7117

Исследование тяговой способности канатоведущего шкива

Практическая работа

Архитектура, проектирование и строительство

Исследование тяговой способности канатоведущего шкива Введение Методические указания составлены в соответствии с программой курса Подъемники для студентов специальности 170900 (ПСМ). Курс Подъемники является одним из заключительных в подготовке ...

Русский

2013-01-16

568.5 KB

42 чел.

Исследование тяговой способности

канатоведущего шкива

Введение

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Подъемники» для студентов специальности 170900 (ПСМ).

Курс «Подъемники» является одним из заключительных в подготовке инженеров по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и способствует закреплению навыков, полученных при изучении предыдущих курсов и изучению особенностей расчета, проектирования, монтажа и обслуживания подъемников и лифтов.

Цель работы

Ознакомление с принципом работы и особенностями конструкции лебедок подъемников с канатоведущим шкивом, закрепление на практике навыков исследования тяговой способности канатоведущих шкивов как функции от угла обхвата, типа канавки шкива и натяжения сбегающей ветви; приобретение навыков использования результатов исследований в проектировании лебедок, оснащенных канатоведущими шкивами.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

В конструкциях механизмов подъема лифтов и подъемников с канатной подвеской кабины (противовеса) для преобразования вращательного движения выходного вала механизма привода в поступательное движение кабины или противовеса применяются канатоведущие шкивы.

В отличие от барабанных лебедок, канат на лебедках с канатоведущим шкивом не закрепляется жестко на канатоведущем органе, а укладывается с натяжением в различного профиля канавки (ручьи), нарезанные на обечайке шкива. Таким образом, канат перемещается за счет сил трения, создаваемых предварительным натяжением.

Лебедки с канатоведущим шкивом более полно отвечают требованиям работы в механизмах подъема кабины подъемников, так как имеют значительно меньшие габариты, которые не зависят от высоты подъема и кратности полиспаста, а, кроме того, имеют возможность регулировки тяговой способности за счет применения отводных блоков и контршкивов.

В связи с перечисленными достоинствами, лебедки с канатоведущими шкивами выпускаются серийно. Данные лебедки исключают возможность удара кабины лифта о перекрытие шахты в случае неисправности концевых выключателей, так как при достижении кабиной крайнего верхнего положения, противовес встанет на нижний упор или буфер, что снизит усилие в сбегающей ветви и приведет к проскальзыванию каната относительно канавки канатоведущего шкива. Вместе с тем, по сравнению с барабанными лебедками, лебедки с канатоведущими шкивами вызывают повышенный износ каната и канавки, что может привести к скольжению канатов до опасных пределов. Увеличение же запаса тяговой способности более чем на 5-20%, может привести к заклиниванию каната в канавке и как следствие к затягиванию кабины или противовеса. Несмотря на перечисленные недостатки, лебедки с канатоведущими шкивами получили широкое распространение.

Сила трения между канатом и ручьем канатоведущего шкива тем больше, чем сильнее канат прижат к канавке, поэтому неотъемлемой частью механизмов подъема кабин на основе лебедок с канатоведущими шкивами является противовес, закрепленный на сбегающей ветви. Масса противовеса выбирается из условия полного уравновешивания массы кабины и некоторой части массы груза.

При подъеме груза, ветвь каната, на которой он подвешен, набегает на шкив и имеет натяжение , ветвь противовеса сбегает со шкива и имеет натяжение , причем >, – – окружное рабочее усилие (сила тяги).

Предельная способность канатоведущего шкива преодолевать без скольжения окружное усилие называется тяговой способностью. Соотношение натяжений набегающей и сбегающей ветвей на грани скольжения выражается формулой Эйлера:

,     (1)

где  – тяговый фактор;

       – приведенный коэффициент трения каната по канавке канатоведу   щего шкива;

       – угол обхвата канатоведущего шкива канатом;  – основание натурального логарифма.

Из анализа зависимости (1) можно сделать вывод, что величина тяговой способности возрастает с ростом величины тягового фактора .

В свою очередь, тяговый фактор увеличивается с ростом приведенного коэффициента трения  или угла обхвата .

Увеличения угла обхвата можно добиться применением отклоняющего блока (при этом можно достичь значения ) или путем увеличения количества ручьев канатоведущего шкива и применением контршкива, при этом можно достичь значения  и более (рис. 1).

