МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО, СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ВНИИСТ

ПО ОЦЕНКЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБОТРАНСПОРТНЫХ АВТОПОЕЗДОВ

Р 311—78

Москва 1978

m 656.56(083.96)

"Руководство по оценке динамических параметров тртботраиспоргных автопоездов", разработанное во ВНиКТе лабораторией механизации к автоматизации строительства трубопроводов (д-р хехи.ааук А.и.Галь-пернным, инж.Е.д.Семнным, кандидатами хекн. наук Ю.А.Дудоладовым к В.Ф.Николенко, кнхенерамк Л.П.Ией-ном ,    И.Н.Костило вой), освещает вопросы взаюю-

дейсхвня эвеньев подвижного сосхава ■ длинномерных хруб в процессе нх транспортировки ох келезнодорои-ных станций ■ причалов до участков схроахехьсхва магистральных трубопроводов.

Руководство содержит методику по оценке динамических характеристик используемых и вновь создаваемых труботраяспортных автопоездов (лжетввозов к трубовозов); особое вшшанке в нем уделено выбору оптимальных оекмнов транспортировки длинномерных хруб к секций специализированными автотранспортными средствами.

©Всесгозный научно-исследовательский институт по cxpoi хеиьсхву магистральных трубопроводов (ВНИИСТ), 1978

Pao.I. Схема вер*анальных колебаний труботранспортного автопоезда

гае:    Cjfif - 2Cp_z ■' [M^H+ M fa J; ^15 ~2@р₃ '' М fa /

~{ZCp_t+2Um_g)} ^ 1 а ⁼ 2£р g ’ ^ig~2№p₃+ С_Шз),

tyt ~^^Рд > ^шгг ⁼ % fa '■^т%$/ М'=Мд ~2    /

.. a^z + J>l    _v , . (Ь+Ь?+$ (е_г+е₃)^г , j£

^N~^Ma~Tf    ' *' М\ ^ег    V

j (е_г+е*)'+е³, „ ь Ь\. гЗ(е_г*е₃) ..    &е,    ]

-ze[-±(_t>H>)_as™^L

•    £    -»з]* £‘[м»М

.    23(e_x + e^ l .

sin-——²¹--sm

L    ЦЦ    L

'-/г; ^-le ^!*t!    ^i(tt*^t3>.    *

_л<3

n>

п_г ®^п l ¹ ] > 'h**!^: is > fa - -1    ¹

+ ~_t sta - ^Llh}b . cs llillhl „ kLr _cosJ1l _ J* L    T    L    7    A

_ m

13

3.4.    Часхиыв рвнеши системы, уравнений вертикальных колебаний автопоезда (4) записывают в виде:

2_г cos(u>i +ф₀)-,

Z₃-A_z cos(u>t +ф_а);

Z^A₃cos(uJt +<р₀);    .

Собственную частоту вахебааяй определяет не адгебракчес-кого шшшома вида:

1 - 6_}cJ^z +6₂и^ч-6аЬ>*=0    (6)

Искомые аначеимя частот собственных колебаний автопоезда и груза и) = 2* fi являются горняки шшшома (б). Ирм определении этих горней полинома рекомендуется использовать ЭМ.

3.5.    Наиболее подвержены действию вертикальных колебаний обетонированные длинномерные трубы. Благоприятные режимы транспортировки этих труб выбирают в следующей последовательности:

определяют зоны резонансных частот колебаний труботранс-портчого автопоезда с грузом или укороченный спектр частот собственных колебаний (до 12-15 Га);

определяют области критических скоростей движения автопоезда, при этом верхняя ^у_в и нижняя    границы

критических скоростей движения соответственно раъвы[2 ] :

Ь, *4«•«*•/» * 4 [х »!«]•,

устанавливают граничные значения нерегопаясных часто- и скоростей движения автопоезда.

14

3.6. Для проведения предварительных инженерных расчетов по определение ниэкей частоты собственных колебаний длинно -мерной трубы или пакета труб (секций) рекомендуется применять метод начальных параметров [з]. Пример расчета данным методом приведен в прин.1.

