4.5.Контрольні питання

1. Класифікація машин безперервної дії для коп ння траншей.

2. Переваги і недоліки роторних траншейних екскаваторів перед одноковшевими.

3. Тип робочого органу машин,' які використовуються у трубопроводному будівництві.

4. Що являє собою тягач?

5. Будова робочого органу екскаватора.

6. Призначення і принцип роботи транспортера.

7. Особливості,, конструкції машин для копання траншей для

трубопроводу діаметром 1420 мм.

8. Як визначити потужність, яка витрачається на роботу ротора і відкісників?

Лабораторна робота №5 машини для очищення зовнішньої

ПОВЕРХНІ ТРУБОПРОВОДУ

5.1.Мета роботи

Ознайомитись з будовою очисної машини, її робочих органів та вміти скласти баланс потужності машини.

5.2.Програма роботи

1) Навчитись правильно вибрати марку машини в залежності від діаметру трубопроводу,що підлягає очистці.

2) Обґрунтувати необхідність очищення зовнішньої поверхні тру­бопроводу та вимоги до очищеної поверхні.

3)Вивчити будову робочих органів очисної машини, особливості їх кріплення та призначення.

4)Навчитись визначати потужність,необхідну для переміщення машин.

5.3.Основні теоретичні положення, необхідні для виконання роботи і порядок її виконання

З усіх способів при спорудженні трубопроводів найширше розповсюджений механічний спосіб очищення зовнішньої поверхні трубопроводу. Механічним способом трубу очищують очисними машинами (рисунок 5.1). Очисні машинами очищують зовнішню поверхню трубопроводу скребками (від глини) та щітками з сталевого дроту (від бруду, пилу, іржі, окалини). Скребки та щітки кріпляться до роторів очисної машини, які обертаються в різні сторони.

Якщо окалину та іржу за один прохід очистити не удається застосовуються дві очисні машини, які рухаються одна за іншою. Перша очисна машина проводить грубе очищення поверхні труби, а друга остаточне.

Вологу поверхню труб механічним способом очищувати не можна оскільки забруднення розмиваються поверхнею трубопроводу і очищення не дає потрібного ефекту.

За допомогою шліфмашинок з поверхні трубопроводу видаляються бризки металу, шлаку та гострі виступи.

Рисунок 5.1 – Очищення трубопроводу очисною машиною

Механічний спосіб очищення забезпечує досить високий ступінь видалення з зовнішньої поверхні трубопроводів іржі, окалини та інших забруднень з досягненням 2-ї ступені очищення .

Ерозійний спосіб очищення базується на очищенні іржі та окалини потоком частинок, які з великою швидкістю ударяються в поверхню, яка очищується. Кінетична енергія частинок здійснює роботу розпушення і відділення шарів іржі, окалини та інших забруднень від поверхні металу.

Ерозійний спосіб очищення поділяється на піскоструменеве, термоабразивне, дробоструменеве, дробометальне, гідроструменеве, гідроабразивне очищення.

Піскоструменеві установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу потоком сухого кварцового піску (рисунок 5.2), сталевого, чавунного або мідного шлаку (купрошлак), корунду або електрокорунду (чистий оксид алюмінію), який створюється струменем стиснутого повітря. Тиск повітря не повинен перевищувати 0,6 МПа.

Рисунок 5.2 – Схема очищення трубопроводу піскоструменевою установкою

Піщинки є абразивним матеріалом. Своїми гострими гранями вони руйнують окалину та іржу. Після завершення піскоструменевого очищення видаляють пил з поверхні трубопроводу спеціальними порохотягами або обдуванням повітряним потоком.

Основні переваги піскоструменевого очищення:

- ефективність застосування в трасових і базових умовах;

- досягнення високої якості очищення (1-а ступінь очищення);

- універсальність і технологічна простота устаткування.

Основний недолік піскоструменевого очищення – утворення під час очищення значної кількості дрібнодисперсного (частинки до 3,5 мкм) пилу кремнезему, що забруднює довкілля та негативно впливає на здоров’я працівників. Тому в останнє десятиліття у світовій практиці спостерігається тенденція до значного зменшення обсягів застосування кварцового піску. В Україні кварцовий і річковий пісок з санітарно-гігієнічних вимог все частіше заміняють роздрібненим шлаком виплавки чавуна і сталі або іншими абразивними матеріалами.

