Грузоподъемные машины: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Министерство образования Российской Федерации СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ____________________________________________________________ Кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет машиностроительный Специальность 170900 - подъемно-транспортные. строительные, дорожные машины и оборудование Направление 653200 – Транспортные машины и транспортнотехнологические комплексы

Санкт-Петербург 2003

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.87(07) Грузоподъемные машины: Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПб: СЗТУ, 2003. – 27 с. Лабораторный практикум направлен на закрепление знаний студентов по наиболее важным и сложным разделам курса грузоподъемных машин. Выполнение лабораторных работ с использованием электротензометрического метода измерений деформаций, усилий и сопоставление расчетных и экспериментальных данных развивает навыки самостоятельной научно-исследовательской работы. В методических указаниях приводятся основные теоретические положения по тематике работ, рекомендации по методике их выполнения, описания лабораторных установок, а также требования к содержанию отчета. Рассмотрено на заседании кафедры подъемно-транспортных машин и оборудования…………………, одобрено методической комиссией машиностроительного факультета …………………… . Рецензенты: кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования СЗТУ (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. Ю.П. Лапкин); И.П. Тимофеев, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой конструирования горных машин и технологии машиностроения СПбГИ(ТУ).

Составители: И. М. Пресс, канд. техн. наук, проф.. В. И. Эвелеков, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет

1.1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Студенты специальности 170900 машиностроительного факультета выполняют пять работ общим объемом 12 часов: 1. Изучение электротензометрического метода измерения деформаций. 2. Исследование работы колодочных тормозов. 3. Исследование работы кран-балки. 4. Исследование динамики механизма подъема. 5. Исследование рабочего процесса двухканатного грейфера. При выполнении первой лабораторной работы студенты должны изучить основные положения электротензометрического метода измерения деформаций в специальных тензоэлементах - вставках, которые могут быть установлены в крановые механизмы для измерения усилий в их деталях, а также овладеть необходимыми навыками для изготовления и подготовки тензоэлементов к проведению испытаний. Проведение последующих четырех работ имеет целью ознакомить студентов с конструкцией основных элементов, узлов и механизмов грузоподъемной машины на примерах промышленных образцов, а также изучить и исследовать основные рабочие процессы колодочных тормозов, механизма подъема кранбалки, двухканатного грейфера на соответствующих лабораторных стендах и установках. При подготовке к лабораторному практикуму студенты обязаны изучить соответствующие разделы данных методических указаний и рекомендованную в них литературу. Результаты измерений и вычислений, а также схемы лабораторных установок заносятся в отчет, который предъявляется непосредственно перед зачетом.

1.2 ЛИТЕРАТУРА 1. Грузоподъемные машины. М.П. Александров, Л.Н. Колобов, И.Н. Лобов и др. – М.: Машиностроение, 2000. -400 с. 2. Вопросы математического обеспечения обработки данных тензометрии при прочностных испытаниях: Сб. работ. -М.: ЦАГИ, 1985. - (Тр. Центр. аэрогидродинам. ин-та; вып.2261). 46 с.: граф. 3. Методы и средства тензометрии и их использование в народном хозяйстве: Библиогр. указ. отеч. и иностр. лит. за 1976-1979 г.г. /Сост. Еганян Н.П., Морозова О.Н., Сменова М.В. и др.; Науч.ред. Ильинская Л.С.; Гос. НИИ машиноведения им. А.А. Благонравова, ОНТИ. М.: ИМАШ. ОНТИ,1979. -136 с. 4. Методы исследования напряжений в конструкциях: Сборник статей /АН СССР, Гос.науч.-исслед. ин-т машиноведения; Отв. ред. Н.И. Пригоровский. -М.: Наука, 1976. -130 с.: ил.

РАБОТА 1. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ 1.1. Цель работы Изучение основных принципов электротензометрического метода измерения деформаций и усилий в элементах крановых механизмов.

1.2. Основные теоретические положения В технике испытания конструкций, в том числе и крановых, широкое распространение получил электротензометрический метод измерения деформаций с помощью тензорезисторов (датчиков). Из всех типов электрических тензометров (емкостных, магнитных, проволочных) наиболее распространены наклеиваемые металлические тензометры сопротивления - проволочные датчики.