3.?. При прочностной проверке конструкций труботранспортного автопоеада на вертикальные нагрузки их массу необходимо вводить с коэффициентом динамичности Xq = 2,3.

ЮПЕРЕЧВО-УГЛСВЫЕ ЮЛЕ6АЮШ ТШОТРАНСПОРТНЫХ АВТОПОЕЗДОВ

3.8.    Спецналнаироваиные автотранспортные средства для перевозим длмпвомерных труб в отличие от автомобилей и авто -поездов общего назначения, эксплуатируют, в основном, по грунтовым дорогам к местности. Так как на автомобиле трубо -транспортного автопоезда пет седельного устройства с тремя степенями свободы, то это не позволяет применять для расчета параметров поперечной устойчивости труботранспортных автопоездов существующие методики по определению крена седельных автопоездов.

Установлено, что макешаяьный угол поперечного крена ведомого эвена труботранспортного автопоезда (прицеп-роспуск я груз) в I,3-1,4 рага превышает угон поперечного крена автомобиля. В связи с этим при оценке поперечной устойчивости автопоеада следует определить прежде всего угол поперечного крена прицепа-роспуска.

3.9.    Поперечно-угловые колебания ведомого звена автопоезда (рис .2), состоящего из прицепа-роспуска и перевозимого груза, характеризует дифференциальное уравнение

а + о)^г₀с( - -Cjtiynd +0.1 (у_в -y_s)_}

где

15

Ч'^!-2(с„₃с!‘< с_Ра4_з);    ^л.

+

г,

* in ^Hi^m$ ~^s£nf -л*) £+(+Л»

^ ~з_я^Срз^^рэ /■    fO+fw):*s^a*tof-J^t»sfr

A_s-sinf +f_mp cos£ ;

б к Н'\ A_Ss.£ , д . tfmp \ Af / , i

+fmpWS$ -'^Zj^r\^npu<^x >°>

-c sign a - _<

rr,H*

<(sCn§ +f_mpcos$- ^Z^r\npv dr <0 j

r'„ °* t*³* ^J" со*₈^г '

3.10. Угол поперечного крена ведомого звена труботранс -портного автопоезда при его движении по дороге о синусоидальными неровностями (J_g -    =    1    cos(cj_nt    + V₀) рассчитыва

ют по следующим формулам,полученным при решении уравнаяиа(?):

^л = ~г\( coscJ_Qt +sincj₀t'tg ~ ?J ⁺

ai <L Г    ■    /С,    ■    CJ*²    ^    UTcPo \

+ —fs~cos\(j_nt +azcsin —- tg    -Г-—/

(8)

и)*^{г п}    \Оу^и)_п^о    *    2ш_п '

При

О s тг ;

и>_п

16

сх	. а	Г,-	«*(•**- го.) L	£i4 ,
	<	Г	ш 4*L‘ J	CO**
	X cos	fat	2 Un g +azc&in (~--7Cl u— i	to lu°
		L •!	{ ajfojn (j0	/ 2u)n
		7	* tK tor
при		U)n	W/7
где		** СО	- - (^n; ь)п =

(9)

Рис.2. Схема поперечно-угловых колебаний ведомого звена автопоезда

17

График изменения угла крена ведомого звена труботранспорт-ного автопоезда ШШ с секцией труб L = 24 м и диаметром I22C мм в процессе его движения по дороге с периодическими синусоидальными неровностями 5_Н *12 ми Q *0,15 м приведен на рис.З.

а, град
8 £ 4 2 О _ п U ~k -8 -8

Рис.З. Зависимость угла поперечного крена ведомого звена труботранспортного автопоезда <Х от длины периодиче -схой неровности дороги 8_Н

ala.    Г --*rr cost aicsw cj*    [

а

max

3.II. каксимальный угод поперечного крена рамы ведомого звена автопоезда определяют из выражения

ап

В тех случаях, когда постоянная величина, характеризуемая сухим трением трубы по опоре автомобиля,равна нуле (Cj =0), максимальный угол поперечного крена подрессоренных масс прицепа-роспуска с грузом возрастает и равен

max U* ^

3.12. Резонансную скорость движения автопоезда, при которой амплитуда поперечно-угловых колебаний ведомого таена будет иметь максимальное значение, определяют по формуле

8н

2S

(12)

и₀.