Термоабразивні установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу сухим кварцовим піском або іншим абразивним матеріалом, який подається в струмінь палаючого газу (продукту згоряння рідкого або газоподібного палива), що виходить через сопло. Паливні пальники (температура біля плюс 500^оС) працюють за схемою реактивного двигуна. Дрібнодисперсні частки абразиву проходячи через сопло розганяються газовим потоком до швидкостей біля сотні метрів за секунду. Спільна дія полум’я і абразиву дає максимальний ефект при очищенні. Термоабразивне очищення дозволяє досягти 2-ї ступені очищення .

Дробоструменеві установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу потоком абразиву, який створюється струменем стиснутого повітря, а дробометальні установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу абразивом, який направляється на поверхню роторними лопатками дробометів, що обертаються з великою швидкістю. В якості абразиву застосовують круглий або колотий сталевий або чавунний дріб чи нарізаний стальний дріт. Дробоструменеве або дробометальне очищення дозволяє досягти 1-ї ступені очищення

Гідроструменеві установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу струменем або струменями води під високим тиском 60-300 МПа. Тиск залежить від типів, конструкцій та сфер застосування гідроструменевих установок.

Переваги гідроструменевого очищення:

- незастосування абразивних матеріалів і, відповідно, відсутність забруднення довкілля, витрат на їх утилізацію;

- швидке і ефективне усунення з оброблюваних поверхонь іржі, окалини та інших забруднень;

- повна відсутність дрібного пилу та іскор від ударів абразивів;

- істотне зниження рівня шуму.

Недоліки гідроструменевого очищення:

- створення сприятливих умов для утворення на очищених поверхнях іржі (додавання у воду інгібіторів корозії усувають даний недолік);

- неможливість утворення шорсткості (розгалуженого мікрорельєфу) на оброблюваних поверхнях;

- технологічні труднощі очищення труб, арматури та металоконструкцій складної конфігурації;

- неможливість застосування при мінусових температурах повітря.

Гідроабразивні установки очищують зовнішню поверхню трубопроводу струменями води з абразивними матеріалами під тиском. Як абразивний матеріал у водний струмінь найчастіше додають кварцовий пісок. Також як абразивний матеріал застосовують інші дрібнодисперсні абразиви з розмірами зерна 0,15-0,50 мм – електрокорунд, подрібнене скло, гранітний щебінь тощо.

Крім якісного очищення гідроабразивні установки забезпечують утворення розгалуженого мікрорельєфу на оброблюваних поверхнях, що покращує адгезію ізоляційного покриття.

Хімічний спосіб очищення застосовується в заводських умовах і полягає в обробці поверхні труби розчинами кислот. Переважно застосовують розчини соляної, сірчаної та ортофосфорної кислоти. Кислоти наносять на поверхню труби або трубу поміщають у ванну з кислотою. Після очищення в розчинах соляної та сірчаної кислот ретельно промивають поверхню металу гарячою проточною водою. Після очищення в розчині ортофосфорної кислоти немає потреби такого детального промивання водою, як після очищення в розчинах соляної та сірчаної кислот, так як фосфорити, які залишаються на поверхні трубопроводу, не зумовлюють корозію. Хімічне очищення ефективніше якщо розчини сірчаної і ортофосфорної кислот підігрівають до плюс 60-80^оС, а розчин соляної кислоти до плюс 40^оС.

Хімічні способи очищення дають можливість отримати добре очищену поверхню, але мають ряд недоліків:

- великий розхід кислоти;

- тривалий час очищення;

- громіздке обладнання;

- мала продуктивність.

