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_{x max} = s_т W_{x пл},

где

W_{x пл} = (d ³_тр.н – d ³_тр.в)/6» d ²_тр.нd_тр.

Здесь W_{х пл} – момент сопротивления пластический.

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

Параметры трубы, мм:
наружный диаметр d тр.н
толщина стенки dтр					3,5	3,5
Момент сопротивления пластический Wх пл, мм3
Предел текучести sт, МПа
Максимальный изгибающий момент Mx max, Н×м
Крутящий момент барабана М б, Н×м
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; y пл, y упр – области поперечного сечения соответственно с пластически- и упругодеформированным материалом; emax – максимальные деформации материала в точках сечения, наиболее удаленных от нейтральной линии; eт – деформации, соответствующие достижению предела текучести материала sт; Мх пл – изгибающий момент, который необходимо приложить для обеспечения изгиба трубы с образованием пластических деформаций; крутящие моменты: М б – развиваемый приводом барабана при наматывании трубы, М тр.у – создаваемый тормозом и препятствующий самопроизвольному раскручиванию барабана под действием сил упругой деформации КГТ, М д – раскручивающий намотанную на барабан трубу, обусловленный давлением жидкости, находящейся в ней; Р т – тяговое усилие транспортера при спуске труб; R тр.н – радиус изгиба трубы при выходе из транспортера при ее подъеме (наматывании на барабан); R б – 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_{х пл} + m (D _б/2) М_{х пл}/ R = М_{х пл}(1 + mR 2/ D _б),

где m – число изгибов трубы.

Подставив значения для рассматриваемого агрегата при использовании гибкой трубы диаметром 25 мм (М_{х пл} = 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.стр i h_мех = 258×24×0,8 = 4953 Н×м,

где h_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 s_в (для стали 20 как наименее прочного материала, из которого может быть изготовлена труба, s_в = 420 МПа). Максимальные напряжения s_max в поперечном сечении трубы равны сумме напряжений s_и, обусловленных изгибом трубы, и s_н, вызванных усилием натяжения трубы P _н:

s_max = s_и + s_н.

Напряжения s_max = s_в, s_и = s_т, s_н = P _н/ f.

Таким образом,

s_в = s_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 = (s_в – s_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.