Рис. 1. Схема лабораторной установки и схема запассовки каната для получения требуемого угла обхвата

Для изменения приведенного коэффициента трения разработаны три принципиально различные формы поперечных сечений канавок канатоведущих шкивом: полукруглую с подрезом, полукруглую и клиновую (рис.2). Благодаря применению канавок различного сечения, становится возможным при одном и том же натяжении канатов изменять углы приложения нагрузок на канавку, увеличивая удельные давления на рабочих поверхностях от полукруглой к клиновой форме профиля ручья. Соответственно увеличивается сила трения и тяговая способность шкива.

В качестве материалов для канатоведущих шкивов применяют серый или модифицированный чугун, а также стальное литье, есть случаи изготовления канатоведущих шкивов сваркой, что особенно актуально при больших диаметрах шкивов. В любом случае, твердость стенок ручьев должна быть такой же, как твердость проволочек, из которых состоит канат. Данное требование обусловлено необходимостью получения равномерного износа.

Рис. 2. Виды канавок канатоведущих шкивов и их характерные углы

Для полукруглого ручья с подрезом значение приведенного коэффициента трения следует определять по формуле:

,    (2)

где  – коэффициент трения стального каната по материалу шкива без

      учета влияния формы канавки;

       – угол контакта каната с ручьем, рад;

       – угол подреза, рад.

По данным ВНИИПТМаш для стальных шкивов , для чугунных .

В теории работы канатоведущих шкивов важную роль играет приработка канатов к канавкам, так после некоторого периода эксплуатации канат как бы «проваливается» в канавку и угол контакта каната с ручьем возрастает до , после чего уже не увеличивается.

Для изношенного полукруглого ручья с подрезом значение приведенного коэффициента трения следует определять по формуле:

.    (3)

Для полукруглого изношенного ручья значение приведенного коэффициента трения определяется по формуле:

.      (4)

Для клинового ручья значение приведенного коэффициента трения находится по формуле:

,     (5)

где  – угол клина ручья.

Расчет лебедки оборудованной канатоведущим шкивом включает в себя обоснование величины тягового коэффициента.

Величина коэффициента запаса тяговой способности КВШ определяется соотношением

,      (6)

где   - наибольшая величина соотношения натяжения канатов в экс

      плуатационных и испытательных режимах;

       - величина коэффициента тяговой способности при расчетных  значениях угла обхвата КВШ  и приведенного коэффициента трения .

При проектировании лифта величина коэффициента запаса тяговой способности КВШ принимается в достаточно узких пределах с учетом формы профиля поперечного сечения ручья (канавки):

— для полукруглой с подрезом 1,05 – 1,15

— для клиновой 1,08 – 1,20.

Увеличение коэффициента запаса тяговой способности нецелесообразно по следующим причинам:

  •  возросшая сила сцепления канатов с поверхностью КВШ делает возможным аварийный переподъем кабины (противовеса);
  •  увеличивается интенсивность упругого скольжения канатов на угле трения, что вызывает повышенный износ рабочей поверхности КВШ.

Явление упругого скольжения каната связано с изменением упругого удлинения на дуге трения при изменяющейся величине силы натяжения.

При одной и той же величине разности натяжений набегающей и сбегающей ветви каната длина дуги трения может быть различной в зависимости от величины коэффициента запаса тяговой способности, так как угол трения  становится существенно меньше угла обхвата .

Угол трения, при наличии запаса тяговой способности, определяется по следующей формуле:

.     (7)

При проектировании лифтов очень важно не только обеспечить необходимую тяговую способность, но и достаточно долгий срок службы КВШ и канатов.

Интенсивность износа ручьев КВШ определяется величиной упругого скольжения и уровнем контактных давлений между канатом и рабочей поверхностью КВШ.

Контактные давления (напряжения смятия) не должны превышать допускаемых значений, которые определяются по экспериментально полученным зависимостям, учитывающим назначение, режим работы и скорость кабины лифта.

После обоснования параметров канавки канатоведущего шкива необходимо провести проверку по удельному давлению. При определении максимального давления для различных видов канавок пользуются следующими расчетными формулами:

Для полукруглого ручья с подрезом

,   (8)

где  – максимальное натяжение каната;

       – диаметр каната;

       – диаметр канатоведущего шкива

Согласно существующим нормам правил устройства и безопасной эксплуатации лифтов диаметр канатоведущего шкива должен быть не менее, чем в 40 раз больше диаметра каната, а диаметр каната не должен быть менее 8 мм, что диктуется требованием защиты каната от преждевременного износа.

Для изношенного полукруглого ручья с подрезом

.   (9)

Для изношенного полукруглого ручья

.    (10)

Для клинового ручья

.   (11).

