Проектирование Автоцистерны V-18м3

 

                           \* MERGEFORMAT ()

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где     - то же, что и в формуле (15);

- то же, что и в формуле (16).

Подставляем значения в формулы (21) и (22) соответственно:

 

 

Найденные величины подставляем в формулу (20) и определяем приведенное напряжение изгиба:

 

 

 

Для обеспечения прочности цистерны должно выполняться следующее неравенство:

 

                           \* MERGEFORMAT ()

 

где   – то же, что и в формуле (20);

 – то же, что и в формуле (2).

 

Определим растягивающее напряжение σ₃, МПа в днище цистерны:

 

                          \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (5);

 – внутренний радиус днища, мм;

 – толщина днища цистерны, мм. Принимаем 8мм.

Подставляем значения в формулу (24):

 

 

Определим силу давления жидкости на днище при торможении цистерны :

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где     – сила удара жидкости о днище цистерны, 0,3 МПа;

 – то же, что и в формуле (11);

 – то же, что и в формуле (18);

 – полная масса автоцистерны вместе с нефтепродуктом. 

 

Находим силу давления жидкости на днище при  торможении цистерны, подставив значения в формулу (25):

 

 

Тогда среднее давление на днище при  торможении P₁, МПа будет определяться следующим образом:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

где     – то же, что и в формуле (25);

 – то же, что и в формуле (11).

 

Подставляем значения в формулу (26):

 

 

Тогда растягивающее напряжение, возникающее  в днище цистерны при торможении, будет определяться по следующей  формуле:

 

                            \* MERGEFORMAT ()

 

где    – то же, что и в формуле (26);

 – то же, что и в формуле (24);

 – то же, что и в формуле (24).

 

Подставляем значения в формулу (27) и находим растягивающее напряжение, возникающее в днище цистерны при торможении:

 

 

Определим наибольшее напряжение в днище цистерны :

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где    – то же, что и в формуле (24);

 – то же, что и в формуле (27).

Подставляем значения в формулу (28) и находим наибольшее напряжение в днище цистерны:

 

 

Для обеспечения  прочности цистерны должно выполняться  следующее неравенство:

 

                            \* MERGEFORMAT ()

 

где  – то же, что и в формуле (28);

 – то же, что и в формуле (2).

Проверяем:

 

1.6 Расчет устойчивости цистерны на опрокидывание

 

_{Нарушение устойчивости цистерны в продольном и  поперечном направлении  возможно при аварии (характерно для нарушения  продольной устойчивости). К случаям поперечного  нарушения устойчивости относится боковое  скольжение и опрокидывание, которые могут  возникать при  движении по наклонной  плоскости и радиусу  от воздействия бокового давления.}

_{Вероятность бокового опрокидывания  зависит от соотношения  ширины транспортной базы и высоты центра тяжести, она оценивается  коэффициентом боковой  усталости против опрокидывания  КУ:}

 

                   _{\* MERGEFORMAT ()}

 

_{где     В – ширина колеи, м. В нашем случае равна 2,2 м;}

_{z – высота центра тяжести. В нашем случае составляет примерно 1,5 м.}

_{Подставляем данные в форму (30):}

 

 

Ускорение опрокидывания а_О, м/с² определяется по следующей формуле:

 

                          \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (6);

 – то же, что и в формуле (30).

 

Подставляем данные в формулу (31):

 

 

Скорость  опрокидывания  определяется по следующей формуле:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где    – то же, что и в формуле (31);

 – радиус поворота, R=25м.

Подставляем данные в формулу (32):

 

 

Скорость  скольжения цистерны при повороте :

 

                                  \* MERGEFORMAT ()

 

где     – коэффициент сцепления шин с дорогой. Примем равным 0,5;

 – то же, что и в формуле (6);

 – то же, что и в формуле (32).

 

Подставляем данные в формулу (33):

 

 

При повороте боковой занос  возникает раньше, чем опрокидывание. Учитывая поперечный крен при повороте, предельную скорость поворота рассчитывают по следующей формуле, уменьшая ее на 50%.