PSi

3.13. Хесткость рессор ведомого эвена труботраазпортного автопоезда следует выбирать на условия, чтобы величина peso -найеной скорости движения автопоезда была больае величины максимальной скорости его движения с полной нагрузкой, т.е.

аз)

Du/₃-d^e(A7 ~ da так )

где

А₇ - В„ Н' [(F08$~f_mp sinf)    + (cosS +f_mpsin    +Ntqh$.

КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИХЕНИЕ ТРУВОТРАНСПОРТНЫХ АВТОПОЕЗДОВ

3.14. Перевозка длинномерных секций труб длиной 24-36 и при строительстве магистральных трубопроводов свяэана с движением по криволинейным участкам.

Автопоезд-ллеТевоз отличается от аналогичных транспортных средств тем, что тяговое усилие от тягача к прицепу-роспуску передается в основном через перевозимый груз - секции. Это обусловливает значительные нагрузки в местах контакта трубы со стойками звеньев автопоезда по криволинейной траектории и должно быть учтено при проектировании свецжали8яро -ванных автопоездов, предназначенных для перевозки длинномерных труб, в тон числе с защитным покрытием.

Как известно [4J , геометрический показателем маневренности автопоеада при его криволинейном движении является га-

19

a)

5)

35

-Z30

I*

I

I»

1

1

I'

Ркс.ч. Габаритные рагиеры полосы криволинейного движения

труботранспортного автопоезда при проезде прямоугольных поворотов:

а-схема прямоугольного проезда; б-номограмма вписывания автопоезда в прямоугольный проезд

20

IРуководствоjP 311-78

ШШСТ j по оценке динамических параметров}-

i труботранспортных автопоездов i Разработано j    ;    впервые

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Перевозку труб (секций) в основном осуществляет вне дорог общего пользования.

1.2.    Специфические особенности груза, а танке дорожные н климатические условия определяет дополнительные требования к конструкции подвижного состава для перевозки длинномерных труб. Эти требования сводятся в тому, что автопоезда должны:

быть надежны в эксплуатации;

иметь поваженные динамические качества, маневренность я проходимость;

иметь надежные увязочные средства для закрепления груза на автопоезде.

1.3.    Для удобства пользования настоящим Руководством ниже приведены объяснения основных условных обозначений, использованных в формулах н рисунках.

Основные чоловные обозначения

A₁ i А_г ж А₃    - коэффициенты пропорциональности;

Aif ; As » As * ^7 ~ коэффициенты, определяемые величиной угла наклона опорной поверхности боковой стойки коника платввоза к горизонтальной плоскости;

CL - расстояние от центра подрессоренных масс автомобиля до его передней оси;

О.*- расстояние от центра масс ведомого звена до коника автомобиля;

dj * а* - постоянные коаффициенты;

баржтная полоса движения, главный элемент которой - основная траектория (рисЛ).

Основной траекторией движения называется траектория средней точки между мостами задней тележки автомобиля. Продольная ось автомобиля направлена по касательной к основной траекто -рии криволинейного движения в этой точке.

Основная траектория движения автопоезда состоит из трех участков: входного, кругового и выходного.

Движение по входной траектории обусловлено изменением угла поворота управляемых колес автомобиля, радиуса поворота автопоезда и перемещением мгновенного центра поворота из беско -вечности к предельному значению. Перемещение тягача на круговом участке является установившимся движением и происходит при постоянном угле поворота управляемых колес автомобиля.

Выходной участок траектории тягача характеризуется уменьшением угла поворота управляемых колес автомобиля и перемеще -ннем мгновенного центра поворота в бесконечность.

