РАСЧЕТ ГИДРОМОНИТОРОВ НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ
Расчет гидромонитора на прочность
В настоящее время имеются гидромониторы (особенно в горной гидромеханизации), работающие при значительном внутреннем давлении. Разрушение такого гидромонитора представляет серьезную опасность для находящихся поблизости людей. Поэтому новые образцы гидромониторов рассчитывают на прочность стенок и узлов, соединяющих различные части гидромонитора.
При эксплуатации гидромониторов не следует создавать давлений, больших, чем максимально допустимые, указанные в паспорте. При отсутствии паспорта данные о предельном давлении, которое допустимо для данного гидромонитора, можно получить следующими расчетами.
Нижнее колено. Толщину стенок нижнего колена можно назначать по конструктивным соображениям или по формуле
По формуле (37) можно найти и величину предельно допустимого давления при данной толщине стенок колена.
Верхнее колено. Давление жидкости на стенки верхнего колена будет меньше давления у входа жидкости в гидромонитор на величину потери давления при протекании жидкости по каналу нижнего колена. Однако эта величина незначительна и при расчетах ею можно пренебречь и принять давление, а следовательно, и толщину стенок верхнего и нижнего колен одинаковыми.
Ствол гидромонитора. Ствол гидромонитора представляет собой трубу постоянного диаметра или в виде усеченного конуса, большим основанием шарнирно присоединенную к верхнему колену и со свободным открытым малым основанием.
При расчете толщины стенок ствола следует учитывать, что наиболее подвергается разрушениям область, близкая к большему сечению ствола. Действительно, у входа жидкости в ствол давление в диаметре канала- ствола [см. формулу (37)] максимально. Давление у входа в ствол гидромонитора равно давлению у входа в нижнее колено за вычетом потерь напора в нижнем и верхнем коленах.
Определение усилия, стремящегося оторвать верхнее колено от нижнего. Умение оценить (по величине и направлению) усилие, которое стремится оторвать верхнее колено от нижнего, необходимо для правильного расчета и создания рациональной конструкции наиболее ответственного узла в гидромониторе — горизонтального шарнира, обеспечивающего вращение ствола гидромонитора в горизонтальной плоскости и его герметичность. В верхнем шарнире, соединяющем ствол гидромонитора с верхним коленом, надлежит больше опасаться подсасывания воздуха, чем утечек воды (конструктивные формы этого узла допускают образование в этой области вакуума; в этом одна из причин попадания воздуха в гидромониторную струю).
Гидравлические удары, возможные в гидромониторах, например при внезапном завале грунтом, в настоящем расчете не предусматриваются.
Расчет устойчивости гидромонитора в рабочем режиме. В большинстве случаев гидромониторы монтируют на металлических салазках и жестко соединяют с трубопроводом, подводящим воду от насосов. В этом случае гидромонитор устойчив при всех режимах его работы. Если гидромонитор не жестко связан с трубопроводом, а например через гибкий шланг или сальники, и если масса его мала, как, например, у штампованных и сварных конструкций, то под давлением активных сил гидромонитор может потерять устойчивость и опрокинуться.
К силам, действующим на гидромонитор, относятся:
массовая сила G. Полагаем, что сила тяжести действует по вертикали оси вращения;
центробежные силы Рн и Рв, развиваемые потоком в нижнем и верхнем коленах и действующие нормально к выпуклой стороне колена. На рис. 31 обозначены плечи действующих сил.
Составим уравнение моментов относительно точки О из условия, что гидромонитор устойчив:
Если это неравенство не выполняется, то на салазки кладут груз Gc или вбивают спе циальные штыри, имеющие сцепление с грунтом, равное силе Gc, обеспечивающей неравенство