Совершенствование рабочих процессов при строительстве газо-нефтепроводов

3.5 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 3.11 - 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/

 

,

(3.51)

 

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 (см. рисунок 21)  из условия прочности на смятие по следующей формуле /8/

 

,

(3.51)

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/

 

,

(3.52)

 

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/

 

,

(3.53)

 

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.

3.6 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

3.6.1. 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/:

                                                           ,       (3.54)

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/:

                                              ,                         (3.55)

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.

3.6.2. Выбор насоса

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

                                                         ,    (3.56)

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

Диапазон регулирования при угле наклона блока, 25°  3,2

Минимальная продолжительность  цикла регулирования, с,

при угле наклона блока:

от 0 до 25°         0,20

от 25 до 0°         0,10

Допустимое количество циклов регулирования за 1 мин  10

Масса (без рабочей жидкости), кг      43

Для управления регулятором  мощности, обеспечивающим необходимую  подачу насоса, установим дополнительный управляющий насос НШ-10.

По технической характеристике выбранного насоса производим уточнение  действительной подачи насоса по формуле /13/:

                                                 ,    (3.57)

где Q_нд – действительная подача насоса, дм³/с;

q_нд – действительный рабочий объём насоса, дм³/об;

n_нд – действительная частота вращения вала насоса, с^-1;

- объёмный КПД насоса.

Рассчитываем действительную подачу насоса:

 дм³/с.

3.6.3 Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости

Расчётные значения внутренних диаметров  всасывающей, напорной и сливной  гидролиний определяем из уравнения  неразрывности с учётом размерностей по формуле /9/:

                                                   ,    (3.58)

где d_р – расчётное значение внутреннего диаметра гидролинии, м;

V_ж – скорость движения жидкости в гидролинии, м/с.

Принимаем согласно рекомендациям /9/ следующие значения скоростей:

• для всасывающей

V_ж.вс=1,2 м/с;

• для сливной

V_ж.сл=2 м/с;

• для напорной

V_ж.сл=6,2 м/с.

Рассчитываем внутренний диаметр  гидролиний:

• для всасывающей

 м;

• для сливной

 м;

• для напорной

 м.

По расчётному значению внутреннего диаметра гидролинии производим выбор трубопровода по ГОСТу 8734-75, при этом действительное значение диаметра трубопровода должно быть больше расчётного.

Примем: d_в=38 мм, d_сл=30 мм, d_н=17 мм.

Значение толщины стенки трубопровода принимаем конструктивно равным 2 мм.

Далее производим определение действительных скоростей движения жидкости во всасывающей, напорной и сливной гидролиниях  по формуле /13/:

                                                    ,    (3.59)

где V_жд – действительное значение скорости движения жидкости, м/с;

d – действительное значение внутреннего диаметра гидролинии, м;

Q_нд – действительный расход жидкости, дм³/с.

Рассчитываем действительные скорости движения жидкости по каждому трубопроводу:

• для всасывающей

 м/с;

• для сливной

 м/с;

• для напорной

 м/с.

3.6.4 Выбор гидроаппаратуры и кондиционеров рабочей жидкости

Гидроаппаратуру выбираем по условному  проходу и номинальному давлению. Дополнительным параметром для гидроаппаратуры является номинальный расход жидкости.

Под условным проходом d_у по ГОСТу 16516-80 понимается округлённый до ближайшего значения из установленного ряда диаметр круга, площадь которого равна площади характерного проходного сечения канала устройства или площади проходного сечения присоединяемого трубопровода.

Согласно рекомендациям /13/ примем следующие d_у для трубопроводов:

• для всасывающей d_у.в=40 мм;
• для сливной d_у.в=32 мм;
• для напорной d_у.в=16 мм.

По рекомендациям /14/ выбираем предохранительный клапан ГГ4.16-10.000, со следующими основными параметрами:

Условный проход, мм:

клапана         16

гидрораспределителя       16

Максимальный расход пропускаемой жидкости, л/мин  200

Диапазон регулирования давления, МПа              5-31,5

Выбираем линейный фильтр 1.1.32-40/0,63 по /11/:

Номинальная пропускная способность, л/мин   63

Тонкость  фильтрации, мкм      25

Номинальное давление, МПа      1,6

Выбираем рабочую жидкость ВМГЗ по /14/:

Плотность при 20⁰С г/см³      0,855

Вязкость при 50⁰С, сСт       10

Температура застывания, ⁰С      60

Температура вспышки, ⁰С      135

ГОСТ, ТУ       ТУ 38 101479-74

Рабочая температура, ⁰С      до +90

Рабочий диапазон температур, ⁰С    -50…+60.

Выбираем моноблочный гидрораспределитель  типа ГР 316 по /14/:

Давление, МПа:

номинальное       32

максимальное       40

Расход рабочей жидкости, дм³/мин:

номинальный       90

максимальный       125

Выбираем гидрораспределитель  типа РС по /14/:

Давление, МПа:

номинальное       16

максимальное       25

кратковременно       32

Расход рабочей жидкости, дм³/мин:

номинальный       100

максимальный       125

Выбираем дроссель с обратным клапаном типа 62600 по /14/:

Условный проход , мм      16

Номинальный расход рабочей жидкости, л/мин  63

Давление, МПа:

номинальное       32

максимальное       35

Масса, кг         1,1

3.6.5 Расчёт потерь давления в гидролиниях

Определение потерь давления при движении жидкости в гидролиниях необходимо для более точного расчёта гидродвигателя, а также для определения гидравлического КПД гидропривода.

Потери давления определяем отдельно для каждой гидролинии при определённой температуре рабочей жидкости. В  соответствии с известным из гидравлики принципом наложения потерь потери давления в гидролинии определяем по формуле /13/:

                                                          ,   (3.60)

где  - потери давления в гидролинии, МПа;

- сумма путевых потерь, МПа;

- сумма потерь в местных  сопротивлениях, МПа.

Потери давления по длине гидролинии определяем по формуле /13/:

                                                    ,   (3.61)

где  - потери по длине (путевые), МПа;

- коэффициент путевых потерь (коэффициент Дарси):

l – длина гидролинии, м;

d – внутренний диаметр гидролинии, м;

V_жд – скорость движения жидкости в гидролинии, м/с;

- плотность рабочей жидкости, кг/м³.

При подстановку в формулу длины  гидролинии l следует учитывать, что для всасывающей гидролинии l=l_вс, для напорной гидролинии l=l_н+l_исп, а для сливной гидролинии l=l_сл+l_исп.

Коэффициент путевых потерь зависит  от режима движения жидкости, для этого  определяем число Рейнольдса по формуле /13/:

                                                           ,    (3.62)

где R_е – число Рейнольдса;

- кинематический коэффициент  вязкости рабочей жидкости, м²/с.

Рассчитываем значение числа Рейнольдса для каждой из линии:

• для всасывающей гидролинии