Основні вимоги з техніки безпеки

5.5.1. До роботи допускаються студенти що пройшли загальний інструктаж техніки безпеки.

5.5.2. Увімкнення крана і початок проведення дослідів здійснювати тільки в присутності та за дозволом ведучого викладача.

5.5.3. Під час дослідів категорично забороняється перебування студентів у зоні дії робочого обладнання крана.

5.5.4. При проведенні дослідів забороняється торкатися рухомих частин механізмів крана.

5.5.5. Під час проведення дослідів необхідно бути максимально обережним з пультом керування краном.

 

5.8. Контрольні запитання

1. Які бувають типи поліспастів?

2. Як визначається кратність поліспаста?

3. Як залежить ККД поліспаста від навантаження механізму?

4. Як визначається потужність електродвигуна підйомного механізму?

5. Як визначається передаточне співвідношення редуктора?

 

Лабораторна робота № 6

 

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ І ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ ЛЕБІДКИ

Навчальні задачі:

· вивчення конструкції лебідки;

· визначення основних робочих параметрів - канатоємності барабана, швидкості навивання канату на барабан, зусилля в канаті;

· вимірювання зусилля в канаті під час пуску двигуна (за допомогою апаратно – програмної тензометричної станція ТС-8);

· розрахунок зусилля в канаті під час пуску двигуна і порівняння одержаної величини з результатом заміру.

 

Лабораторне обладнання

 

1. Електрореверсивна лебідка (рис.6.1) з поліспастом і гаковою підвіскою. На рамі лебідки розташовані асинхронний електродвигун із короткозамкненим ротором АОС-52-4 (потужністю N _ДВ=7кВт і частотою обертання n _ДВ = 1335 об/хв), двоступінчастий циліндричний редуктор РМ-350, гладенький (без гвинтових канавок) сталевий зварний барабан з ребордами для багатошарового навивання канату з однією власною підшипниковою опорою та спиранням на підшипникову опору тихохідного валу редуктора, прилади управління. Для забезпечення щільного, без зазорів, укладання канату на барабані встановлено канатоукладач. Вал двигуна з’єднаний із швидкохідним валом редуктора за допомогою муфти, одна з напівмуфт якої є гальмівним шківом колодкового нормально замкненого гальма з електрогідравлічним штовхачем, який, порівняно з електромагнітним, забезпечує менші динамічні навантаження під час гальмування. Для зменшення габаритів і маси гальмо встановлено на швидкохідному валу, а не на валу барабана. Управління лебідкою здійснюється магнітним реверсивним пускачем. Поліспаст одинарний, з кратністю 2, має відхиляючий блок. Гакова підвіска одноблочна, нормальна.

2. Замірна ланка (рис.6.2) встановлена на канаті 1 поряд з місцем його закріплення. Замірна ланка містить тензобалку 2 з наклеєними на неї тензорезисторами 3 і притискні планки 4. Зусилля канату передається на тензобалку 2 і деформує її разом із тензорезисторами 3, які поєднані в напівмостову схему і пов’язані з тензостанцією кабелем.

Рис. 6.1. Електрореверсивна лебідка з поліспастом і гаковою підвіскою

Рис. 6.2. Замірна ланка

 

 

3. Апаратно – програмна тензометрична станція ТС-8, розроблена і виготовлена на кафедрі будівельних, дорожніх, меліоративних, сільськогосподарських машин та обладнання.

4. ЕОМ з вільним портом СОМ-1 (маніпулятор “миша” повинен приєднуватись через інтерфейс PS/2 або СОМ-2).

5. Програмне забезпечення: програма “TENZONEW.EXE” та редактор електронних таблиць, наприклад, “Microsoft Excel”.

6. Динамометр з межами вимірювання 100-1000Н, лінійка, штангенциркуль.

 

 

Короткі відомості

 

Лебідки – це прості вантажопідіймальні машини у вигляді приводного барабана з тяговим органом. Існують ручні лебідки та з електроприводом. Використовуються для підіймання вантажу або стріли, горизонтального пересування вантажів або візків, зміни вильоту, повороту.

Основні робочі параметри лебідки – канатоємність L_K (м), швидкість навивання канату на барабан v_K (м/с), максимальне тягове зусилля S (кН).