Ультразвуковий спосіб очищення полягає в дії на розміщену у воді трубу пружних механічних коливань частотою 20-40 кГц, що створюються електрогенератором через перетворювач. Спосіб очищення полягає у застосуванні явища кавітації, яка виникає у ході створення коливань у рідині. При цьому на границі метал-рідина виникає гідравлічний удар великої потужності. Недоліками способу є громіздке обладнання, недостатня продуктивність. Цей спосіб є ефективним в поєднанні з хімічним способом очищення. Спосіб застосовується тільки в заводських умовах.

Термічний спосіб очищення полягає в нагріванні поверхні труби струменями полум’я (термічний відпал) з наступним очищенням механічним або ерозійним способом. При нагріванні відбуваються наступні явища:

- розтріскування і відшарування іржі та крихкої окалини, так як коефіцієнти їх лінійного розширення та коефіцієнти лінійного розширення металу труби неоднакові;

- перехід водних оксидів заліза (іржі) в безводні з одночасним порушенням структури оксидів, зменшення їх зчеплення з металом труби та зміна механічних властивостей.

Іржа повністю перетворюється в безводний оксид темного кольору при нагріванні до плюс 600^оС. Внаслідок порушення зчеплення з металом труби оксиди повністю видаляються м'якою щіткою.

Процеси очищення зовнішньої поверхні та нанесення ізоляційного покриття повинні проводитись безпосередньо один за іншим оскільки очищена поверхня трубопроводу знову покривається окалиною, пилом, вологою. Краще за все якщо ці процеси виконуються в одному технологічному процесі.

Трубоочисні машини призначені для очищення зовнішньої поверхні стальних труб від частинок ґрунту, який прилип, іржі, окалини, перед тим, як наносити на них антикорозійні покриття, а також щоби покрити поверхню шаром ґрунту.

Очищену поверхню трубопроводу окривають ґрунтуванням, яке заповнює усі заглибини і нерівності тонким шаром і щільно прилипає до металу. Ґрунтування, нанесене на суху поверхню відразу після очищення, сприяє тому, що ізоляція добре з чіпається з поверхнею труби. Для рівномірного нанесення ґрунтування на поверхню металу, її труть брезентовими полотнами.

Найбільш поширені самохідні трубоочисні машини, робочим інструментом яких є скребки і металеві щітки. Ці ж машини ґрунтують труби за допомогою полотнищ. Функціонуючи за одним принципом, очисні машини відрізняються конструктивно, а також мають різні розміри, залежно від діаметру трубопроводу.

Самохідна очисна машина складається з двигуна, передніх і задніх робочих органів, ходового механізму, трансмісії, бака для ґрунтування, паливного бака, рами, щитів і важелів керування.

Передній робочий орган призначений для очищення трубопроводу за допомогою скребки металевих щіток. Він складається із двох роторів, які обертаються в різні боки, що покращує якість очищення, зменшує перекидний момент, що в свою чергу сприяє більш сталому функціонуванню очисної машини. Скребки використовують у виді вигнутих пластин клинчастої форми.

Ходовий механізм є основною опорною ланкою машини і служить для пересування її вздовж трубопроводу, який очищаємо.

Ґрунтовка представляє собою розчин бітуму в бензині, який наноситься на тільки що очищену поверхню для запобігання її від окислення і забезпечення необхідного прилипання ізоляційного покриття (адгезії).

У техніці існує ряд методів очищення металічних поверхонь: хімічний (або електрохімічний), вогневий, ультразвуком, піском або дробоструйне очищення, механічне очищення скребками та сталь­ними щітками. На спорудженні магістральних трубопроводів від ґрунтової корозії застосовують механічне очищення.

В залежності від того, в яких умовах працюють машини на трасі при очищенні безперервної нитки трубопроводу чи на базі при очищенні окремих труб і секцій, бувають самохідні та стаціонарні очисні машини.

По характеру і траєкторії руху робочих інструментів відносно поверхні, яка очищується, бувають машини з поступовим, оберне-но-поступовим, круговим та обертовим рухом інструменту. Найбі­льше розповсюдження одержали машини з поступовим рухом робо­чого інструменту, характерні найпростішою кінематикою. Очисні машини повинні забезпечувати високу якість очищення, мати висо­ку продуктивність, не залишати на трубі рисок і надрізів, не зрізати здорового металу, бо це приводить до зменшення товщини стінки трубопроводу, вилучати продукти очистки з поверхні трубопрово­ду, не допускати забруднення ними робочого місця машиніста очи­сної та супроводжуючих машин.

