Кинематический расчет привода барабана

Барабан приводится в действие с помощью гидромотора марки, аналогичной применяемым в приводе транспортера. Насос, питающий гидромотор, имеет объем рабочей камеры q_н = = 11,2 см³ и номинальную частоту вращения n_н = 1500 об/мин. Подача этого насоса

Q_н.ф = qn_нK_ом/1000 = 11,215000,95/1000 = 15,96 л/мин.

Угловую скорость вала гидромотора найдем из формулы

_г.м = Q_н.фK_ом1000/30q_г.м =

= 15,963,140,951000/30112 = 14,17 рад^–1.

Угловая скорость вала барабана лебедки

_б = Q_н.фK_ом1000/30iq_г.м =

= 15,963,140,951000/3024112 = 0,592 рад^–1.

Фактическая скорость навивки трубы барабаном для различных диаметров навивки

v_б = _бD_нав/2,

где D_нав – текущее значение диаметра навивки трубы на барабан.

Результаты расчетов приведены ниже:

Диаметр навивки трубы на ба­рабан Dнав, мм ..........................	1600	1800	1900	2000	2100
Скорость навивки трубы на ба­­рабан vб, м/с	0,47	0,53	0,56	0,59	0,62

Диаметр навивки трубы на ба­рабан Dнав, мм ..........................	2200	2300	2400	2500
Скорость навивки трубы на ба­­рабан vб, м/с	0,65	0,68	0,71	0,74

Таким образом, при всех вариантах фактического значения диаметра навивки обеспечивается условие – скорость навивки трубы на барабан больше скорости перемещения трубы транспортером (v_б > v_т).

Силовой расчет привода барабана

При наматывании гибкой трубы на барабан его привод должен обеспечивать крутящий момент, который способствовал бы протяжке трубы от транспортера к каретке укладчика и намотке на барабан.

В процессе протяжки трубы происходит ее пластическое деформирование. Максимальный изгибающий момент, необходимый для образования пластического шарнира, определяют по формуле

M_xmax = _тW_xпл,

где

W_xпл = (d³_тр.н – d³_тр.в)/6  d²_тр.н_тр.

Здесь W_хпл – момент сопротивления пластический.

Значения изгибающих моментов при образовании пластического шарнира для нескольких диаметров труб могут быть следующие:

Параметры трубы, мм:
наружный диаметр dтр.н	25	25	33	33	44	44
толщина стенки тр	2	2	3	3	3,5	3,5
Момент сопротивления пластический Wх пл, мм3	1250	1250	3267	3267	6776	6776
Предел текучести т, МПа	480	700	480	700	480	700
Максимальный изгибающий момент Mx max, Нм	600	875	1568	2280	3252	4743
Крутящий момент барабана Мб, Нм	3267	4764	8537	12410	17705	25823
Рис. 3.20. Процесс деформирования гибкой трубы на участке "барабан–транспортер": а – картина деформаций в поперечном сечении гибкой трубы; б – силовые факторы, возникающие при подъеме колонн гибких труб и наматывании их на барабан; в – то же, при спуске колонны труб и разматывании их с барабана; yпл, yупр – области поперечного сечения соответственно с пластически- и упругодеформированным материалом; max – максимальные деформации материала в точках сечения, наиболее удаленных от нейтральной линии; т – деформации, соответствующие достижению предела текучести материала т; Мхпл – изгибающий момент, который необходимо приложить для обеспечения изгиба трубы с образованием пластических деформаций; крутящие моменты: Мб – развиваемый приводом барабана при наматывании трубы, Мтр.у – создаваемый тормозом и препятствующий самопроизвольному раскручиванию барабана под действием сил упругой деформации КГТ, Мд – раскручивающий намотанную на барабан трубу, обусловленный давлением жидкости, находящейся в ней; Рт – тяговое усилие транспортера при спуске труб; Rтр.н – радиус изгиба трубы при выходе из транспортера при ее подъеме (наматывании на барабан); Rб – радиус барабана для наматывания гибкой трубы

Из схемы транспортирования гибкой трубы (рис. 3.20) следует, что если она изгибается, то в одной плоскости ее изгиб происходит 2 раза, а в двух – 3. В первом случае ось барабана располагается перпендикулярно оси агрегата, а во втором – параллельно.

Для обеспечения изгиба трубы при огибании ею криволинейного элемента радиусом R тяговое усилие должно быть равным P_т = М_х.пл/R.

Таким образом, максимальный крутящий момент, приложенный к барабану при намотке витков гибкой трубы на максимальный диаметр,

M_б = М_хпл + m(D_б/2)М_хпл/R = М_хпл(1 + mR2/D_б),

где m – число изгибов трубы.

Подставив значения для рассматриваемого агрегата при использовании гибкой трубы диаметром 25 мм (М_хпл = 1250 мм³, D_б = 1800 мм, R = 1000 мм и ее изгибе при транспортировании в двух плоскостях (m = 3), получим

M_б = 600[(1 + 310002)/1800] = 2600 Нм.

Значения изгибающих моментов для иных диаметров труб приведены выше.

Для привода барабана применяют гидромотор, вращающий вал барабана через планетарный редуктор. Гидромотор и редуктор унифицированы с аналогичными узлами, используемыми в транспортере:

M_б = М_г.м.стрi_мех = 258240,8 = 4953 Нм,

где _мех – КПД редуктора; М_г.м.стр – страгивающий момент, развиваемый гидромотором.

Таким образом, привод барабана, конструкция которого использована в агрегате, обеспечивает наматывание трубы диаметром 25 мм в режиме страгивания и тем более, если этот процесс осуществляется равномерно.

Максимальный крутящий момент, который может быть приложен к барабану при намотке трубы, определим из условия, что максимальные напряжения, возникающие в поперечном сечении последней, не должны превышать предела прочности _в (для стали 20 как наименее прочного материала, из которого может быть изготовлена труба, _в = 420 МПа). Максимальные напряжения _max в поперечном сечении трубы равны сумме напряжений _и, обусловленных изгибом трубы, и _н, вызванных усилием натяжения трубы P_н:

_max = _и + _н.

Напряжения _max = _в, _и = _т, _н = P_н/f.

Таким образом,

_в = _т + P_н/f,

где f – площадь поперечного сечения тела трубы (при d_тр = = 25 мм f = 1,44 см²).

Максимальное допускаемое усилие натяжения гибкой трубы, сбегающей с барабана,

P_н = (_в – _т)f,

для трубы с d_тр = 25 мм P_н = 24 480 Н.

Максимальный момент, развиваемый барабаном при движении трубы, определяется величиной крутящего момента, создаваемого приводным гидромотором (М_г.м.ном = 342 Нм),

M_б = 342240,8 = 6566 Нм.

Максимальное усилие натяжения трубы Р_max развивается при ее наматывании на минимальный радиус барабана. В рассматриваемом случае R_min = 0,8 м.

P_max = M_б/R_бmin = 6566/8 = 8207 Н.

Коэффициент запаса при работе в этом режиме будет равен P_н/P_max = 24 480/8207 = 3. Таким образом, условие прочности для трубы, изготовленной из наименее прочного материала, выполняется.