Проектирование Автоцистерны V-18м3

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Задача данного курсового  проекта - рассчитать и спроектировать авто-цистерну для перевозки светлых нефтепродуктов.

Максимальная вместимость  18м³.

Максимальная скорость движения 120км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение …………………………………………………………….………….	4
1  Расчёт параметров автоцистерны
1.1 Определение  геометрических размеров цистерны  …………………….	5
1.2 Выбор конструкционных  материалов ………………………………….	5
1.3 Определение  расчётного давления в цистерне  …………………………	7
1.4 Расчёт толщины стенки, обечайки и днища цистерны ……………….	9
1.5 Расчет основных нагрузок….…………………………………………....	10
1.6 Расчет устойчивости автоцистерны на опрокидывание………………..	15
1.7 Выбор насосного оборудования………………..………………………..	18
2 Оборудование цистерны
2.1 Насос ………………………………………………………………………	22
2.2 Наливной люк ………………………… …………………………………	24
2.3 Манометр ………………………………………………………………….	25
2.4 Указатель уровня …...……………………………………………………	26
2.5 Дыхательный  клапан …………………………………………………….	27
2.6 Перепускной  клапан ……………………………………………………..	28
2.7 Обратный клапан  ………………………………………………………...	28
2.8 Вентиль ……………………………………………………………………	29
2.9 Площадка и  лестница …………………………………………………….	30
3 Работа технологического  оборудования …………………………………….	30
4 Требования безопасности ……………………………………………………	31
Заключение …………………………………………………………………......	33
Список использованных источников ……………...………………………….	34

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Автомобильные перевозки  грузов на сегодняшний день являются самым востребованным, а также  самым популярным способом по доставке грузов как по территории России, так и за границу. И это неудивительно, поскольку автомобильные перевозки обладают большим количеством преимуществ перед железнодорожными, а также морскими и авиационными. 

Автоцистерны (АЦ) предназначены  для транспортирования по дорогам  общего назначения и кратковременного хранения светлых нефтепродуктов плотностью не более 0,83 т/м³. Автоцистерна должна передвигаться с порожней или с полностью заполненной цистерной, перемещение с неполностью заполненной цистерной не допускается, так как смещение центра тяжести груза при движении может привести к опрокидыванию АЦ.

Проектируемая автотоцистерна спроектирована на базовом шасси автомобиля КАМАЗ - 65224, колесная формула 6×6. Данный вид транспортного средства выпускается заводом «УралСпецТранс» [7]. Проектирование автотоцистерны на выбранном шасси дает еще одно весомое преимущество – данное шасси обладает повышенной проходимостью, что обеспечивает возможность доставки топлива в труднодоступные районы.

 

1 Расчет параметров автотоцистерны

 

1.1 Определение геометрических размеров цистерны

 

В настоящее время выпускаются  цистерны с обечайками цилиндрической, эллиптической, трапецеидальной и  прямоугольной форм. Для проектируемой  цистерны выбираем эллиптическую форму  обечайки, так как она обладает достаточной прочностью, высокой  устойчивостью и хорошо вписываются  в транспортные габариты.

Площадь поперечного сечения  цистерны определяется по формуле:

 

                          \* MERGEFORMAT ()

 

где    - высота цистерны, 2м;

- ширина цистерны, 2,5м.

Подставляем значения в  формулу (1):

 

 

Длину цистерны =5м.

Принимаем также плоскую  отбортованную форму днища.

 

1.2 Выбор конструкционных материалов

 

Выбор конструкционных  материалов для изготовления цистерны и ее оборудования определяется несколькими  факторами. Наиболее важными технологическими свойствами, которые необходимо учитывать  при выборе конструкционных материалов, являются: свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием. Кроме указанных факторов при определении целесообразности применения тех или иных конструкционных материалов необходимо учитывать их стоимостные показатели.

Для изготовления цистерн  для нефтепродуктов, оборудования и  деталей крепления наиболее часто  применяются стали 10ХСНД, 09Г2С, Ст3сп. Так как сталь марки Ст3сп является более дешевой, легкодоступной, для проектируемой цистерны выбираем именно ее. Также эта марка стали обладает хорошей свариваемостью и высокими механическими показателями [1].

Химический состав в % материала  Ст3сп приведен в таблице 1.

 

Таблица 1 – Химический состав в % материала Ст3сп [ГОСТ 380-2005]

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
До 0,22	0,15-0,3	0,4-0,65	До 0,3	До 0,05	До 0,04	До 0,3	До   0,008	До 0,3	До 0,08

 

 

Механические и физические свойства материала приведены в  таблице 2.

 

Таблица 2 – Механические и физические свойства материала Ст3сп [1]

Предел прочности  , Мпа	Предел текучести  , Мпа	Относительное удлинение  , %	Ударная вязкость KCU, Дж/см2	Модуль упругости Е, 105 МПа
380-490	255	26	108	2,0

 

Допускаемое напряжение , МПа, для выбранной марки стали опреде-ляем по следующей формуле:

 

                       \* MERGEFORMAT ()

 

где   – нормативное допускаемое напряжение, МПа;

 – поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации цистерны. При расчете цистерн, предназначенных для содержания взрыво- и пожароопасных продуктов, принимают = 0,8.

За нормативное допускаемое  напряжение принимают меньшее из двух значений:

 

                     \* MERGEFORMAT ()

где     – минимальное значение предела прочности, МПа;

- коэффициент запаса по пределу прочности (n_в = 2,6);

 

                     \* MERGEFORMAT ()

где    – минимальное значение предела текучести, МПа;

- коэффициент запаса по пределу текучести (n_T=1,5)

Подставляем данные в формулы (3) и (4):

 

Следовательно, за нормативное принимаем  значение - .