Самохідна очисна машина (рис. 5.3) складається із двигуна 1, трансмісії, робочих органів 2, ходового механізму, баку для ґрунтовки З, опорного колеса і системи управління, до якої відносяться важелі та приладнаний.

Рисунок 5.3.- Самохідна очисна машина

Всі ці механізми закріплені на рамі машини. Установлення та знімання машини з трубопроводу здійснюється трубоукладачем. Для підвішування її на гак на рамі машини передбачена стійка з сергою. Робочі органи розрізняються по ходу руху машини на передній та задній. Передній робочий орган складається із двох роторів, обладнаних очисним інструментом (скребками та щітками), які обертаються в різні сторони. Таке обертання створює сприятливі умови для якісного очищення навколо шовної зони та інших нерівностей, а також сприяє кращій стійкості машини, ніж одностороннє обертання. Ротор представляє собою конструкцію із плоских кілець, з'єднаних між собою круглими стійками-осями, на які одягаються в декілька рядів фігурні важелі. В залежності від стану поверхні трубопроводу можливе різне співвідношення скребків та щіток. Найбільше розповсюдження має три ряди скребків і чотири ряди щіток або три ряди скребків і п'ять рядів щіток. В набір інструменту входять (крім скребків та щіток): важелі, пружини і деталі кріплення та регулювання зусиль притискання інструменту. Опорні ролики встановлені на ексцентричних щітках, завдяки чому при їх поворотах можна регулювати проміжок між зірочкою та опорними роликами, який утворюється в міру зносу поверхонь тертя.

Скребки виконують найбільш важку операцію - знімають іржу, окалину і значні шари бруду. Вони більш жорсткі, ніж ворс щіток, і тому рухаються перед щітками. Як видно із рис. 5.2, б скребок 11 встановлюється в держак, який шайбою 8 болта 9 і гайкою кріпиться до двоплечного важеля 6.У вушку цього важеля шарнірно кріпиться стержень 5, другий кінець якого проходить в пази довгого плеча сусіднього важеля 1. На стержні 5 змонтовані: опорна шайба 4, яка встановлюється в одній із виточок, дві упорні втулки 2 і пружина 3, регулююча зусилля притискання інструменту до трубопроводу. Зусилля розтягу пружини, передаючись на довге плече важеля 1, створює момент відносно осі 7, який притискає скребки до зовнішньої поверхні трубопроводу. Зусилля притиску скребка регулюється переставленням її у виточках скребка 5. Кожен стержень з'єднує по два важелі самим утворюється замкнутий силовий ланцюг, який мри ми щітки та скребки до трубопроводу.

Задовільне очищення досягається при оптимальному притисканні очисного інструмента. Дослідним шляхом встановлення зусилля притискання скребка повинно бути 500-600 Н, а щіток 350 Н.

Металічні щітки комплектом встановлюються па од роторі переднього робочого органу і служать для кінцевого чищення трубопроводу. Щітка 4 встановлюється в пази щіткотримача 3. Установлення, регулювання і притискання до трубопроводу здійснюється у щіток аналогічно скребкам. Але на відміну від них до важелів 1 закріплюються щіткотримачі, які затягуються спеціаль­ними болтами 2. У верхній частині щіткотримачі в місцях з'єднання з важелями мають дугоподібну рифлену поверхню для встановлен­ня щіток так, щоб поверхня різання була розташована по дотичній до зовнішньої поверхні труби.

Рисунок 5.4.- Встановлення інструменту на робочому органі очисної машини

Рисунок 5.5. -Задній робочий орган очисної машини

Задній робочий орган очисної машини служить для накладан­ня Ґрунтовки на очищену поверхню. Ґрунтовка, виливаючись із ба­ку на трубопровід, захоплюється рушниками заднього робочого ор­гану, який наноситься тонким шаром на трубопровід. Крім рушни­ків, на сучасних моделях машин для втирання ґрунтовки встанов­люють трав'яні щітки.