 

   \* MERGEFORMAT ()

 

где   

_{Подставляем данные в формулу (34):}

 

 

Опрокидывающий момент определяется по следующей формуле:

 

   \* MERGEFORMAT ()

где     – то же, что и в формуле (30);

 – то же, что и в формуле (34);

Rэ  – эквивалентный радиус цистерны;

Подставляем данные в формулу (35):

 

 

Удерживающий момент определяется как:

 

   \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (25);

 – то же, что и в формуле (30);

 – то же, что и в формуле (6).

Подставляем данные в формулу (36):

 

 

Условие устойчивости выполняется  при соблюдении следующего условия:

 

       \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (36);

 – то же, что и в формуле (35).

 

Условие не выполняется, следовательно, установим ограничение скорости автоцистерны на повороте. Для этого  приравняем удерживающий и опрокидывающий моменты и пересчитаем скорость поворота

 

                                                             (38)

где     – то же, что и в формуле (36);

 – то же, что и в формуле (35).

 

                                                             (39)

где    - то же, что и в формуле (34);

        R_Э – радиус цистерны (эквивалентный), мм;

        - то же, что и в формуле (18);

        В - то же, что и в формуле (30);

        g - то же, что и в формуле (6);

        Z – высота центра тяжести, мм.

Исходя  из равенства (38) запишем формулу:

 

                                                       (40)

где    - то же, что и в формуле (34);

        R_Э – то же, что и в формуле (34);

        - то же, что и в формуле (18);

        В - то же, что и в формуле (30);

        g - то же, что и в формуле (6);

        Z – то же, что и в формуле (34).

         _{Подставляем данные  в формулу (40):}

 

 

Таким образом, для осуществления устойчивости автоцистерны необходимо снижать скорость на повороте до 7,9 м/с.

 

1.7 Выбор насосного оборудования

 

Требуемая производительность насоса :

 

                            (41)

 

где   – количество отсеков;

 – вместимость каждого из отсеков, м³;

 Подставляем данные в формулу (41):

 

 

Номинальный расход определяется округлением требуемого в большую сторону, т.е. .

Тогда секундный расход можно определить по следующей формуле:

 

                   (42)

 

где    – номинальный расход, м³/ч.

Подставляем данные в формулу (42):

 

 

Диаметр трубопровода определяется как:

 

                  (43)

 

где     q – то же, что и в формуле (42);

w – скорость перекачки. Для расчета принимают 2 м/с.

Подставляем данные в формулу (43):

 

.

 

Принимаем стандартный диаметр трубы –  100 мм.

Диаметр и число напорно-всасывающих  рукавов определяем по ГОСТ Р50913-96. [2]

Число напорно-всасывающих  рукавов: 2.

Произведем  уточнение скорости перекачивания  :

 

                  (44)

где     – то же, что и в формуле (42);

= 100 мм;

Подставляем данные в формулу (46):

 

Определим число Рейнольдса для данного режима перекачки:

                            (45)

где     – то же, что и в формуле (43);

 – то же, что и в формуле (43);

 – кинематическая вязкость перекачиваемого нефтепродукта. Примем равной кинематической вязкости бензина – 0,6 сСт. [3]

Подставляем данные в формулу (45):

 

 

 

Т.к. Re находится в пределах 1500≤Re≤2400, то режим течения жидкости переходный.

Определим давление во всасывающем  трубопроводе :

             (46)

где     – атмосферное давление, 0,1 МПа;

 – то же, что и в формуле (6);

 – то же, что и в формуле (6);

 – то же, что и в формуле (6);

 – то же, что и в формуле (44);

 – коэффициент местных потерь;

 – коэффициент гидравлического сопротивления;

 – длина всасывающего трубопровода. Примем равной 3 м в соответствии с ГОСТ Р 50913-96 [2];

 – то же, что и в формуле (43).

Коэффициент гидравлического сопротивления  можно определить по следующей формуле:

                            (47)

где    – то же, что и в формуле (45).