3.15. Расчет сил (рис.5), действующих на оси ведомого звена,для случая движения труботранспортного автопоезда по. круговой траектории с постоянным радиусом следует выполнять, исходя из зависимостей:

3.16. Скорость движения автопоезда (рис.6) для данного расчетного случая изменяется по следующему закону:

замедленное движение:

=K_Yctfi(<x_Hf<_vt + Azcth ~ );

Ну

ускоренное движение:

21

а_п ; (Ljz* Qg ■ ^агг ~ иозффициеиты, зависящие от ве-дотмни круговых к гиперболических функций;

Б_п- расстояние между осями вохвс прицепа-роспуска;

В_н- средняя квадратичная высота неровности дороги;

В - расстояние от центра подрессоренных масс автомобиля до его заднего моста;

В*- расстояние от центра масс ведомого звена автопоезда до условной опоры прицепа-роспуска;

6ц- иирива опорной части коника автопоезда;

С_}- коэффициент, зависший от величины сухого трения в зоне контакта груза и коняка автомобиля;

C/f- жесткость переднего стопорного каната труботранв -портного автопоезда;

(?ц- жесткость тягового канава пжетевоза;

Ор- жесткость подвески переднего моста автомобиля;

Cpf жесткость подвески заднего моста автомобиля;

Сру жесткость подвески пркцепа-роспуцка;

£*,- жесткость иин переднего моста автомобиля;

Сшу жесткость иин заднего моста автомобиля;

Сш,~ жесткость иин прицепа-роспуска;

и - расстояние от вертикахьной оси труботранспортного автопоезда до вертикальной оси его колес;

С1_г - расстояние от центра масс ведомого звена автопоезда до условной опоры прицепа-роспуска;

dp₃- расстояние от вертикальной оси плетевоаа до рессор подвеска прицепа-роспуска;

Е - модуль упругости стали;

£#_е- модуль упругости переднего стопорного каната труботранспортного автопоезда;

Е_к~ модуль упругости тягового каната плетевоза;

В - основание натурального логарифма;

^ин_х- продольная составляющая силы инерции ведомого звена автопоезда;

Еин_г поперечная составляющая силы инерции ведомого звена автопоезда;

Ец₀ - площадь поперечного сечения переднего стопорного каната автопоезда;

F_Ht - площадь поперечного сечения тягоного каната плетено га;

Fmp - сила трения наелу опорой автомобиля и грузом; fo - величина начального прогиба трубы (секции) над левой опорой;

fo - угол поворота левого конца трубы (секции); fi - частота собственных вертикальных колебаний труботранспортного автопоезда и груза;

fx - коэффициент сопротивления качении нян автопоезда; }тр ~ коэффициент трения трубы по опоре автомобиля; в_к - динамическая сила, действуй лая от трубы (секции) на опору автомобиля;

^ - ускорение свободного падения;

Н¹ - расстояние от сод крена подрессоренных масс ведомого звена автопоезда до геометрической оси груза;

h - расстояние от дыила прицепа-роспуска до поверхности дороги;

tlqf- высота центра масс ведомого гвена труботранспорт-ного автопоезда;

h-n - расстояние от оси крена подрессоренных масс ведомого звена автопоезда до центра масс пркцепа-роспусяа н груза; Л**- профиль девой колея дороги;

Аф- профиль правой нолей дороги;

ДА - превынение новой колея дороги над правой;

О - момент инерции сечения трубы (секции);

•7/7 - момент инерции подрессоренных масс ведомого звена автопоезда;

- момент инерции ведомого звена плетевоза относк -тельно вертикальной оси 2    ,    проходимей    через    центр    масс

прицепа-роспуска н груза;

Н - отношение масон ведомого звена к массе тягача;

Ку - козффнцнент вертикальной динамичности автопоезда;

Л/ ;    и Из    - коэффициенты демпфирования колеба

ний в подвесках плетевоза;

Ки, *    н H_Ui - коэффициенты демпфирования колеба

ний в швах автопоезда;

5

fiti - отведение коаффнцнентов, учитываемых нзменение масс прицепа-роспуска н автомобиля за счет инерция их врацао-мпся масс;

b - длина трубы (секция);

Ь_}- база автомобиля;

^ - передай овес груза;