После определения удельных давлений их величину сравнивают с допускаемым значением, зависящим от назначения, скорости и грузоподъемности лифта [2]. В случае невыполнения условия прочности принимается решение об увеличении числа канатов или диаметра канатоведущего шкива, также может быть принято решение о смене профиля канавки.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследование тяговой способности канатоведущего шкива в зависимости от величины угла обхвата, профиля ручья и натяжения сбегающей ветви осуществляется на экспериментальном стенде, который представляет собой лебедку, оборудованную канатоведущим шкивом (см. рис. 1) и состоящую из электродвигателя 1, муфты 2, редуктора 3, на валу червячного колеса которого насажен канатоведущий шкив 4. Установка крепится на раме 5. На обечайке канатоведущего шкива нарезаны по три канавки различного профиля поперечного сечения: полукруглого с подрезом, полукруглого и клинового. В канавки канатоведущего шкива запассовывается канат 6, одним концом связанный с динамометром 7, который указывает натяжение набегающей на канатоведущий шкив ветви , другим концом – с подвеской 8, на которую может устанавливаться различное количество грузов для регулирования натяжения сбегающей ветви . На раме 5 также установлен пульт 9 управления лебедкой. Изменение угла обхвата канатоведущего шкива канатом от  до  с шагом  достигается запассовкой 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 два блока, а на оси 11 – один блок. Все блоки максимально подвижны.

Тяговая способность канатоведущего шкива исследуется путем измерения натяжений набегающей ветви , при различных значениях натяжения сбегающей ветви , приведенного коэффициента трения  и угла обхвата канатоведущего шкива канатом  в момент кратковременного включения лебедки. При этом канат плавно натягивается за счет большого передаточного числа редуктора, затем проскальзывает по ручью.

Для измерения натяжения набегающей ветви  применен серийный динамометр ДПУ-0,5 с диапазоном измерения 0÷5 кН и ценой деления 50Н.

Динамометр и весы допускают значительные систематические погрешности при измерении, а случайные погрешности, очевидно, мало влияют на погрешность результата, поэтому можно обойтись трехкратным повторением наблюдений.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

  1.  Не приступать к работе без глубокого усвоения данных правил.
  2.  Включать установку только с разрешения преподавателя.
  3.  Соблюдать осторожность при переносе и установке грузов.
  4.  Изменение угла обхвата канатоведущего шкива канатом выполнять только без грузов на подвесах.
  5.  В момент включения находиться на расстоянии не менее 0,5 м от установки.
  6.  Не допускать длительного включения электродвигателя (более 10 с).
  7.  При обнаружении какой-либо неисправности немедленно выключить установку и доложить преподавателю.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Оборудование и принадлежности:

  •  Лабораторная установка, общий вид которой и схема запассовки каната показаны на рис. 1: набор грузов с массой 0,2÷2 кг в количестве 15 шт; динамометр ДПУ-0,5; рукавицы; солидол 0,5 кг.

Работа выполняется звеном в составе 3÷5 студентов в следующем порядке:

1. Внимательно изучается данное руководство, в особенности раздел «Требования безопасности труда».

2. Проверяется комплектность и готовность установки к работе. Тщательно просматривается крепление конца каната к динамометру, а последнего к опоре, устраняются обнаруженные неполадки.

3. Определяется расположение на канатоведущем шкиве групп канавок с различным профилем.

4. Канат смазывается густой смазкой.

5. Заготавливается форма таблицы (журнала) для регистрации результатов наблюдений (форма таблицы дается в приложении).

Выписываются необходимые для исследования параметры экспериментальной установки:

шкив стальной ;       

изношенный полукруглый ручей с подрезом , ;

полукруглый изношенный профиль ручья без подреза ;

клиновой ручей ;      

Характеристика приборов

Наименование

Граница систематической погрешности

Динамометр ДПУ-0,5

От -25 Н до +25 Н

6. Получить у преподавателя исходные данные по изменению натяжения сбегающей ветви  (количества грузов) и угла обхвата канатоведу-

щего шкива канатом  (углы ).

7. Запассовать канат на первый угол обхвата .

8. Установить на подвеску 8 первый груз.

9. Включить на 1-2 с лебедку и снять в этот момент показания динамометра , показания занести в журнал; повторность измерений трехкратная.

10. Аналогично выполнить измерения и регистрацию результатов при последовательной установке всех грузов.

