Совершенствование рабочих процессов при строительстве газо-нефтепроводов

3. Конструкторский раздел

 

3.1 Техническая характеристика  трубоукладчика ТГ 124

 

3.1.1 Основные характеристики крана – трубоукладчика ТГ 124
Грузоподъёмность номинальная, кН		125
Максимальная нагрузка на крюке при выполнении работ, кН		125
Высота подъёма максимальная, м		5
Глубина опускания крюка, м		2,0
Вылет максимальный, м		5,7
Вылет минимальный, м		1,5
Скорость подъёма опускания  груза, м/с:
максимальная минимальная		0,17 0,058
Максимальное тяговое  усилие на ведущем колесе, кН		140
Максимальный продольный уклон, преодолеваемый при   движении трубоукладчика без груза на крюке, градусы		25
Среднее давление на грунт  левой гусеницы при реализации всего  момента устойчивости и нагрузке на крюке, равной номинальной грузоподъёмности, МПа		0,265
Среднее давление на грунт при движении крана – трубоукладчика без нагрузке на крюке со стрелой, поднятой максимально вверх, и придвинутом противовесе с переменным вылетом, МПа:
левой гусеницы правой гусеницы		0,065 0,113
Коэффициент грузовой устойчивости трубоукладчика на горизонтальной площадке без учета действия дополнительных нагрузок		1,43
Колея трубоукладчика, мм		2280 + 20
База трубоукладчика, мм		2480 + 20
Дорожный просвет, мм		425 + 25
Габариты трубоукладчика в транспортном положении, мм, не более: ширина  высота		4900 6300
Масса конструктивная, кН, не более:		210
3.1.2 Общие сведения
Предприятие – изготовитель	Берёзовский РМЗ
Тип крана – трубоукладчика	Гусеничный гидрофицированный
Заводской номер	1026
Год изготовления	1987
Индекс крана - трубоукладчика	ТГ-124
Назначение крана - трубоукладчика	Укладка в траншею  трубопровода Ø до 720 мм
Тип привода шасси крана – трубоукладчика рабочих механизмов	Трактор Т – 130 гидромеханический
Окружающая среда, в  которой может работать кран –  трубоукладчик:
температура (наибольшая/наименьшая) относительная влажность  при +25 0С	±40 0С 80%
Предельный уклон, на котором разрешается работа крана  – трубоукладчика при укладке  трубопровода, градусы	15
Допустимый уклон местности (продольный, поперечный), на котором разрешается работа крана – трубоукладчика с единичным  грузом, градусы	10
Предельный поперечный уклон в сторону стрелы, на котором  разрешается работа крана – трубоукладчика при укладке трубопровода, градусы	10
Возможность одновременного  выпол-нения операций	Подъём, опускание груза  и стрелы, передвижение с грузом
Основные нормативные  документы, в соответствии с которыми изготовлен        кран – трубоукладчик	ТУ 36 – 2129 – 78

 

3.2 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 вылета стрелы в зависимости от параметров траншеи

 

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

 

Lmin= D + a + 1м  ,

(3.1)

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.

 

• Расчёт момента устойчивости и момента грузовой устойчивости трубоукладчика

 

Рисунок 3.1 – Схема для определения момента устойчивости и момента грузовой устойчивости трубоукладчика

 

Момент  устойчивости трубоукладчика (см. рисунок 3.1) определяется по следующей формуле /4/

 

Му = Glцт ,

(3.2)

 

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 ,

(3.3)

 

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.

 

 

3.2.3 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= ,

(3.4)

 

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.

 

3.3 Расчёт на прочность пальца и листа для крепления стрелы

 

Задачи расчёта: определить диаметр пальца, толщину листа, ширину полосы, длину конца полосы.

 

Исходные данные: сосредоточенная  нагрузка Т_нр= 277020 Н; допустимое касательное напряжение = 12000 Н/см²; допустимое напряжение на смятие = 32000 Н/см²; допустимое напряжение на разрыв = 16000 Н/см², материал – сталь 20.

Рисунок 3.2 - Схема для расчёта на прочность пальца и листа для крепления стрелы.

 

Определяем диаметр пальца (см. рисунок 3.11) из условия прочности на срез по следующей формуле /8/

 

,

(3.5)

 

где d – диаметр пальца, см;

 Т_нр – сосредоточенная нагрузка, Т_нр= 137,94 Н;

  – допустимое касательное напряжение, = 12000 Н/см² /1/.

 

см.

 

Принимаем d= 3 см.