£_z - ыежопорная джина груза;

?з - задай свес груза;

tn- длина неровности дороги;

1т- длина тягового каната плетевоза;

Ms- иасса подрессоренных частей базового автомобиля;

М_я~ масса подрессоренных частей ведомого звена автопоезда;

/77- погонная масса трубы;

Щ; ^тг и /tfj - массы неподрессоренных частей автопоезда;

/%- масса трубы (секции), приходящаяся на коник авто-

поезда;

%- масса ведомого звена автопоезда;

Щ- масса автомобиля;

Pj ; Pz и - торыознне силы, приложенные к волосам автопоезда;

Рп- тормозные силы, действуюдне на колеса прицепа-роспуска, Рр * Р3 ;

Р_т~ тормозные силы, действующие на колеса автомобиля,

Р_Г ⁼ Pj + Pg !

Pj ; Pgy и Pjy - силы сопротивления качению автопоезда;

СрЗ - допускаемая удельная нагрузка на наружную поверхность трубы (сенцнн);

Q - усилие натяжения переднего стопорного каната автопоезда;

QmcnT максимальное усилие натяжения переднего стопорного каната труботранспортного автопоезда;

Q’ - усилие натяжения тягового каната плетевоза;

Qj - поперечная сила, действующая на переднюю ось прицепа-роспуска;

Qz - поперечная сила, действующая на аданюю ось прицепа-роспуска;

^ - максимальная высота периодической неровности дороги;

Цт i у г ♦ Цз » Чч * Цз * 9е ~ ^вв№шш Нвров-носте! дорога под соответствующим волосом автопоезда;

R - жоррвляцюввая функция продольного профиля дороги;

Rik - корреляционная функция поперечного профиля дороги;

Roar радиус фугового участка основной храевхорин движения автопоезда;

Rc - радиус поворота центра масс ведомого звена авто -

поезда;

R,7 - радиус поворота центра прицепа-роспуска автопоезда;

I - наружный радиус трубы (секции);

S - перемещение груза относительно коника автомобиля в сторону предохранительного щита;

5*- .перемещение груза относительно коника автомобиля в сторону тягово-сцепного прибора тягача;

Зц- длина периодической неровности дороги;

S4- величина сдвига аргумента корреляционной функции;

3j; S* ; Sg и S/ - текущие значения перемещений груэа относительно коника автомобиля на первом и втором этапах торможения труботранспортного автопоезда;

^irnax максимальные значения перемещений груза относительно коника автомобиля на первом этапе торможения автопоезда;

3,j - длина кругового участка криволинейного движения автопоезда;

Т-, - продольная составляющая силы тяги автомобиля;

Т_г - поперечная ооставляемая силы тяги автомобиля;

t - время движения автореезда;

to- время первого (динамического) этапа торможения автопоезда;

Ь_с- время второго (статического) этапа торможения автопоезда;

At - время сдвига корреляционной функции;

О'а - начальная скорость движения автопоезда при входе в поворот;

- начальная скорость торможения автопоезда;

rfa_mgj максимальная скорость движения автопоезда с грузом;

t_a - текущее значение скорости движения автопоезда;

7

$min- минимальная скорость движения автопоезда х про -цоссе его поворота;

H’ig к #1_Н - верхняя я ннжняя границы критической скорости движения автопоезда;

vopg3- резонансная скорость движения автопоезда;

и $*1 - значения опрости перемещения груза относительно гоника автомобиля в гонце первого атапа торможения автопоезда;

Wc_x- продольная составняпцая усюрения центра масс ведомого звена автопоезда;

W_Cy- поперечная составляющая усюрения центра масс ведомого звена автопоезда;

Х_т и Хп " координаты центра масс автомобиля н прицепа-роспуска;

Y(X,t)- текущее значение прогиба груза;

5(a_w)i Sfaa,); V(a₁₀)_t 1Г(а_го); V(a„) ; V(a_u) ;

T(a_wJh T(Cfgo) - величины, определяемые линейными комбинациями круговых н гиперболических функций;

Е₀ - координата центра подрессоренных масс автомобиля;