11. Увеличить угол обхвата до следующего значения  и повторить для каждого из них действия по пунктам 8-10.

12. Сменить тип канавки, выполнить измерения и запись наблюдений по пунктам 7-11.

13. Провести теоретическое исследование тяговой способности канатоведущего шкива, заключающееся в определении натяжения набегающей ветви  по формуле (1) при различных значениях приведенного коэффициента трения , угла обхвата канатом канатоведущего шкива  и натяжения сбегающей ветви .

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Анализируются результаты наблюдений и исключаются грубые ошибки.

2. Определяются среднеарифметические значения натяжений сбегающей ветви                 ,    

где  – значение измеряемой величины при i-ом измерении;

      n – число измерений.          

Отклонение  от экспериментальных значений        .  

Результат измерений представляется в виде ,  

где  – погрешность измерений;

       – систематическая погрешность прибора (весов).

3. Аналогичным образом обрабатываются результаты измерений ;

4. Определяются и заносятся в таблицу теоретические значения натяжений набегающей ветви  по формуле (1) с учетом погрешности измерений

.

Расчетные значения приведенных коэффициентов трения определяют предварительно по формулам (3) – (5), результаты расчета представляют в виде: .

5. Для наглядности представления тяговой способности канатоведущего шкива по данным таблицы строятся теоретические и экспериментальные графики зависимостей  при  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 погрешности построения графиков и чтения шкал не превышали погрешность измерений. Длина шкалы, на которой откладываются например, значения натяжений сбегающей ветви , определяется по формуле:

,

где мм – погрешность чтении шкалы.    

Теоретические графики строятся по точкам, которые соединяются затем сплошной линией, в тех же координатах строятся экспериментальные графики.

6. На следующем графике аналогично строятся теоретические и экспериментальные зависимости  для всех профилей и канавок, указанных преподавателем. Дается объяснение расхождений теоретических и экспериментальных зависимостей.

7. По результатам исследований оценивается тяговая способность различных профилей канавок, зависимость тяговой способности от угла обхвата и натяжения сбегающей ветви.

8. Даются выводы по точности расчетных формул и предложения по применимости результатов исследований в практических расчетах лебедок, оснащенных канатоведущими шкивами.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет о лабораторной работе оформляется каждым студентом индивидуально в тетради.

В отчет включается:

1. Формулировка цели работы.

2. Основные сведения о лебедках, оснащенных канатоведущими шкивами.

3. Схема и краткое описание лабораторной установки.

4. Порядок и примеры определения .

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде таблицы 1.

6. Графики зависимостей.

7. Анализ результатов исследований.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите характерные особенности лебедок, оснащенных канатоведущими шкивами.

2. Область применения лебедок, оснащенных канатоведущими шкивами.

3. Что такое тяговая способность канатоведущего шкива?

4. Перечислите факторы, влияющие на тяговую способность канатоведущего шкива, практические приемы ее повышения.

5. Объясните связи натяжений ветвей при работе канатоведущего шкива.

6. Перечислите основные положения методики исследования тяговой способности канатоведущего шкива;

7. Каков порядок проектирования лебедок, оснащенных канатоведущими шкивами?

Таблица 1

Журнал регистрации измерений и расчета

Натяжения набегающей ветви , Н в канавках с профилем

клиновым

полукруглым

полукруглым с подрезом

эмп.

теор.

и т. д. по числу грузов

Время, отведенное на работу

Подготовка к работе

1 акад. час

Выполнение работы

1 акад. час

Оформление отчета и обработка результатов эксперимента

2 акад. часа

Литература

1 . Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов ПБ 10-558-03. – СПб.: Издательство «Деан», 2004. – 176 с.

2. Лифты: учебник для вузов /под общей редакцией Д.П. Волкова. – М.: издательство АСВ, 1999. – 488с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение . . . . . . . . . . .     2

Основные понятия . . . . . . . . .     2

Методика эксперимента . . . . . . . .     9

Обработка результатов эксперимента . . . . . .   12

Содержание и оформление отчета . . . . . . .   14

Контрольные вопросы . . . . . . . . .   15

Время, отведенное на работу . . . . . . . .   15

Литература . . . . . . . . . . .   16

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАТОВЕДУЩЕГО ШКИВА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу "Подъемники"

для студентов специальности 170900

очной и очно-заочной форм обучения

                 Составил САПЬЯНОВ ВИТАЛИЙ ЮРЬЕВИЧ

                                     