Основою задніх робочих органів є порожнистий каркас, утворений плоским кільцем 2 (рис. 5.5), привідною зірочкою 4 і осями З (чотири або шість осей), з'єднуючих їх. На осях змонтовані рушники 4, охоплюючи трубопровід, які при роботі повинні бути натягнуті. Для натягу рушників служать скоби 7 і пружини 6. Трав'яні щітки 1 встановлюються на кільця 2 за допомогою кронштейнів. Кількість ґрунтовки, що виливається на рушники, регулюється краном, який встановлений на баку для ґрунтовки. Для правильного центрування робочих органів машини відносно осі трубопроводу в конструкції очисної машини передбачені ходові колеса, вали яких можна регулювати. Колеса насаджені на вали за допомогою різьби і можуть пересуватися вздовж них.

Рисунок 5.6.- Центрування очисної машини

Таблиця 5.1 - Технічна характеристика очисних машин

Показник	ОМ-20	ОМЛ-8А	ОМ-521	ОМЛ-4	ОМ-121	ОМ-1422
Діаметр трубопроводу, мм	89-114	159-325	325-530	631-820	1012,1220	1420
Швидкість пересування, км/год	0,155-0,311	0,085-0,544	0,15-0,4	0,1-0,69	0,008-0,3	0,1-0,3
Швидкість обертання, об/хв	240	124	130	100	65	50
Ємність ґрунтового бака, л	32	115	175	160	250	250
Двигун:
тип	УД-25С	ГЛЗ-321	СМД-14	ЯАЗ-204	ЯАЗ-206Б	А-01М
потужність, кВт	6	30	56	82	150	95
Габаритні розміри, мм:
довжина	1355	2760	4300	3300	4120	8100
ширина	660	2635	1800	3870	4030	3250
висота	1085	2274	2800	3200	3600	3970
маса ,т	0,496	1,66	4,1	4.02	6.27	12,86

Гальмування коліс здійснюється шпонкою, встановленою в повздовжній паз на валу і відповідний опір в ступиці колеса. Шпон­ка фіксується болтом. Відповідно, зсуваючи і розсуваючи ходові колеса по валу добиваються точного центрування машини: вправо (рис. 5.6, а), вліво (рис. 5.6, б), вниз (рис. 5.6, в), вверх (рис. 5.6, г).

Стійке положення машини при роботі досягається застосу­ванням опорного колеса, консольне прикріпленого до її рами. Опо­рне колесо встановлюють з правої або лівої сторони в залежності від умов роботи. Машина пересувається по трубопроводу не в суво­ро вертикальному положенні, а з невеликим нахилом в сторону опорного колеса.

Машина ОМ-1422, призначена для очищення трубопроводу діаметром 1420 мм, не має опорного колеса бо її центр

ваги розта­шований нижче осі трубоукладача. Це досягається нижнім розташу­ванням двигуна і трансмісії з боків машини. Через значну масу ма­шини цього типу виконані із двох основних вузлів: привідної та ро­бочої частин, шарнірно з'єднаних між собою. На рамі привідної час­тини розташовані силова установка, основні вузли трансмісії, ходо­вий механізм, а також механізм системи управління. На рамі робо­чої частини встановлені робоче обладнання і вентиляційна система для відсмоктування продуктів очищення. Передача обертання робо­чим органам машини від трансмісії привідної частини здійснюється за допомогою карданних валів.

Робочі інструменти очисних машин

Очисні машини обробляють поверхню трубопроводу за допо­могою спеціального очисного інструменту. Його тип і траєкторія руху відносно труби визначають конструкцію очисної машини. В сучасних машинах робочими органами служать скребки та щітки.

Застосування очисних інструментів двох типів зумовлено різ­ницями в характеристиках міцності продуктів забруднення труби. Тверді та щільні утворення видаляються з поверхні труби скребка­ми, а більш м'які та рихлі - металічними щітками. Завдяки пружності та великого числа ворсинок щітки здатні видаляти забруднення із нерівної поверхні трубопроводу.