Подставляем данные в формулу (47):

Коэффициент местных потерь складывается из гидравлического  сопротивления напорного трубопровода. В нашем случае:

 

                          (48)

 

где     – сопротивление входа – 0,45;

 – сопротивление фильтра грубой очистки – 0,5;

 – сопротивление задвижки – 0,47;

 – сопротивление двух тройников – 1,3×2;

 – сопротивление выхода – 0,81.

Подставляем все данные в формулу (48):

 

 

Полученные  данные подставляем в формулу (47) для определения давления во всасывающем трубопроводе:

 

 

Определим потери в нагнетательном трубопроводе:

 

                 (49)

 

где    – то же, что и в формуле (46);

 – то же, что и в формуле (46);

– то же, что и в формуле (43);

– то же, что и в формуле (46);

 – то же, что и в формуле (43);

 – то же, что и в формуле (6).

Подставляем данные в формулу (49):

 

 

2 Оборудование  цистерны

 

Технологическое оборудование включает в себя цистерну для топлива, насос, гидравлическую систему трубопроводов  с арматурой, пневматическую систему  управления, раздаточный рукав с  наконечником, рукав для перекачки, приемный рукав [5], электрическое и противопожарное оборудование, контрольно-измерительные приборы [2]. Привод насоса осуществляется от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности и карданный вал.

Цистерна из листовой стали, рамной конструкции, калиброванная. Сверху цистерны расположены наливные горловины, в  нижней части – отстойники с водоотделителями. Внутри цистерны установлены поплавковые указатели уровня. На крышках горловин имеются дыхательные клапаны с фильтром. Управление технологическим оборудованием (пневмозадвижками, насосом, автоприводом газа и шланговым барабаном) централизованное, пневматическое, осуществляется из кабины, расположенной сзади.

Ниже  приведено более подробное описание основного оборудования автоцистерны.

 

2.1 Насос

 

На  проектируемой автоцистерне целесообразно  применение самовсасывающего насоса СЦЛ 20/24. Выбранный насос не только соответствует требованиям надежности, но и также обладает небольшим весом. Алюминиевый сплав значительно уменьшает массу насоса, что является важным показателем любого оборудования для автоцистерны. Насосы такого рода предназначены для перекачивания чистых, без механических примесей жидкостей: бензина, керосина, дизельного топлива и других нейтральных жидкостей вязкостью не более 2·10-5 м²/с температурой от минус 40 до 50°С и плотностью не более 1000 кг/м³. [6]

Основные характеристики данного  насоса приведены в таблице 3.

 

Таблица 3  –  Технические  характеристики насоса [6]

Частота вращения, об/ мин	1450	1700
Подача, м3/ч	32	45
Напор, м	54	45
Продолжение таблицы 3  –  Технические характеристики насоса [6]
Мощность, кВт	18,5	24
КПД насоса, %	33
Допустимый кавитационный запас, м	1,5	5
Высота самовсасывания, м	5,5
Габаритные размеры, мм	478х460х285
Масса, кг	35

 

Самовсасывающие насосы СЦЛ-20-24 выпускаются левого и правого вращения, если смотреть со стороны конца вала. Направление вращения вала должно совпадать с направлением указательной стрелки на насосе (проверяется кратковременным пробным пуском привода насоса) [6]. 

Конструкция насосов левого и правого вращения представлена на рисунке1.

 Конструкция электронасоса СЦЛ-20-24:  
а - левого;   б - правого вращения:  
- корпус насоса;  
- центробежное колесо;  
- промежуточная крышка;  
- крышка корпуса;  
- торцовое уплотнение;  
- вихревое колесо;  
- воздухопровод;  
- колпак;  
– вал. 

Всасывающий фланец насоса выполнен в корпусе  насоса, напорный - в колпаке, который  крепится к корпусу насоса. Корпус колеса имеет осевой подвод к центробежному  колесу. Отвод от вихревого колеса обеспечивают крышка корпуса и промежуточная  крышка, которая разделяет внутреннюю полость корпуса на две части. Вал опирается на шарикоподшипники, которые закрываются крышками (задней глухой и передней с расточкой  под вал).  
Герметичность насоса обеспечивается резиновыми кольцами и торцовыми уплотнениями.