                            Рецензент Р. А. Кобзев

                            Редактор  Л.В.Максимова

                            Корректор Н.Т.Мальчикова

Подписано  в печать                                              Формат 60х84

             Бумага тип.                         Усл. печ.л. 1,0              Уч.-изд. л 1,0

             Тираж 150 экз.                        Заказ                          Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер БИТТиУ, 413840, г.Балаково, ул. Чапаева, 140


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78954. Сущность и природа техники 47.5 KB
  Сущность и природа техники. Существует 5 основных подходов сущности техники. отношением: Техника и бытие Техника и человек Техника и природа Техника и социокультурный мир Техника и Бог Даются следующие трактовки техники: Онтологическая Хайдеггер. Это характерно для создания техники ремесленным трудом не преминим к современной технике.
78955. Технология и ее связь с техникой 47 KB
  Впервые термин «технология» появился в 70-х годах 18 века в Западной Европе. Если техники – «это», то технология – «как это сделано». Если техника – способ, то технология – способ способа. Если техника – есть ставшее, то технология – способ становления, если техника- способ преобразования мира, то технология – организация использование чел. этих средств. Если техника – артефакт, то технология – метод создания артефактов и учения о нем.
78956. Природа и техника, законы их функционирования и развития 59 KB
  Природа и техника законы их функционирования и развития. Закон – необходимое существенное устойчивое повторяющееся отношение связь между явлениями в природе и обществе. Это понятие закона родственно понятию сущности при данных условиях. Закономерность – объективно существующая повторяющая существенная связь явлений проявляющаяся в виде тенденций.
78957. Инновации в традиционном и техногенном обществах 29.5 KB
  Инновации в традиционном и техногенном обществах Традиционные общества является исторически первыми. Данный тип общества возник в глубокой древности распространен он и сейчас. Некоторые традиционные общества были поглощены техногенными другие приобрели гибридные черты балансируя между техногенными и традиционными ориентациями. При характеристике традиционных типов общества очевиден тот факт что они обладая замедленным темпом развития придерживаются устойчивых стереотипов своего функционирования.
78958. Ценности классической, неклассической, постнеклассической науки 39.5 KB
  Существуют социальные и внутренние ценности. Социальные ценности делятся на материальные и духовные. удовлетворение своих материальных потребностей научные ценности – истина добро зло итд Социальные ценности: частная собственность рыночная экономика деньги итд социальнополитические: свобода слова собраний критики различные права эстетические и философские ценности Внутри научные 1. Социальные и внутринаучные ценности диалектически связаны между собой.
78959. Социальная оценка техники 29 KB
  Социальная оценка техники Введение Узкий смысл понятия техники: под техникой понимается техническое устройство артефакт созданное человеком из элементов природы для решения конкретных культурных задач. Широкий смысл понятия техники: искусственный или организованный прием усиливающий улучшающий или облегчающий действие техника письма техника плавания техника вопросов и т. При изучении вопроса о последствия техники и технологии следует иметь в виду двойственный характер техники. Общая часть Проблемы негативных социальных и других...
78960. Техника и этика. Этика и профессиональная ответственность инженера 41 KB
  Это относится не только к использованию техники для целенаправленного уничтожения людей но также к повседневной эксплуатации инженернотехнических устройств. Проблемы негативных социальных и других последствий техники проблемы этического самоопределения инженера возникли с самого момента появления инженерной профессии. Однако сегодня человечество находится в принципиально новой ситуации когда невнимание к проблемам последствий внедрения новой техники и технологии может привести к необратимым негативным результатам для всей цивилизации и...
78961. Сущность и перспективы современной техногенной цивилизации 36.5 KB
  Сущность и перспективы современной техногенной цивилизации Мировая общечеловеческая цивилизация в нашем представлении – не унифицированное о безличное сообщество людей сформировавшееся на базе западной экономической системы а многообразная общность сохраняющая самобытность и уникальность в составляющих ее рядах. Человечество обремененное духовным кризисом в конце второго тысячелетия оказалось перед лицом труднейшего выбора социокультурных ценностей которые должны составить ядро новой цивилизации. Чтобы ответить на эти вопросы...
78962. Особенности современного научно-технического прогресса 29.5 KB
  Возникновение машинного производства в конце 18 в. было подготовлено результатами предшествующего научно-технического творчества большой армии математиков, механиков, физиков, изобретателей, умельцев. Паровая машина Дж. Уатта явилась «плодом науки», а не только конструкторско-технической деятельности. Машинное производство, в свою очередь, открыло новые, практически неограниченные возможности для технологического применения науки