Скребок (рис, 5.7, д) представляє собою зігнуту стальну пла­стину, звужену зі сторони робочої поверхні і розширену в місці крі­плення.

Для збільшення ефективності очищення і довговічності робо­ча поверхня скребка армується більш твердим матеріалом, ніж ма­теріал самого скребка. Армування здійснюється наплавленням або паянням зносостійкими матеріалами.

Рисунок 5.7. -Типи очисного інструменту

У сучасних конструкціях очисних машин армуючим матеріа­лом служать пластини твердого сплаву типу ВК. В робочій частині скребка утворюється паз, в який встановлюється пластина твердого сплаву. Експлуатація таких скребків показала, що їх стійкість в ба­гато раз перевищує стійкість скребків, наплавлених релітом.

Для очищення зовнішньої поверхні трубопроводів також за­стосовують круглі або плоскі металічні щітки. Плоскі щітки одер­жали розповсюдження на самохідних очисних машинах, а круглі - на стаціонарних.

Плоска щітка (рис. 5.7, а) представляє собою дерев'яну осно­ву, в яку закладають стальний ворс. Ворсом служить загартований дріт марки ОВС діаметром 0,6-0,8 мм і довжиною 20 мм. На всіх машинах щітка рухається відносно трубопроводу в одному напрям­ку. Тому це приводить до одностороннього її стирання і якість по­дальшого очищення погіршується. При збільшенні сили притискан­ня щітки до труби ворс стирається ще інтенсивніше, зростає потуж­ність на тертя. Це приводить до нагріву дроту. Більш ефективна ро­бота плоских щіток при зворотно-поступальному або круговому характеру їх руху, бо при цьому періодично змінюється нахил вор­су, що приводить до меншого і більш рівномірного зносу щітки та покращує степінь очищення трубопроводу.

Круглі щітки бувають циліндричні, дискові та чашкоподібні. Циліндричні щітки (рис.5.7, б) характеризуються значною шири­ною і мають довгий ворс. Вони встановлюються попарно на шпин­делі стаціонарної очисної машини і приводяться в обертання від електродвигуна через клинопасову передачу. Труба обертається на­зустріч руху щіток. Подача щіток здійснюється переміщенням очи­сної машини вздовж труби по рейковому шляху. Циліндричні щітки забезпечують якісне очищення при добрій зносостійкості самого інструменту.

Дискові щітки (рис. 5.7, в) характеризуються незначною ши­риною і коротким жорстким ворсом. Щітки цього типу не одержали розповсюдження при очищенні трубопроводу, здійснюють надлиш­кову механічну обробку, зрізуючи здоровий метал і зварні шви.

Чашоподібні (торцеві) щітки (рис. 5.7, г) застосовуються де­якими закордонними фірмами, вони також не одержали широкого застосування у зв'язку зі складністю кінематики трубоочисних ма­шин.

Потужність, необхідна для переміщення машини:

N=N₁+N₂; (5.1)

Де N₁ – потужність, яка враховує витрати на тертя опорного колеса машини.

N₁=Po ∙V₂/R∙( f₁+f₂∙R_B ); (5.2)

Р₀-реакція під опорним колесом машини;

P₀=P₀^'+P₀^"; (5.3)

Р₀^’ – складова від вагового навантаження;

P₀^'=M_e/L; (5.4)

М - маса машини;

е - ексцентриситет;

L - віддаль від вертикальної площини опорного колеса до осі труби;

R^k - радіус опорного колеса;

f₁ - коефіцієнт тертя у втулці опорного колеса;

f₂ - коефіцієнт тертя у втулці опорного колеса;

R_B - радіус втулки опорного колеса;

P₀^” - складова від сили тертя.

P₀^"=D/2∙L ∙ ( M - P₀^' )∙ f₂; (5.5)

N₂ - у ходових роликах;

N₂=( M- P₀^' ) ∙( f₃+f₄)∙R_B ∙ V₂/ R₄∙ η; (5.6)

f₃ - коефіцієнт тертя ходових роликів;

f₄ - коефіцієнт тертя у втулці ходового ролика;

R₄ - радіус ходового ролика;

η - ККД у ходових роликах;