика, Нм;

        G – сила тяжести трубоукладчика, 228000 Н;

 l_цт – плечо центра тяжести трубоукладчика относительно грузового ребра возможного опрокидывания, 2,57 м.

 

М_у = 228000

2,57 = 585960 Нм.

 

Момент грузовой устойчивости трубоукладчика (см. рисунок 6) определяется по следующей формуле /4/

 

Мгр = Рl ,

(10)

 

где  М_гр – момент грузовой устойчивости трубоукладчика, Нм;

       Р – сила  тяжести груза поднимаемого трубоукладчиком, 125000 Н;

l – вылет стрелы, 3,1 м.

 

М_гр = 125000

3,1= 387500 Нм.

 

 

4.1.8 Расчёт нагрузки, допускаемой  на грузовом крюке при работе  в     изоляционно – укладочной  колонне

 

Нагрузки, допускаемая  на грузовом крюке при работе в  изоляционно – укладочной колонне  определяется по следующей формуле:

 

Pmax= ,

(11)

 

где P_max - нагрузка, допускаемая на грузовом крюке при работе в изоляционно – укладочной колонне, Н;

      М_у – момент устойчивости трубоукладчика, Нм;

 l_min – вылет стрелы, м.

 

P_max=

125383 Н.

 

 

Вывод: в результате расчёта были определены кратность полиспаста , диаметры блоков канатной системы D_бл= 403,2 мм, линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки в первом слое ν₀ = 0,4 м/сек, частота вращения барабана об/мин, скорость движения каната во втором слое намотки м/сек, вылет стрелы в зависимости от параметров траншеи l_min= 4,5095 м, момент устойчивости М_у= 585960 Нм и момент грузовой устойчивости М_гр= 387500 Нм трубоукладчика, допускаемая нагрузка на грузовом крюке при работе в изоляционно – укладочной колонне P_max= 125383 Н.

 

4. 2 Тяговые расчёты механизма  подъёма груза

 

 

Задачи расчёта: определить тяговое  усилие ветви полиспаста при неподвижном  рабочем органе, тяговое усилие наматываемой на барабан ветви каната, крутящий момент на барабане в первом слое, тяговое усилие в зависимости от слойности намотки, потребляемую барабаном мощность, потребляемую лебёдкой мощность, крутящий момент на валу отбора мощности.

 

Исходные данные: кратность полиспаста U= 4, сила тяжести обоймы и полиспаста g=1500 Н, коэффициент полезного действия полиспаста, = 0,95; диаметр барабана D_б= 0,4032 м; диаметр каната d_к= 0,018м; коэффициент полезного действия барабана, = 0,95; суммарный коэффициент полезного действия всех механических передач между барабаном и валом отбора мощности базового трактора, = 0,89; частота вращения вала отбора мощности трактора n_вом= 1250 об/мин; – линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки, ν₀= 0,17 м/с.

 

 

1. Расчёт тягового усилия ветви полиспаста грузовой лебёдки при неподвижном рабочем органе

 

Тяговое усилие ветви полиспаста грузовой лебёдки при неподвижном рабочем  органе определяется по следующей формуле /3/

 

Т = (G + g) ,

(12)

 

где Т –  тяговое усилие ветви  полиспаста грузовой лебёдки при  неподвижном рабочем органе, Н;

      U – кратность полиспаста, U= 4;

 G – передающаяся на обойму полиспаста нагрузка, G= 125000 Н;

  g – вес обоймы и полиспаста, g= 1500 Н.

 

Т =

(125000 + 1500) = 31625 Н.

 

 

2. Расчёт тягового усилия наматываемой на барабан ветви каната грузовой лебёдки

 

Тяговое усилие наматываемой на барабан  ветви каната грузовой лебёдки определяется по следующей формуле /3/

 

Тб = Т ,

(13)

где Т_б – тяговое усилие наматываемой на барабан ветви каната, Н;

      Т – тяговое  усилие ветви полиспаста при  неподвижном рабочем, Т= 31625Н; 

  – коэффициент полезного действия полиспаста, = 0,95 [3].

 

Т_б = 31625

= 33290 Н.

 

 

3. Расчёт крутящего момента на барабане грузовой лебёдки в первом слое

 

Крутящий  момент на барабане грузовой лебёдки в первом слое определяется по следующей формуле /3/

 

Мб = Тб ,

(14)

 

где М_б – крутящий  момент на барабане в первом слое, Н;

       Т_б – тяговое усилие наматываемой на барабан ветви каната, Т_б= 33290 Н;

       D_б – диаметр барабана, D_б= 0,4032 м;

       d_к – диаметр каната, d_к= 0,018 м.

 

М_б = 33290

7011 Нм.

 

 

4. Расчёт тягового усилия грузовой лебёдки в зависимости от слойности намотки

 

При М_б=const тяговое усилие каната грузовой лебёдки изменяется в зависимости от  слойности намотки и для первого слоя определяется по следующей формуле /3/

 

Т1 = ,

(15)

 

где Т₁ – тяговое усилие каната грузовой лебёдки для первого слоя, Н;