Схема для визначення канатоємності барабана при багатошаровому навиванні канату наведена на рис.6.3.

Рис. 4.3. Схема для визначення канатоємності барабана

 

Канатоємність

L_K = l_B× n× z, (6.1)

де l_B – середня довжина одного витка канату, укладеного на барабан, м;

n – кількість шарів канату;

z – кількість витків канату в одному шарі.

Кількість витків канату, які можна (при найбільш щільному укладанні, без зазорів) розташувати в одному шарі, орієнтовно визначаються за формулою:

z = L_б/d_К, (6.2)

де L_б , d_К – довжина барабана і діаметр канату, мм.

Кількість шарів, які можна розташувати на барабані з ребордами висотою h_P (м):

n£ (h_P / d_K) - 2. (6.3)

Середня довжина одного витка:

l_B = p×D _сер , (6.4)

де D _сер – діаметр середнього витка, м:

D _сер = (D _min + D _max)/2, (6.5)

де D _min, D _max – діаметри навивання по осі канату відповідно у верхньому та нижньому шарах

D _min= D _б + d_K; D _max= D _б + 2d_K×n - d_K,

де D _б – діаметр барабана.

Максимальна висота, на яку можна підняти вантаж лебідкою з застосуванням поліспаста,

H_max = L_K / i_n, (6.6)

де i_n – кратність поліспаста.

Швидкість навивання канату на барабан змінюється в таких межах:

v_{K min} =w _б ×R _min; v_{K max} =w _б ×R _max, (6.7)

де R _min = D _min /2; R _max = D _max /2 – відповідно мінімальний і максимальний радіуси укладання канату, м;

w _б – кутова швидкість барабана, с^-1.

w _б =w _ДВ / u _Р; , або , (6.8)

де w _ДВ – кутова швидкість двигуна, рад/с;

n _ДВ – частота обертання двигуна, об/хв;

u _Р – передаточне число редуктора.

Швидкість вантажу під час його підіймання з застосуванням поліспаста

v_B = v_{K min} / i_n. (6.9)

Найбільше тягове зусилля лебідки S (H) визначають, виходячи з потужності двигуна:

S=M _б / R _min; М _б = М _Н × u_P × h; М _Н = N _ДВ / w _ДВ, (6.10)

де М _б– крутний момент на валу барабана, Н×м;

М _Н – номінальний момент двигуна, Н×м;

N _ДВ – потужність двигуна, Вт;

h – ККД редуктора і барабана (» 0,9).

Можна розрахувати тягове зусилля з використанням раніше знайденої швидкості навивання канату:

S=N _ДВ × h / v_{K min}. (6.11)

 

Максимальна вантажопідіймальність, яку забезпечить лебідка, використовуючи поліспаст,

, кг,

або, вимірюючи вантажопідіймальність у тонах:

, т,

де h_n – ККД поліспаста (при i_n = 2, можна вважати, що h_n»1);

g – прискорення вільного падіння, g = 9,8 м/с².

 

Повне зусилля у вітці канату, де встановлена замірна ланка, можна

визначити під час пуску на підіймання як суму статичного і динамічного зусиль у канаті:

S _повн = S _д + S _ст. (6.12)

Динамічне зусилля S _Ду канаті (якщо вважати рівноприскореним рух вантажу в процесі розгону).

де m_B – маса вантажу, що підіймається, кг;

– тривалість розгону вантажу до сталої швидкості (тривалість пуску двигуна), с:

(6.13)

де М_пуск – середньопусковий момент двигуна:

М_пуск= К_{сер.пуск}× М_ном. (6.14)

Приведений до вала двигуна момент інерції всіх рухомих частин під час пуску на підіймання:

J_пр.п.= J_о.ч.+ J_пост.п.=С× J_ш.в + J_пост.п.,

де J_о.ч – приведений до швидкохідного вала момент інерції обертових частин механізму, кг×м²;

J_пост.п – момент інерції вантажу, приведений до вала двигуна;

де С = 1,2 - коефіцієнт, що враховує момент інерції проміжного і тихохідного валів;

J_ш.в - момент інерції швидкохідного вала;

R _min - мінімальний радіус укладання канату, м.