РИС. 1

На рис.1 изображен проволочный датчик, который представляет собой наклеенную на полоску бумаги 2 зигзагообразную проволоку 1 диаметром 15…30 мкм. Обычно проволока изготовляется из константана или нихрома. К концам проволоки сваркой либо пайкой присоединяются провода 3. Основными пара-

метрами проволочных датчиков являются: геометрические размеры проволочной решетки – база l, ширина a и начальное сопротивление в омах. Принцип действия проволочного датчика основан на том, что при деформации детали приклеенная к ней проволока сама деформируется вместе с деталью; при этом изменяется ее омическое сопротивление, измеряемое соответствующей аппаратурой. Относительное изменение сопротивления датчика связано с деформацией линейно: ΔR = γS , R

(1.1)

где R – начальное сопротивление проволоки датчика; ΔR – приращение сопротивления; γ – относительная деформация проволоки в направлении ее оси; S – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом тензочувствительности. Относительная деформация проволоки в направлении ее оси может быть выражена формулой γ=

Δl 1 ΔR = = l S R

(1.2)

Следовательно, по изменению сопротивления датчика можно достаточно точно судить об относительной деформации в исследуемой детали. В современной технике эксперимента проволочные датчики используются не только для измерения деформаций. Во многих силоизмерительных устройствах они вводятся как чувствительные элементы, реагирующие на изменение внешних нагрузок. Для измерения усилий датчики наклеиваются на деформируемый упругий элемент (вал, балка и т.д.) и по изменению сопротивления датчика судят о величине действующего усилия. При проведении испытаний деталей крановых механизмов в производственных условиях не всегда удается наклеивать датчики непосредственно на исследуемый элемент. Это бывает связано с трудной доступРИС. 2 ностью к испытываемому элементу, а также с вынужденным простоем грузоподъемной машины. В таких случаях целесообразнее использовать специальные элементы-

вставки, т.е. металлические пластины с отверстиями для закрепления к испытываемому звену. Такой подход позволяет в лабораторных условиях заранее подготовить тензоэлементы (металлические вставки), произвести более качественную наклейку датчиков, осуществить их проверку и отработку электрической измерительной схемы. При выборе конструкции тензоэлемента необходимо учитывать следующие основные факторы: место установки тензоэлемента; базовые размеры крепления в месте установки тензоэлемента; номинальную нагрузку; характер измеряемых усилий (чистое растяжение или сжатие, растяжение с изгибом и т.д.). В качестве материала для изготовления тензоэлементов рекомендуется сталь 40ХН как имеющая наименьшую петлю гистерезиса. Вся измерительная аппаратура для работы с проволочными датчиками делится на аппаратуру для статических и динамических процессов. На рис.2 показана принципиальная схема одноточечного измерительного прибора, построенного по схеме моста Уитсона. Мост состоит из четырех плеч, из них два имеют постоянные сопротивления R3 и R4, а два других составляют проволочные датчики – рабочий R1 и компенсационный R2. Сопротивления R3, R4 подбираются так, чтобы при отсутствии удлинений испытываемой детали (до начала опыта) мост был сбалансирован и сила тока в гальванометре G равнялась бы нулю. Для этого необходимо соблюдение соотношения: R1 R2 = R4 R3

(1.3)

Компенсационный датчик наклеивается на элемент перпендикулярно рабочему датчику, либо на ненагруженную пластинку из того же материала, что и исследуемый элемент, и должен находиться в тех же температурных условиях, что и рабочий датчик. Компенсационный датчик обязательно помещается в другое плечо моста. Тем самым исключается влияние температурного расширения на сопротивление рабочего датчика. При деформации исследуемого элемента изменяется сопротивление рабочего датчика R1 и происходит разбаланс моста. Его восстанавливают, изменяя сопротивление R3 прибора, шкала которого может быть проградуирована в значениях относительной деформации. По этой же схеме создаются многоточечные приборы, с помощью которых измерения проводятся последовательно от одной точки к другой. Для обеспечения необходимой высокой чувствительности стрелочного гальванометра G применяют усилители. Аппаратура для динамических измерений также основывается на использовании схемы моста, но вместо стрелочного прибора применяются осциллографы, позволяющие видеть на экране картину переменных деформаций и вести автоматическую запись процесса.

Погрешность измерений процессов воздействия, так же как и их вероятностных характеристик, складывается из аппаратурных δа и методических δм среднеквадратических погрешностей:

(1.4)

δ = δ а2 + δ м2

Аппаратурная погрешность определяется погрешностями измерительной аппаратуры. Величины предельных погрешностей аппаратуры, которая используется при проведении эксперимента, взятые из паспортных данных, составляют: тензодатчиков – 2%, переходников и шлейфов кабельной сети – 2%, усилителя ТА-5 – 3…5%, осциллографа Н-115 – 1…2%. Учитывая, что погрешности различных элементов используемой аппаратуры в случае значительного снижения систематических погрешностей при многократном проведении измерений приобреРИС. 3 тают характер случайных величин, каждую погрешность можно рассматривать как частную погрешность метода измерений. В этом случае аппаратурная погрешность δа =

n

∑δ i =1

(1.5)

2 i

Методическая погрешность также вероятностного происхождения. Она складывается из погрешностей при градуировке, погрешностей фиксации данных, погрешностей обработки осциллограмм и образует величину, не превосходящую 8%. Общая среднеквадратическая погрешность экспериментальных данных составит δ ≈ 10%.