 

Определяем толщину листа из условия прочности на смятие по следующей  формуле /8/

 

,

(3.6)

где - толщина листа, см;

                Т_нр – сосредоточенная нагрузка, Т_нр= 137,94 Н;

          d – диаметр пальца, d= 3 см;

                – допустимое напряжение на смятие, = 12000 Н/см² /1/.

 

см

 

Принимаем б= 1,5 см.

 

Определяем ширину полосы (см. рисунок 19)  из условия прочности на разрыв по следующей формуле /8/

 

,

(3.7)

 

где – ширина полосы, см;

      Т_нр – сосредоточенная нагрузка, Т_нр= 137,94 Н;

 б – толщина листа, б= 1,5 см;

  – допустимое напряжение на разрыв, = 16000 Н/см² /1/;

      d – диаметр пальца, d= 3 см.

 

см.

 

Определение длины конца полосы (см. рисунок 19) из условия прочности  на срез следующей формуле /8/

 

,

(3.8)

 

где - длина конца полосы, см;

      Т_нр – сосредоточенная нагрузка, Т_нр= 137,94 Н;

 б – толщина листа, б= 1,5 см;

      – допустимое касательное напряжение, = 12000 Н/см² /1/;

 d – диаметр пальца, d= 3 см.

 

 см.

 

Вывод: в результате расчёта были определены диаметр пальца см; толщина листа см, ширина полосы см; длину конца полосы см.

3.4 Расчёт объёмного гидропривода

Задачей этого расчёта  является определение основных параметров объёмного гидропривода и на его основе выбор гидрооборудования, принципиальная схема которого изображена на листе.

Исходные данные:

• Номинальное давление в гидроприводе, МПа    20
• Скорость движения штока, м/с      0,2

Длина гидролиний, м:

• всасывающей         0,2
• напорной          1,2
• исполнительной         1,5
• сливной          1,5

3.4.1. Определение мощности гидропривода и насоса

Мощность гидропривода определяется по заданным нагрузкам и скоростям  гидродвигателей, обеспечивающих привод исполнительных механизмов.

Полезную мощность гидродвигателя возвратно-поступательного действия (гидроцилиндра) определяем по формуле /13/:

                                                 ,                  (3.9)

где N_гдв – мощность гидродвигателя, кВт;

F – усилие на штоке, кН; F = G_ПР = 35 кН;

V – скорость движения штока, м/с.

кВт.

На первом этапе расчёта  гидропривода потери давления и расхода  рабочей жидкости учитываем коэффициентами запаса по усилию и скорости. Полезную мощность насоса определяем исходя из мощности гидродвигателя с учётом потерь энергии при её передачи от насоса к гидродвигателю по формуле /13/:

                                              ,                         (3.10)

где N_нп – мощность насоса, кВт;

k_зу – коэффициент запаса по усилию, k_зу=1,2 /9/;

k_зс – коэффициент запаса по скорости, k_зс=1,3 /9/.

Определяем полезную мощность насоса:

кВт.

3.4.2. Выбор насоса

Зная необходимую мощность насоса, найдём рабочий объём насоса по формуле /13/:

                                                         ,    (3.11)

где q_н – рабочий объём насоса, дм³/об;

Р_ном – номинальное давление, МПа;

n_н – частота вращения вала насоса, примем n_н=25 с^-1.

Рассчитаем рабочий  объём насоса:

 дм³/об.

Насос выбираем по двум параметрам, ближайшим к расчётным,: номинальному давлению и рабочему объёму насоса. Из технической литературы /14 / выбираем аксиально-поршневой регулируемый насос типа 207.20.18.02 с регулятором мощности типа 400.20.13.10.

Техническая характеристика насоса:

Рабочий объём, см³/об        54,8

Давление на выходе, МПа:

номинальное        20

максимальное        32

минимальное        1

Частота вращения вала, мин^-1:

минимальная        378

номинальная        1500

максимальная        2900

Номинальная объёмная подача, дм³/мин     78,1

Номинальная потребляемая мощность, кВт    29,5

КПД насоса (не менее)        0,91

Объёмный КПД (не менее)       0,95

Тонкость фильтрации рабочей жидкости, мкм    40

Допускаемая температура  рабочей жидкости, °С

минимальная        40

максимальная        +75

Масса, кг          39

Параметры регулятора мощности:

Ограничение наибольшей подачи упором,

устанавливаемым при изготовлении, %     0-20

Номинальная мощность, поддерживаемая регулятором, кВт 14,7