Материал: Расчет автоцистерны для перевозки светлых нефтепродуктов

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 σизг, МПа определяется как:

где  - максимальный изгибающий момент в сечении цистерны, Нм;

 - момент сопротивления изгибу, м3.

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

где  - распределенная нагрузка, Н/м;

 - длина котла цистерны, м.

Распределенная нагрузка  определяется по формуле:

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:

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 σприв, МПа:

где sниж - суммарное напряжение изгиба в нижней части цистерны, МПа;

sвер - суммарное напряжение изгиба в верхней части цистерны, МПа.

Суммарное напряжение изгиба в нижней части цистерны sниж и верхней части sвер определяются по следующим формулам соответственно:

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:

где  - то же, что и в формуле (20);

 - то же, что и в формуле (2).

Определим растягивающее напряжение σ3, МПа в днище цистерны:

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 :

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:

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:

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 :

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:

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:

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 аО, м/с2 определяется по следующей формуле:

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:

где  - то же, что и в формуле (31);

 - радиус поворота, R=25м.

Подставляем данные в формулу (32):

Скорость скольжения цистерны при повороте :

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%.

где

Подставляем данные в формулу (34):

Опрокидывающий момент определяется по следующей формуле:

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:

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:

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);

RЭ - 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);

RЭ - 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.