2_Т- Z_z ж 2j - вертикальные отклонения подрессоренных масс плетевова от положения равновесия соответственно над передней, гадней подвесками автомобиля и подвеской прицепа-роспуска;

Zj ; Zg ш % з - реакции дорога на оси автопоезда;

Zif - вертикальное отклонение оси груза от положения равновесия;

с( - угол поперечного крена ведомого эвена автопоезда;

4_; - угол продольных угловых колебаний кузова автомобиля;

<Х_Ыщ угол наклона тягового каната пхетевоза к горизонтальной плоскости;

^аи i ^Лг_л i fin. i fits * Рзл. ~ эмпирические озф-фнцненты, характернзувщие профиль дорога;

- угол складывания автопоезда при криволинейном

движении;

; &2 * ^ ³ ~ вертикальные отклонения осей автомобиля и прицепа-роспуска от положения равновесия;

8

д %    - коэффициенты, учитывающие ианенение пасс

автомобиля ■ прицепа-роспуска за счет инерции вращающихся касс автопоезда;

$ - угох иакжона опорной поверхности боковой стойки коника пкетевоаа к горизонтальной плоскости;

%а~ уго* поворота ведомого звена автопоеада вокруг его центра касс;

% - начальная фаза возмущав щей силы, действующей от дороги на колеса автопоезда;

Vo - начальная фаза поперечно-угловых колебаний ведомого звена автопоеада;

Vt~ уго* опирания трубы в поперечной плоскости на цк-лкцдрнчеокув опору автопоеада;

Q) - собственная круговая частота вертикальны! колебаний автопоеада с грузом;

td_f - угловая скорость поворота ведомого эвена автопоезда относительно оси вращения коняка автомобиля;

(*)ц - частота приложения возмущав щей силы от дороги к колесам автопоеада;

CJ_Q - собственная частота поперечно-угловых колебаний прицепа-роспуска;

(*)_ап~ угловая скорость кругового движения ведомого эвена автопоеада на поврррте;

и U* - частоты изменения усилий натяжения в переднем стопорном и тяговом канатах пкетевоаа.

2. СХЕМА ОПИРАНИЯ Д1ИШШЕРНЫХ ТРУБ И СЕКЦИЙ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ

2.Z. Принятая кинематическая схема труботрашпортных автопоездов предусматривает двухопорное опирание балочного груза на автопоезд с двумя консолями (свесами).

2.2. Длину передней вовсоли груза (S_f) определяет исходя из конструктивных параметров базового автомобиля к она составляет 0,8-1,5 м.

2.6. Длину задней консоли груаа (S3) и расстояние между опорами автопоеада ((,) определяет на условий его гео-

9

метрической впнеываемости, номинальной нагрузки на тягач ■ напряженяого состояния перевозимых длинномерных труб в олао — ных сачеваях.

2.4. Из условия обеспечения наименьшее усилий в оиаонше сечениях трубы (секция) размер (6$) следует находи» по формуле

е₃-(о,1-цз)ь.    а)

2.5. При перевозке труб (секций) иярияу опор автопоездов необходимо выбирать из условия обеспечения допускаемых нагрузок на антикоррозионное покрытие груза, используя следуемую зависимость [ij :

t    и_'    S' -

°«    f    Ц5г(¥_т +stnV_r)lpl

з. РЕХИЫ ПЕРЕВОЗКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ

Рост скоростей движения труботранспортных автопоездов приводит к увеличению динаиических нагрузок на узлы н детали несуцих конструкций мания, а танке на леревозимый груз.

Значительные уонлня возникают в конструкция автопоезда н трубах (секциях) при вертикальных н поперечно-угловых колебаниях, криволинейном движении автопоезда п прм его торможении.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ТРУБОТРАНСПОРТНЫХ АВТОПОЕЗДОВ В ПРОДОЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

3.1. При движении по дорогам н местности автопоезд север вает сложное колебательное движение, которое сопровождается возникновением линейных и угловых ускорений. Эти ускорения приводят к перегрузкам в нес умей системе мамннн.

10