1.3. Методика выполнения работы Лабораторная установка для градуировки тензоэлементов включает градуировочный стенд, принципиальная схема которого представлена на рис. 3, измерительно-регистрирующую аппаратуру –

РИС. 4

усилитель ТА-5, который включается в измерительную диагональ мостика, и светолучевой осциллограф Н-115. Градуировочный стенд состоит из динамометра (ДПУ-2-2) 2, подвешенного на траверсе 1, шарнирных переходников 3 и 5 для закрепления тензоэлемента 4 и нагрузочного винта 6. Тензоэлемент с датчиками представлен на рис. 4. Лабораторную работу следует проводить в следующем порядке: 1. Ознакомиться с лабораторной установкой и подготовить ее к работе. 2. Произвести градуировку тензоэлемента. Градуировка ведется с помощью динамометра ДПУ-2-2, нагрузочного винта, усилителя ТА-5 и осциллографа Н-115. При нагружении тензоэлемента винтом по измерительной диагонали моста начинает проходить ток, который усиливается с помощью усилителя ТА-5 и передается на светолучевой осциллограф Н-115. При каждом ступенчатом нагружении на экране фиксируется отклонение светового луча в миллиметрах. Затем нагрузка снимается такими же ступенями, при этом отклонения светового луча также фиксируются. Эти показания сравниваются с показаниями при нагружении. При сравнении может иметь место небольшая разница в показаниях приборов (1…2 мм). что свидетельствует о наличии явления гистерезиса. При отклонении светового луча на осциллографе боРИС. 5 лее чем на 2…3 мм необходимо проверить балансировку моста. По полученным данным строится градуировочный график зависимости отклонения светового луча осциллографа от нагрузки. Градуировочный график представляет собой линейную зависимость отклонения светового луча осциллографа в миллиметрах от величины нагрузки в ньютонах. Обработку экспериментальных данных при линейной зависимости градуировочной характеристики проводят обычно методом наименьших квадратов. В лабораторной работе, в целях упрощения, градуировочную прямую можно проводить через начало координат так, чтобы сумма верхних средних арифметических отклонений величин нагрузки над прямой была равна сумме нижних. На рис. 5 приводится пример оформления градуировочного графика для тензоэлемента при изменении нагрузки от 0 до 3000 Н с шагом 600 Н.

1.4. Содержание отчета Отчет должен содержать:

1. Теоретическое обоснование электротензометрического метода измерения. 2. Описание мостовой схемы измерения деформаций. 3. Описание градуировочного стенда и построение градуировочного графика. Литература: [2].

РАБОТА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ 2.1. Цель работы Изучение конструкции различных типов колодочных тормозов, определение технических параметров для их регулировки и исследование процесса торможения.

2.2. Основные теоретические положения Одним из основных параметров колодочных тормозов является радиальный зазор между тормозным шкивом и колодками. Для определения начального радиального зазора между поверхностями трения δнач, необходимого для нормальной работы тормоза, используется формула: δ нач = k D 2

,

(2.1)

где k – коэффициент пропорциональности (k = 0,019); D – диаметр тормозного шкива, мм. В двухколодочных тормозах начальный ход hнач размыкающего устройства определяется по формуле: hнач = 2δ нач i = k x hнач ,

(2.2)

где i – передаточное отношение рычажной системы тормоза; kx=hнач/hном – коэффициент хода подвижной части размыкающего устройства (для тормозов типа ТКП, ТКТ, ТКГ, ТТ kx = 2/3); hнач, hном – начальный и номинальный ход размыкающего устройства, мм. Тормозной момент двухколодочного тормоза определяется Мт=kрD3

(2.3)

где kр – коэффициент, характеризующий ряд двухколодочных тормозов (для двухколодочных тормозов ТТ ВНИИПТМАШ kр = 0,025 МПа). Расчетное время торможения определяется по формуле tр = GD2nдв/375Mт (2.4) 2 2 где GD – маховый момент инерции всех вращающихся частей, кг.м ; nдв – частота вращения вала, мин-1. Маховый момент всех вращающихся частей может быть выражен через составляющие маховые моменты, т.е.

(2.5)

GD 2 = GD р2 + GDм2 + GDд2

РИС. 6 Индексы при составляющих GD2 соответствуют ротору, муфте, тормозному шкиву и диску. Время торможения измеряют по осциллограмме процесса торможения с помощью отметок времени, которые наносятся на осциллограмму в виде вертикальных линий с заданным интервалом времени. Расчет тормозного момента ведется по формуле (3). Измерение тормозного момента в процессе торможения осуществляется с помощью тензоэлемента 10, связывающего люльку 7 (рис. 6) с плитой 1.

РИС. 7

Величина тормозного момента определяется по осциллограмме и градуировочному графику измерительной установки. Градуировочный график (рис. 7,б) строят следующим образом. Вал стенда (рис. 7,а) нагружают известным моментом при замкнутом тормозе. Для нескольких значений момента в рабочем диапазоне измеряют амплитуду A отклонения луча на матовом экране осциллографа и, зная соответствующий ей момент Mт, строят характеристику измерительной установки. По характеристике измерительной установки определяют ее чувствительность K=dA/dM (2.6) При прямолинейной характеристике, проходящей через начало координат, момент тормоза равен Мт=А/k=μA где A – масштаб момента тормоза.

(2.7)

2.3. Методика выполнения работы Лабораторная работа проводится на стенде, состоящем из комплекта отдельных двухколодочных тормозов различной конструкции, и тормозной установки. Комплект отдельных двухколодочных тормозов составлен из крановых тормозов с различными типами размыкающих устройств: гидротолкателями, короткоходовыми и длинноходовыми электромагнитами, с пружинным и грузовым замыканием. Тормозная установка (см. рис. 6) представляет собой одномассовую динамическую модель, в которой вращающиеся и поступательно движущиеся массы кранового механизма заменены эквивалентной вращающейся массой. На общей плите 1 в двух подшипниковых опорах 2 установлен вал 3 с двумя консолями. К левой консольной части вала через муфту 4 присоединяется вал трехскоростного электродвигателя 5, а к правой - сменный диск 8, закрепляемый гайкой 11. Между опорами на валу с помощью шпонки установлен тормозной шкив 6. На валу по обе стороны тормозного шкива на шарикоподшипниках подвешена люлька 7, на которой закреплен тормоз с двумя колодками 9. Тензоэлемент 10, представляющий собой стальную пластину с наклеенными проволочными датчиками, соединяет люльку с плитой и при торможении вращающегося диска воспринимает на себя реактивное усилие от тормозного момента. Работа состоит из трех частей. Первая часть заключается в изучении конструкции тормозов и приобретении навыков по их техническому обслуживанию. Вторая часть состоит в установлении ряда расчетных параметров и регулировке тормоза. Третья часть работы, исследование процесса торможения - состоит в

определении расчетным и опытным путем времени торможения двухколодочного тормоза с короткоходовым электромагнитом и измерении его тормозного момента в процессе торможения.

РИС. 8 Для выполнения работы рекомендуется следующая последовательность. 1) Изучение конструкции тормозов ведется с помощью натурных образцов и плакатов в следующем порядке: ) назначение отдельных элементов тормоза и размыкающего устройства; ) особенности конструкции тормозов и размыкающих устройств; ) техническое обслуживание, разработка тормоза, съемка колодок, замена фрикционных элементов. 2) Расчет параметров для регулировки тормоза ведется в следующей последовательности: ) определяется начальный радиальный зазор между поверхностями трения δнач по формуле (1); ) рассчитывается начальный ход hнач по формуле (2);

) задается расчетный тормозной момент, определяемый по формуле (3) или (4). Регулировка тормоза по рассчитанным параметрам осуществляется следующим образом. В качестве примера приводится порядок регулировки двухколодочного тормоза с короткоходовым электромагнитом (рис. 8). Установка начального хода якоря электромагнита производится вращением штока 1 за квадратный хвостовик при неподвижной гайке 4, между ними находятся вспомогательная пружина 2 и стопор 3. Замыкающая пружина при этом должна прижимать колодки к тормозному шкиву. После установки хода якоря гайка 4 стопорится на штоке. Следует иметь в виду, что начальный ход не должен превышать половины номинального хода якоря. Регулировка замыкания пружины 5 на заданный тормозной момент выполняется вращением штока 1 за квадратный хвостовик при удержании от вращения гайки 6 и застопоренной на штоке гайки 4. При этом гайка 6, перемещаясь по штоку, обеспечивает требуемую осадку пружины, при которой она развивает усилие, необходимое для создания заданного тормозного момента. Установка одинакового начального зазора между колодками и шкивом производится регулировочным упорным болтом при разомкнутом тормозе. Для размыкания тормоза без включения электромагнита необходимо гайку 7, прижатую к гайке 6, перевести по штоку до упора в тормозной рычаг, а затем, удерживая ее от проворачивания, вращением штока подвинуть якорь электромагнита до соприкосновения с сердечником. Рычаги тормоза при этом окажутся разведенными на величину хода якоря электромагнита. По окончании этой операции болт 8 стопорится, и гайка 7 снова плотно прижимается к гайке 6. 4. Подготовить осциллограф к работе. 5. Записать на осциллограмму величину тормозного момента и время торможения. 6. Обработать и расшифровать осциллограмму.

2.4. Содержание отчета 1. Краткое описание схем изучаемых тормозов. их характеристики и основные правила эксплуатации. 2. Расчетная схема тормоза с указанием геометрических размеров и величин, характеризующих работу тормоза. 3. Расчет величин начального зазора между поверхностями трения, начального хода размыкающего устройства, усилия и осадки пружины по заданному тормозному моменту. 4. Краткое описание проведения регулировки тормоза.

5. Таблица и градуировочный график установки для измерения тормозного момента и схема нагружения вала тормозной установки крутящим моментом. 6. Осциллограмма процесса торможения с записью тормозного момента и отметок времени торможения. 7. Анализ причин расхождения расчетных и экспериментальных данных. Литература: [1].

РАБОТА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КРАН-БАЛКИ 3.1. Цель работы Изучение конструкции механизмов кран-балки экспериментальное определение ее производительности.

и

расчетно-

3.2. Основные теоретические положения Часовую производительность Пкр при массе груза Q и числе циклов nц в час для штучных грузов в общем виде представляют, как П кр = Qnц = Q

3600 n

∑t

,

(3.1)

i

В свою очередь Q = Qкр – mз, где Q кр – номинальная грузоподъемность крана,т; mз – масса захватного устройства,т. Для насыпных грузов с плотностью γ, емкостью захвата V и коэффициентом заполнения ψ масса поднимаемого груза составит Q=V γ ψ=Qкр-mз (3.2) Продолжительность цикла, состоящего из n операций, рассчитывается, как n

∑ t = t1 + t 2 + t 3 + … + t n

(3.3)

1

где t1, t2, t3 – отдельные операции цикла по времени, определяются экспериментальным и расчетным способом, с. Время захвата груза t для автоматического, полуавтоматического или ручного способов измеряется с помощью секундомера.

Время подъема груза на заданную высоту H1 со средней скоростью подъема vп определяется:

t2 =

H1 vп

(3.4)

Время горизонтального передвижения тележки или самого крана на расстояние L1 со средней скоростью передвижения vпер запишется:

t3 =

L1 . v пер

(3.5)

Время опускания груза с высоту H1 со средней скоростью опускания vоп≈vп будет таким же, как при подъеме:

t4 =

H1 v оп

(3.6)

Время выдачи груза t5 замеряется аналогично t1. Время на операции подъема t6 и опускания t7 порожнего грузового захвата на высоту Н2, а также передвижения тележки (крана) на расстояние L2 к месту захвата груза определяется подобно операциям, рассмотренным выше.

3.3. Методика выполнения работ Стенд с механизмом крановых балок укомплектован двумя электроталями стационарного и самоходного типов, предназначенными для изучения конструкции механизмов подъема и передвижения. Крановая балка является грузоподъемным устройством, обеспечивающим вертикальный подъем (опускание) груза, горизонтальное перемещение его вдоль по подкрановым путям и поперек по крановой балке. На рис. 9 показано устройство крановой балки, состоящее из одноблочного моста (балки) 2, перемещаемого по продольным подкрановым путям 1, электрокабеля 3, электрической тали 4, подвешенной к приводной тележке 5, которая перемещается по балке. Подкрановые пути подвешены к поперечным балкам, заделанным в кирпичную кладку. Мост крановой балки выполнен из двутавра № 20, концы которого жестко прикреплены к рамам двухколесных тележек. На правой раме тележки расположен механизм передвижения 6 крановой балки, обеспечивающий вращение ведущих колес. Тормоз в этом механизме отсутствует. Подкрановые пути крановой балки прикреплены к поперечным балкам здания на высоте 4.6 м от пола, выполнены из двутавра № 24 и имеют следующие размеры: длину – 10,5 м, ширину колеи – 6 м.

Конструкция передвижной электротали включает механизм подъема с крюковой подвеской и механизм передвижения с приводной тележкой.

РИС. 9 Механизм подъема электрической тали типа ТЭ состоит из корпуса с барабаном и встроенных в барабан электродвигателя, редуктора, электромагнитного тормоза и крюковой подвески. Питание короткозамкнутого трехфазного электродвигателя осуществляется при помощи щеточного механизма с тремя контактными кольцами. Барабан получает вращение от ротора электродвигателя через двухпарный зубчатый редуктор. Колодочный тормоз служит для удержания на весу поднятого груза. Замыкание тормоза производится пружиной, а размыкание – электромагнитом, включенным параллельно с электродвигателем. В конструкцию приводной тележки входят: рама, колеса редуктора механизма передвижения и электроталь. Пуск двигателей механизмов подъема, приводной тележки тали и крановой балки производится при помощи магнитных реверсивных пускателей типа МКР-0. В составе каждого пускателя имеются два сблокированных контактора. Кнопки управления смонтированы в корпусе, подвешенном на шланговом приводе, который закреплен в корпусе пускателя. На стержне каждой кнопки имеется одна пара нормально замкнутых и одна пара нормально разомкнутых контактов. Механизм подъема имеет конечный выключатель ВК-511 рычажного типа, однофазный, обеспечивающий ограничение предельного верхнего подъема крюка. Это производится автоматически при помощи электрического конечного выключателя, приводимого в действие от упора обоймы крюка в рычажную лапу. Механизмы передвижения тали и крановой балки в крайних положениях крановых путей имеют конечные выключатели. Работа состоит из двух частей: 1. Изучение конструкции кран-балки. 2. Определение расчетной производительности кран-балки. Первая часть заключается в изучении конструкции и кинематических схем устройства электроталей. Путем сборки и разборки механизмов подъема и передвижения электротали устанавливают их кинематические схемы, определяют

передаточные отношения механизмов. Затем выполняют эскизы конструкций совмещенного с электродвигателем канатного барабана, приводной тележки, тормозов. Вторая часть работы состоит в определении производительности крановой установки при допустимой грузоподъемности с помощью расчетных и измеренных величин. По приведенному описанию крановой балки для грузоподъемностей 0.25 Qкр; 0,50 Qкр ; 0,75 Qкр ; Qкр составляют схему ее работы, включающую следующие операции цикла: захват груза, подъем груза на высоту H1, передвижение электротали с грузом на расстояние L1 и крановой балки на расстояние L2, опускание груза с высоты H2, выдача груза в месте выгрузки; затем операции, идущие в обратном порядке, обеспечивающие возврат электротали и крановой балки к месту следующего захвата груза. Для каждой операции цикла определяют ее продолжительность t, затем по приведенным формулам рассчитывают скорости vп; vоп; vпер; vкр с грузом и без него. Измерение продолжительности отдельных операций производится электрическим секундомером, включенным в сеть электродвигателей механизмов подъема, передвижения электротали и крановой балки, или обыкновенным секундомером. Расстояние при подъеме и опускании груза, а также передвижения электротали и крановой балки фиксируются заранее соответствующими отметками на путях их перемещений. Для каждого поднимаемого груза 0,25 Q; 0,5 Q; 0,75 Q; Q определяются: а) продолжительность цикла по формуле (3); б) производительность крановой балки по формуле (1); в) относительная продолжительность включений (ПВфакт) двигателя механизма подъема по данным цикла работы кран-балки в процентах:

ПВфакт =

Tц n

⋅ 100

∑t

(3.7)

1

где Тц – продолжительность работы механизма в цикле, с; г) допускаемая мощность двигателя механизма подъема Nдоп по формуле N доп = N ном

ПВ ном ПВфакт

(3.8)

Таблица Форма 1

Вес Номеподнира маемого опытов груза, т 1

0,25 Q

2

0,50 Q

3

0,75 Q

Измеряемые величины Продолжительность операции Продолжительцикла, с ность цикла, с

Производительность, т/ч

Вычисляемые величины ОтносительДопускае- Допускаемая ная продолмая мощгрузоподъжительность ность двигаемность, включений, теля, кВт т % ПВфакт доп доп

(двигатель механизма подъема имеет номинальную относительную продолжительность включений ПВном = 25% и соответствующую номинальную мощность Nном = 0,85 Nдоп, кВт); д) исходя из допускаемой мощности, допускаемая грузоподъемность кранбалки (т) может определиться из условия N доп

10 3.Qдоп .Vп , Квт, = 102.η пер

(3.9)

где Vп – средняя скорость подъема груза, м/с, находится из формулы (4); η пер = 0,85 – КПД передачи механизма подъема. Результаты наблюдений и значения вычисленных величин сводятся в таблицу по форме 1.

3.4. Содержание отчета 1. Кинематические схемы механизмов подъема и передвижения, эскиз канатного барабана. 2. Схема кран-балки. 3. Заполненная таблица по форме 1. Литература:

РАБОТА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА 4.1. Цель работы Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование динамического воздействия на канатную подвеску и кран-балку в период неустановившегося движения механизма подъема.

4.2. Основные теоретические положения При работе механизма подъема кран-балки ее металлоконструкция, канаты и другие элементы испытывают динамические нагрузки, которые возникают в виде инерционных сил при режимах неустановившегося движения, например, при отрыве груза от земли.

Если динамическое воздействие приложено к упругой системе, то оно вызывает в ней колебательные процессы. Основной характеристикой интенсивности динамического колебательного процесса является динамический коэфРИС. 10 фициент. Динамическим коэффициентом называется отношение максимальных перемещений, усилий или вызываемых ими напряжений, возникающих в результате динамического действия сил, к перемещениям, усилиям или напряжениям, возникающим от статического приложения этих сил. Существует теоретическое решение для определения величины динамического коэффициента при действии силы на массу m, соединенную упругой связью с неподвижной опорой (рис. 10,а). Когда сила возрастает по линейному закону и за время T достигает своего номинального значения G (рис. 10,б), динамический коэффициент определяется по формуле: T

ψ =1+

τ ⎛ πT ⎞ ⎜ sin ⎟, πT ⎝ τ ⎠

(4.1)

где T – время развития нагрузки, с; τ – период колебаний конструкций, с. При T /τ ≤ 0,5 для практических целей динамический коэффициент принято определять по формуле (1), а при T /τ > 0,5 – по формуле

ψ =1+

τ πT

(4.2)

Для металлических конструкций обычно T /τ > 0,5, т.е. ψ соответствует формуле (2). Формулы (1) и (2) используются применительно к механизму подъема со следующими допущениями:

− усилия в канатах в процессе их натягивания, пока груз еще находится на основании, возрастают линейно, т.е. линейно возрастает нагрузка, приложенная к металлоконструкции; − после отрыва от основания или торможения при спуске висящий на канатах груз колеблется с той же частотой, что и металлоконструкция. Колебания второй частоты в конструкции мало заметны, а в канатах, хотя и заметны, но быстро затухают. При сделанных допущениях период колебаний металлоконструкции с грузом как одномассовой системы может быть определен по формуле

τ = 2π

m м + m гр

(4.3)

Cм

где mм – приведенная масса; См – жесткость конструкции; mгр– масса груза. Qгр Здесь C м = y ст где Qгр. – масса груза; yст – статический прогиб. Распределенную массу m двухопорной балки с пролетом l можно заменить системой сосредоточенных масс следующим образом: в середине пролета одна масса – m1 = 12 ml и две массы в опорных сечениях – m 2 = m3 = 14 ml . Время развития нагрузки T можно определить по формуле:

T=

λ ст

y ст + λ ст , v Q гр ⋅ h = , Fк nE к

(4.4)

где λст – удлинение канатов под действием веса груза, приложенного статически, см; h – высота подвески груза, см; Fк – площадь металлического сечения каната, см2; n – число ветвей полиспаста; Eк = 1.105 – модуль упругости каната, МПа; v – скорость отрыва груза от основания, м/с. После подстановки выражений (3) и (4) в уравнение (2) получим

ψ =1+

2v y ст + λ ст

m м + m гр См

= 1 + av ,

(4.5)

где

a=

y ст

2 + λ ст

m м + m гр См

Расчетную скорость отрыва груза от основания v можно, как правило, принимать для расчетов на прочность соответствующей скорости подъема груза.

4.3. Методика выполнения работы Лабораторная установка представляет собой кран-балку с двумя подвесными опорами и электроталью типа ТЭ1-511. Основные параметры установки: грузоподъемность Q = 0,5 т; собственная масса тали Qт = 0.5 т; пролет балки L= 6 м; скорость подъема vп= 0,1 м/с; высота подъема h = 4,5 м. Мост крановой балки выполнен из двутавра № 20. Динамические усилия в канате при отрыве груза с основания и торможении при спуске определяются с помощью тензовставки (см. рис. 4), которая шарнирно крепится к канату и корпусу электротали (рис. 9). Тарировка тензодатчиков выполняется на тарировочном стенде (см. рис. 3). Прогиб балки определяется с помощью механического датчика измерений деформаций. Для записи изменения величины тока электродвигателя в одну из фаз цепи питания через шунт включается гальванометр осциллографа Н-115. Запись на осциллограмму наглядно показывает величину перегрузки двигателя по току при пуске. Измерение времени пуска ведется по осциллограмме по вертикальным отметкам времени. Интервал между отметками устанавливается в зависимости от скорости движения фотоленты. Для выполнения лабораторной работы рекомендуется следующий порядок: 1. Ознакомиться с лабораторной установкой и подготовить ее к работе. 2. Собрать электрическую схему для записи величины тока электродвигателя. 3. Произвести тарировку тензодатчиков тензовставки. 4. Выполнить эксперимент с записью на осциллограмму при выполнении следующих операций: подъема груза с основания; торможении при подъеме, опускании груза на основание. 5. Обработать и расшифровать осциллограмму, определив: − динамические коэффициенты при подъеме груза с основания и при торможении на спуск (по прогибу балки и натяжению каната);

− периоды свободных колебаний конструкции с грузом и без груза; − время развития нагрузки; − время разгона и торможения электродвигателя.

4.4. Содержание отчета 1.

Описание схемы механической части экспериментальной установки и электрической схемы подключения измерительной и записывающей аппаратуры. 2. Расчет статического прогиба в центральном сечении балки от массы груза … . Расчет периодов свободных колебаний системы с грузом и без груза. Расчет динамического коэффициента при подъеме груза с основания. 3. Результаты обработки осциллограммы. Литература: [1], [4].

РАБОТА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВУХКАНАТНОГО ГРЕЙФЕРА 5.1. Цель работы Изучение конструкции двухканатного грейфера, экспериментальное определение усилий в канатах за полный цикл его работы и расчет мощности при зачерпывании.

5.2. Основные теоретические положения Все операции, составляющие полный цикл работы двухканатного грейфера (зачерпывание, подъем, раскрытие, опускание), осуществляются посредством замыкающего и подъемного канатов. При зачерпывании грейфером однородного материала усилие в замыкающем канате возрастет по мере закрывания грейфера, достигая максимального значения: Smax=Gг+Gм , где Gг – собственный вес грейфера, Н; Gм – вес материала в грейфере, Н.