 

 

 

Подставляем его в формулу (2) и определяем допускаемое напряжение:

 

 

1.3 Определение расчетного давления в цистерне

 

Под расчетным давлением понимают наибольшее рабочее давление, возникающее в цистерне в процессе ее эксплуатации: при выполнении технологических операций по заполнению и опорожнению цистерны; при движении автотоцистерны с заполненной цистерной; при изменении объема продукта в цистерне под воздействием перепада температур и др.

Расчетное давление (Р_р, Па) определяют по следующей формуле:

 

                           \* MERGEFORMAT ()

 

где   – давление насыщенных паров перевозимого нефтепродукта (примем давление 0,05 МПа) [3];

 – коэффициент вертикальных  нагрузок, лежит в пределах 2,9…3,5. Принимаем  =3;

Р_С – гидростатическое давление, определяемое высотой налива продукта, МПа;

 – коэффициент горизонтальных  нагрузок, составляет порядка 10-12% от величины вертикальных динамических  нагрузок;

 – расчетное динамическое давление, МПа.  

Гидростатическое давление Р_С, МПа, определяют  в зависимости от высоты налива продукта в цистерне по следующей формуле:

 

                   \* MERGEFORMAT ()

 

где   h – высота налива нефтепродукта, м. Примем высоту налива равной 0,95 от полной высоты цистерны – 1,9м;

ρ_пр – плотность транспортируемого продукта, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Подставляем данные в формулу (6):

 

 

 

Теперь  мы можем определить величину коэффициента горизонтальных нагрузок :

 

                                     \* MERGEFORMAT ()

 

где     - то же, что и в формуле (5).

Подставляем данные в формулу (7):

 

Расчетное динамическое давление Р_Д определяем по следующей формуле:

 

                \* MERGEFORMAT ()

 

где    – масса продукта в цистерне, кг;

– максимальная скорость, развиваемая автоцистерной. Для данного шасси равна 120 км/ч или 33,3 м/с.

  – тормозной путь автомобиля, м;

 – то же, что и в формуле  (1).

Масса продукта определяется как:

 

                 \* MERGEFORMAT ()

 

где    - эксплуатационная вместимость цистерны, м³;

- то же, что и в формуле (6).

Таким образом, масса перевозимого нефтепродукта  по формуле (9):

 

 

Для автомобилей с пневматическим приводом тормозов тормозной путь определяется по следующей формуле:

 

            \* MERGEFORMAT ()

 

где    .

_{Подставляем данные в формулу (10):}

 

 

 

Подставляем значения в формулу (8):

 

 

Теперь подставляем все значения в формулу (5) и находим расчетное давление:

 

 

1.4 Расчет толщин стенки обечайки и днища

 

Толщину стенки цистерны b, мм можно определить по следующей формуле:

 

                         \* MERGEFORMAT ()

 

где     Р_Р – то же, что и в формуле (5);

 – внутренний диаметр цистерны, мм;

 – допускаемое напряжение, МПа; 

– коэффициент, учитывающий прочность  сварных швов. Для автоцистерн  принимают равным 0,1.

Допускаемое напряжение выбирают меньшее из двух значений:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где    - предел текучести, МПа.

 

                            \* MERGEFORMAT ()

 

где    - предел прочности, МПа.

 

Найденные значения:

 

 

 

Принимаем .

Подставляем все значения в формулу (11):

 

 

Согласно  ГОСТ Р 50913-96 [2] цистерны эквивалентным диаметром более 1.8м должны иметь эквивалентную толщину стенок 6 мм и плюс 1 мм на коррозию, следовательно принимаем толщину стенки 7 мм, а толщину днища на 1., .2 мм больше толщины обечайки, то есть 8 мм.

 

1.5 Расчет основных нагрузок

 

Кольцевое напряжение внутреннего давления определяется по следующей формуле:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где    – то же, что и в формуле (5);

        – то же, что и в формуле (11);

 – то же, что и в формуле (11).

Подставляем значения в формулу:

 

 

Растягивающее (меридиальное) напряжение σ_М, МПа определяется по следующей формуле:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (5);

 – то же, что и в формуле (11);

 – то же, что и в формуле (11).

 

Подставляем значения в формулу:

 

Напряжение  изгиба от действия распределенной нагрузки σ_изг, МПа определяется как:

 

                          \* MERGEFORMAT ()

 

где     – максимальный изгибающий момент в сечении цистерны, Н м;

 – момент сопротивления изгибу, м³.

Максимальный  изгибающий момент M_max, Н∙м определяется по следующей формуле:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где    – распределенная нагрузка, Н/м;

 – длина котла цистерны, м.

Распределенная  нагрузка определяется по формуле:

 

                 \* MERGEFORMAT ()

 

где    – то же, что и в формуле (17);

 – масса продукта в цистерне, кг;

 – масса специального оборудования автоцистерны без продукта, кг;

 – то же, что и в формуле (6).

 

Подставляем значения в формулу (18):

 

 

Таким образом, максимальный изгибающий момент будет равен:

 

 

Момент  сопротивления изгибу будет определяться как:

 

                  \* MERGEFORMAT ()

 

где     – то же, что и в формуле (11);

  – то же, что и в формуле (11).

 

Момент  сопротивления изгибу :

 

 

Подставляем все найденные значения в формулу (16) и определяем напряжение изгиба:

 

 

Определим приведенное напряжение изгиба σ_прив, МПа:

 

                          \* MERGEFORMAT ()

 

где   s_ниж – суммарное напряжение изгиба в нижней части цистерны, МПа;

        s_вер – суммарное напряжение изгиба в верхней части цистерны, МПа.

Суммарное напряжение изгиба в нижней части  цистерны s_ниж и верхней части s_вер определяются по следующим формулам соответственно: