Исследование тяговой способности канатоведущего шкива лебёдки: Методические указания к лабораторной работе по курсу ''Подъемники''

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе по курсу «Подъемники» «ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАТОВЕДУЩЕГО ШКИВА ЛЕБЁДКИ» для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

ПЕНЗА 2009 г.

1

УДК 621.86 Изложена методика расчета и исследования канатоведущего шкива лебѐдки. Методические указания могут быть использованы студентами, как при выполнении лабораторных работ, так и при выполнении расчетов по курсовому проектированию. Методические указания подготовлены на кафедре «Траспортнотехнологические машины и оборудование» и предназначены для студентов специальности 190205.

С о с та ви т е ли : Н.Е.Курносов, В.В.Лобачев, Ю.К.Измайлов, А.В.Тарнопольский, А.А.Николотов

Л.П.Корнилаева,

Р е ц е н з е н т: главный инженер ОАО «Пензмаш» А.А.Колтунов П о д о б щ е й р е д а к ц и е й Н.Е.Курносова

2

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с принципом и особенностями конструкций лебедок с канатоведущим шкивом. Закрепление на практике навыков исследования тяговой способности канатоведущих шкивов в зависимости от величины угла обхвата, профиля ручья и усилия натяжения сбегающей ветви. Приобретение навыков исследования и анализа результатов исследования лебедок с канатоведущим шкивом.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ На пассажирских лифтах и ряде грузовых и грузопассажирских подъемников с противовесами в качестве подъемного механизма применяют лебедки с канатоведущим шкивом. В отличие от барабанных канаты здесь не прикрепляются жестко, а укладываются с натяжением в различного профиля канавки (ручьи) на ободе шкива так, что при вращении шкив перемещает канат за счет силы трения. Лебедки с канатоведушим шкивом более полно отвечают требованиям работы на подъемниках, так как имеют меньшие габариты, их конструкция и размер не зависят от высоты подъема, а также от расположения наверху или внизу. Лебедки с канатоведущим шкивом исключают возможность удара кабины лифта о перекрытие шахты в случае неисправного концевого выключателя, так как при достижении кабиной самого верхнего положения противовес встанет на нижний упор или буфер, канат ослабнет, и будет скользить на канатоведущем шкиве. Вместе с тем, по сравнению с лебедками барабанного типа, у них более интенсивно изнашиваются канаты и канавки, до опасных пределов может возрасти скольжение канатов. Чрезмерное заклинивание канатов в канавках также может иметь опасные последствия. Несмотря на эти недостатки, лебедки с канатоведущим шкивом получили широкое применение. Сила трения между канатом и ручьем канатоведущего шкива тем больше, чем сильнее канат прижат к стенке ручья, поэтому применяются канатведушие шкивы при наличии противовеса на втором конце перекинутого через него каната. Масса противовеса выбирается из условия полного уравновешивания кабины и части полезного груРисунок 1 Схема за. (рис. 1) к расчету тягового усиПри подъеме груза ветвь каната, на которой он подлия вешен, набегает на шкив и натянута силой Sнб. Ветвь

3

противовеса сбегает со шкива и имеет напряжение Sсб. Причем Sнб>Sсб, в (Sнб - Sсб) – окружное рабочее усилие (сила тяги). Предельная способность канатоведущего шкива преодолевать без скольжения окружное усилие называется тяговой способностью. Во избежание скольжения каната по шкиву необходимо соблюдение следующего условия.

S нб S сб

где

eмб

(1)

e μα -тяговый коэффициент,

μ- расчетный коэффициент трения каната по шкиву, α- угол обхвата шкива канатом, e– основание натуральных логарифмов. Как видно из формулы (1), тяговая способность канатоведущего шкиμα ва увеличивается с увеличением тягового коэффициента e , конкретно с увеличением коэффициента трения μ и угла обхвата α . С увеличением угла обхвата шкива канатом увеличивается Sнб, а угол обхвата α может быть увеличен до 1,5 π путем установки отклоняющего блока и до 3π и более – путем увеличения количества ручьев канатоведущего шкива и применения контрблоков (рис.3). Для изменения μ применяют три формы сечения канавок: полукруглую, полукруглую с подрезом и клиновую (рис.2). При одном и том же натяжении канатов изменяются углы приложения нагрузок на канавку, увеличиваются удельные давления на рабочих поверхностях от полукруглой к клиновой форме профиля ручья. Соответственно увеличивается сила трения и канатоведущая способность шкива.

Рисунок 2 Профили ручьев канатоведущих шкивов

Канатоведущие шкивы изготавливают из серого или модифицированного чугуна, а также из стального литья. Твердость стенок ручьев должна быть одинаковой с твердостью каната, что обусловлено необходимостью иметь равномерный износ.

4

Для полукруглого профиля ручья с подрезом (рис.2,а) расчетный коэффициент трения μ находится по формуле

м

4

sin г 0 sin г n 2 2 м0 г 0 sin г 0 sin г n

г0

(2)

где

μ0 - коэффициент трения стального каната по шкиву без канавки, (для стальных шкивов μ0=0,105, для чугунных μ0=0,09) γ0- угол контракта каната с ручьем, рад, γn-угол подреза, рад, Для изношенного полукруглого ручья с подрезом (рис.2,б) γ0=π и

(1 м

4

р

sin г n ) 2 м0 г n sin г n

Для полукруглого профиля ручья без подреза (рис.2,в) (γn =0, γ0 =π) и

1 м0 n Для клинового ручья (рис.2,г) (γn=γ0=π-δ) и 1 м м0 д sin 2 м

(3)

(4)

где δ-угол клина ручья. Расчет лебедки по заданной нагрузке (по натяжениям Sнб и Sсб ) включает тяговый расчет – обоснование величины тягового коэффициента e μα. исходя из того, что численная величина Sнб равна силе тяжести поднимаемого груза, а Sсб - силе тяжести выбранного противовеса

eмб

S нб k S сб

где k=1,05 – коэффициент запаса тяговой способности. μα По величине e выбирается профиль ручья (расчетный коэффициент трения μ) и угол обхвата α. Затем по максимальному натяжению выбирается диаметр каната dk, диаметр шкива Dш=(40÷60)∙dk [2] и производится проверка по напряжениям сжатия или удельному давлению

Pmax где

S max kф Dш d k mk

Smax - максимальное натяжение, 5

P

mk-число канатов, [P]-допускаемое удельное давление, kф-коэффициент формы профиля. kф и [P] даются в справочниках [2]. P , то увеличивается число канатов или Dш, или выбиЕсли Pmax рают другой профиль канавки. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Исследование тяговой способности канатоведущего шкива в зависимости от величины угла обхвата, профиля ручья и натяжения сбегающей ветви осуществляется на экспериментальной установке, которая выполнена в виде лебедки с канатоведущим шкивом (рис.3) и состоит из двигателя 1, муфты 2, редуктора 3, на выходной вал которого посажен канатоведущий шкив 4, рамы 5. На ободе шкива нарезаны по три канавки полукруглого с подрезом (рис.2, а, б), полукруглого (рис.2, в) и клинового (рис.2, г) профиля. В канавки шкива запасовывается канат 6, одним концом связанный с динамометром 7, который указывает натяжение набегающей Sнб на шкив ветви, другим концом – с подвеской 8, на которую может устанавливаться различное количество грузов для изменения натяжения Sсб сбегающей ветви. На раме 5 установлен пульт 9 управления лебедкой. Изменение угла обхвата шкива канатом от 0,5π до 3π с шагом 0,5π достигается запасовкой каната через холостые блоки 10 и 11 в один, два или три витка и в канавки одного и того же профиля. Для этого на осях 10 установлено по 2 блока, а на оси 11 – один блок. Все блоки максимально подвижны.

6

Тяговая способность канатоведущего шкива исследуется путем измерения натяжения набегающей ветви Sнб , при различных значениях Sсб, μ, α в момент кратковременного включения лебедки пускателем 9. При этом канат плавно натягивается за счет большого передаточного отношения редуктора, затем проскальзывает по ручью. Для измерения Sнб применим серийный динамометр ДПУ-0,5 с диапазоном измерения (0÷5)кН и ценой деления 50Н. Динамометр и весы допускают значительные погрешности при измерении, а случайные погрешности, очевидно, мало влияют на погрешность результата, поэтому принимаем трехкратную повторность наблюдений. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА 1.Не приступать к работе без глубокого усвоения данных правил. 2.Включать лебедки только с разрешения преподавателя, при этом люди должны находится не ближе 0,5м от установки, предупредить о пуске установки всех присутствующих. 3.Работы по переналадке установки приборов производить только при отключении питании установки. 4.Соблюдать осторожность при переносе и установке грузов. 5.Изменения угла обхвата шкива канатом выполнять только без грузов на подвесах. 6. Не прикасаться к движущим частям установки. 7.Не допускать длительных включений двигателя (более 10с.). 8.Выключать установку немедленно при обнаружении какой-либо неисправности. 9.Немедленно выключить установку при обнаружении какой-либо неисправности. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Оборудование и принадлежности: -лабораторная установка, общий вид которой и схема показаны на рис.3; -набор грузов с массой 0,2-2 кг в количестве 15 штук; -динамометр ДПУ-0,5; -рукавицы; -солидол(0,5кг). Работа выполняется звеном в составе 3-5 студентов в следующем порядке.

7

1.Изучается данное руководство, особо раздел «Требования безопасности труда». 2.Проверяется комплектность и готовность установки к работе, тщательно просматриваются крепления конца каната к динамометру, а последнего к опоре, устраняются обнаруженные неполадки. Определяется расположение на канатоведущем шкиве групп канавок с различным профилем. Канат смазывается густой смазкой. Заготавливается форма таблицы (журнала) для регистрации результатов наблюдений, форма таблицы дается в приложении. 3.Выписываются необходимые для исследования следующие параметры экспериментальной установки. Шкив стальной μ0=0,105. Изношенный полукруглый ручей с подрезом γ0=π, γn=24°=

7 .5

.

Полукруглый профиль ручья без подреза γ0=π, γn=0. Клиновой ручей δ=38°=

4.73684

.

Характеристики приборов

Таблица1

4.Получаются у преподавателя исходные данные по изменению Sсб, (номера грузов) и α (углы обхвата шкива канатом α1, α2, α3, α4, α5). 5.Запасовывается канат, так чтобы α= α1. 6.Устанавливается на подвеску 8 первый груз, включается путем кратковременного нажатия на кнопку (1-2с) лебедка, снимается в этот момент показание динамометра Sсб, и заносятся в журнал. Повторность измерений трехкратная. 7.Аналогично выполняются измерения и регистрация результатов при последовательной установке всех заданных грузов. 8.Увеличивается угол обхвата α до α= α2, α= α3, α= α4, α= α5, измерения продолжаются в том же порядке (см.п.п. 6,7). 9.Изменяется тип канавки, выполняются измерения и запись результатов при последовательном измерении α и Sсб(см.п.п. 5-8). 10.Теоретическое исследование тяговой способности канатоведущего шкива, заключающееся в определении Sнб, по формуле (1) при различных значениях μ, α, Sсб. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

8

1.Анализируются результаты наблюдений и исключаются грубые ошибки. 2.Определяются среднеарифметические значения натяжений сбегающей ветви i n i 1

S сб где

S сбi ,

n

Sсб- значение измеряемой величины при i-ом измерении,

n—число измерений. Отклонение Sсбi от экспериментальных значений

Sсб

Sсб

Sсбmin

Sс

Результат измерений представляется в виде Sсб Sсб Sсб , где ΔSс-погрешность измерений, ΔSс-систематическая погрешность прибора (весов). Аналогично обрабатываются результаты наблюдений Sнб э. 3.Определяются на IBM и заносятся в таблицу теоретические значения натяжения набегающей ветви Sнб т по формуле (1) с учетом погрешности измерений

Sнб.т

Sсб

Sсб

eмб

Расчетные значения коэффициентов трения определяются, предварительно, по формулам (2), (3), (4). Результат расчета представляется в виде:

Sнб.т

Sнб.т

Sнб

4.Для наглядности представления тяговой способности шкива по данным таблицы строятся теоретические и экспериментальные графики завиμα симостей Sнб=f(Sсб) при e =const на миллиметровой бумаге формата А4 для ручьев с различным профилем и для углов обхвата, указанных преподавателем. Построение ведется в прямоугольной системе координат с равномерной шкалой. Выбираются максимально возможные для данного формата интервал и шаг шкалы с учетом того, чтобы погрешность построения графиков и чтения шкалы не превышали погрешность измерения. Длина шкалы, на которой откладываются например, значения Sсб, определяется по формуле

1

Sсбmax

Sсбmin Sсб

xш

где Δxш=1мм-погрешность чтения шкалы. Теоретические графики (прямые линии) строятся по точкам, которые соединяются затем сплошной линией и практически незаметны. Здесь же

9

строятся в том де масштабе экспериментальные точки. Чтобы отразить их принадлежность к тому или иному профилю канавки и углу обхвата, точки увеличивают в размере и наносят в форме x, 0, *,Δ, …, и др. по этим точкам проводятся плавные, не пересекающие их (прерывающие над ними) линии. 5.На следующем графике аналогично строятся теоретические и экспериментальные зависимости Sсб=f(α) (экспоненты) для всех профилей канавок и при Sсб=const, указанных преподавателем. Дается объяснение расхождений теоретических графиков с экспериментальными. 6.По результатам исследований оценивается канатоведущая способность различных профилей канавок, зависимость канатоведущей способности от угла обхвата α и от натяжения Sсб. 7.Даются выводы по точности расчетных формул и предложения по применимости результатов исследований в практических расчетах лебедки с канатоведущим шкивом. СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет о лабораторной работе может оформляться в зависимости от требования преподавателя индивидуально каждым студентом в общей тетради или отдельном отчетом установленной формы на звено студентов. В отчет включается: 1.Формулировка цели работы. 2.Основные сведения о лебедках с канатоведущим шкивом. 3.Схема и краткое описание лабораторной установки. 4.Порядок и несколько примеров определения Sнб т. 5.Результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде таблицы. 6.Графики зависимостей Sнб=f(Sсб); Sнб=f(α). 7.Анализ результатов исследований и выводы о канатоведущей способности шкивов с различным профилем канавок, с изменением угла обхвата и величины противовеса. 8.Оценку качества совпадения теоретических и экспериментальных результатов исследования и применимости результатов исследования в практических расчетах лебедок с канатоведущим шкивом. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1.Перечислите характерные особенности лебедок с канатоведущим шкивом.

10

2.Область применения лебедок с канатоведущим шкивом. 3.Что такое тяговая способность канатоведущего шкива? 4.Назовите факторы, влияющие на тяговую способность канатоведущего шкива, практические приемы ее повышения. 5.Напишите формулу Эйлера, объясните закономерность связи натяжений набегающей и сбегающей ветвей при работе канатоведущего шкива. 6.Перечислите основные положения методики исследования тяговой способности канатоведущего шкива. 7.Каков порядок проектирования лебедки с канатоведущим шкивом? ЛИТЕРАТУРА 1. Павлов Н.Г. Подъемники и лифты. Основы конструирования и расчета / Н.Г. Павлов –Л.:Машиностроение, 1965.-202 с. 2. Дукельский А.И. Подвесные канатные дороги и кабельные краны / А.И. Дукельский–М.:Машиностроение, 1966.-332с. 3. Штремель Г.Х. Грузоподъемные машины / Г.Х. Штремель – М.:Высшая школа, 1980.-300с. 4.Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л.З. Румшинский–М.:Наука, 1971.-192с.

11

12 анал.

эмп.

анал.

эмп.

анал.

эмп.

анал.

эмп.

Натяжение сбегающей ветви (сила тяжести грузов)

Таблица2

α1

α2

α3

α4

Клиновым α5

α1

α2

α3

α4

Полукруглым α5

α1

α2

α3

α4

α5

Полукруглым с подрезом

Натяжение набегающей ветви Sнб, Н в канавках с профилем и углом обхвата

Журнал регистрации результатов измерений и расчета