(5.1)

Кривая нарастающего усилия S в замыкающем канате в функции времени t может быть построена по экспериментальным данным. Определив средние величины усилий S1, S2, S3, S4 … в замыкающем канате за некоторые (желательно одинаковые) промежутки времени t1, t2, t3, t4 …, можно рассчитать среднеквадратичное усилие

S скв

S12 t1 + S 22 t 2 + S 32 t 3 + S 42 t 4 + … = , tо

(5.2)

где tо – общее время зачерпывания, измеренное по отметкам времени, с. Исходя из среднеквадратичного усилия, может быть определена среднеквадратичная мощность N скв =

S скв ⋅ v

(5.3)

10 3 ⋅ η

и удельная мощность зачерпывания N скв , (5.4) G где v – скорость зачерпывания, м/с. Скорость зачерпывания определяется расчетным путем по измеренным времени зачерпывания tо и высоте хода h замыкающего каната N уд =

v=

h . tо

(5.5)

После окончания операции зачерпывания оба механизма включаются на подъем. Поскольку к началу подъема в замыкающем канате действует усилие S=G+Q, а в подъемном – Sn.= 0, то в соответствии с характеристиками двигателей скорость выбирания подъемного каната будет больше скорости замыкающего. Вследствие разности скоростей наматывания канатов произойдет перераспределение усилия в канатах. .Добиться идеального совпадения характеристик электродвигателей не РИС. 11

всегда удается, и в этом случае выравнивание нагрузок в канатах получается неполным.

5.3. Методика выполнения работы Лабораторная установка для исследования рабочего процесса двухканатного грейфера состоит из кран-балки с двумя электроталями, к которым с помощью канатов подвешен грейфер (рис. 11). Двухканатный грейфер представляет собой шарнирный механизм, состоящий из челюстей 1 и 9 с режущими зубьями 8; жестких тяг 2, соединяющих челюсти с верхней траверсой 4; нижней траверсы 7 и полиспастной системы 3. Грейфер подвешивается на канатах: подъемном 6, прикрепленном к верхней траверсе, и замыкающем 5. Замыкающий канат запасовывается через верхнюю и нижнюю обоймы блоков, образуя грейферный полиспаст. Все операции, составляющие цикл работы грейфера, осуществляются посредством подъемного и замыкающего канатов. Зачерпывание материала грейферов (рис. 12,а) выполняется перемещением вверх замыкающего каната при неподвижном и ослабленном подъемном.

РИС. 12 Подъем грейфера в закрытом (с материалом и без материала) или открытом состоянии производится одновременным подъемом замыкающего и подъемного канатов (рис. 12,б). Открывание грейфера и высыпание материала выполняется перемещением вниз замыкающего каната относительно подъемного (рис. 12,в). Опускание грейфера в открытом или закрытом состоянии достигается одновременным опусканием подъемного и замыкающего канатов (рис. 12.г). Пуск двигателей электроталей производится магнитными реверсивными пускателями. Каждый пускатель состоит из двух сблокированных контакторов с

кнопками управления. Механизмы подъема электроталей имеют конечные выключатели ВК-511 рычажного типа, обеспечивающие ограничение высоты подъема грейфера. В подъемный и замыкающий канаты с помощью шарниров вставлены тензоэлементы с наклеенными проволочными датчиками (см. рис. 4, лаб. раб. № 1). Тензодатчики подключаются в мостовую измерительную схему. Под действием нагрузки тензоэлементы деформируются пропорционально усилиям, возникающим в канатах. Эта деформация, пропорциональная электрической величине, регистрируется осциллографом Н-115. Интервал между отметками времени устанавливается в зависимости от скорости протяжки ленты. Для выполнения лабораторной работы рекомендуется следующий порядок: 1. Ознакомиться с лабораторной установкой и подготовить ее к работе. 2. Изучить конструкцию и работу грейфера при зачерпывании материала, подъеме, опускании и раскрытии грейфера. 3. Произвести градуировку тензодатчиков на лабораторной установке (см. лаб. раб. № 1, рис. 3). 4. Записать на осциллограмму изменения усилий в подъемном и замыкающем канатах за время полного цикла работы грейфера. 5. Обработать и расшифровать осциллограмму. 6. Построить графики усилий в канатах за полный цикл работы грейфера. 7. Определить среднеквадратичную и удельную мощности зачерпывания.

5.4. Содержание отчета 1. Описание рабочих операций с кинематическими схемами грейфера при зачерпывании, подъеме, раскрытии и опускании. 2. Графики изменения усилий в подъемном и замыкающем канатах за время полного цикла. 3. Осциллограмма изменения усилий в канатах за полный цикл работы грейфера. 4. Расчет среднеквадратичной и удельной мощностей зачерпывания грейфером сыпучего материала. Литература: [1].

СОДЕРЖАНИЕ 1.1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ....................................................................... 3 1.2 Литература ...................................................................................... 3 Работа 1. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ ......................................... 4 Работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ............................................................................................... 9 Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КРАН-БАЛКИ ................ 14 Работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА.............................................................................................. 19 Работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВУХКАНАТНОГО ГРЕЙФЕРА ........................................................ 23