 

У механізмах підіймання з відносно малою швидкістю вантажу без значної похибки можна вважати, що J_пост.п» 0. Тоді

J_пр.п.= J_о.ч.=С× J_ш.в = 1,2×(J_р + J_Г.Ш.),

де J_р = 0,04 кг×м² (момент інерції ротора двигуна АОС-52-4);

J_Г.Ш = 0,025 кг×м² (момент інерції муфти з гальмівним шківом D_Ш = 200мм).

 

Для двигуна АОС-52-4 можна прийняти кратність середньопускового моменту К_{сер.пуск} = 2,3.

Статичний момент, який створює вага вантажу на валу двигуна при підійманні:

(6.15)

Статичне зусилля в гілці канату, де встановлена замірна ланка,

(6.16)

Співвідношення суми статичного та динамічного зусиль у гілці канату до статичного зусилля називають коефіцієнтом динамічності:

К_Д = . (6.17)

Цей коефіцієнт характеризує ступінь збільшення зусилля у канаті під час пуску або гальмування порівняно з режимом сталого руху.

 

Порядок виконання роботи

1 Вивчити конструкцію лебідки, а також складові частини і принцип дії тензометричної системи.

2 Виміряти діаметр D _б і довжину L _б барабана, висоту реборд h_P, діаметр канату d_K.

3 Визначити максимальну канатоємність барабана за формулами (6.1) - (6.5) і максимальну висоту підіймання за формулою (6.6).

4 Розрахувати швидкість навивання канату на барабан і швидкість підіймання вантажу під час навивання на барабан першого шару канату за формулами (6.7) - (6.9). Для цього експериментально визначити передаточне число редуктора перелічуванням кількості обертів швидкохідного валу, необхідних для виконання одного повного оберту барабана. Визначити швидкість підіймання вантажу експериментально і порівняти з результатами розрахунків.

5 Розрахувати максимальне тягове зусилля лебідки S (H), виходячи з потужності двигуна, за формулами (6.10) та (6.11). Оцінити максимальне тягове зусилля лебідки S, виходячи з міцності канату. Розривне зусилля канату в цілому Р _к обрати відповідно до діаметра канату за табл. 1.1 при тимчасовому опорі дротів розриву – 1800 МПа (Н/мм²). Коефіцієнт запасу міцності канату прийняти за К_к =4.

6 Одержати у викладача значення G для подальших замірів. Набрати заданий вантаж з окремих вантажів (з урахуванням ваги підвіски).

7 Записати дані з ТС-8 під час пуску на підіймання (або зафіксувати відхилення стрілки приладу тензопідсилювача), використовуючи ЕОМ та програму “ TENZONEW.EXE ”. Дані при цьому записуються у текстовий файл (*.txt) у десятковому вигляді; як розділовий знак застосовується крапка (.).

8 Відкрити записаний текстовий файл за допомогою редактора електронних таблиць, наприклад, “Microsoft Excel”. Виконати автоматичну заміну всіх крапок (.) на коми (,). Це необхідно, оскільки саме коми сприймаються цим редактором як розділовий знак числа в десятковому вигляді. Виділити числові дані (повністю або частково) і побудувати лінійну діаграму. Побудована таким чином діаграма має дуже хвильчастий характер, що пояснюється як природними коливаннями зусилля в канаті (коливання малої частоти), так і недосконалістю тензопідсилювача (коливання високої частоти). Позбутися зайвих коливань на діаграмі можна додаванням “лінії тренда”. Приклад діаграми поданий на рис. 6.4 та 6.5.

9 Визначити максимальне відхилення променя під час підіймання вантажу (в одиницях вертикальної шкали), а також тривалість розгону вантажу до сталої швидкості t_п.п. (в одиницях горизонтальної шкали).

10 Виконати тарування зусилля, визначивши масштаб вертикальної осі. Оскільки тарувальна характеристика близька до лінійної, для одержання достовірного результату достатньо провести виміри при двох вантажах. Для одержання найбільш достовірного результату вага вантажів під час тарування повинна бути близькою до ваги, яку підіймає лебідка під час експериментального визначення динамічного зусилля, а різниця між вагою вантажів повинна бути близькою до величини динамічного зусилля. Наприклад, тарування може здійснюватись додаванням до основної ваги G (яка висить на гаку і складає близько 3000 Н) додаткової ваги G _дод - тягарця у вигляді сталевого диска вагою 160 Н. Коефіцієнт підсилення тензопідсилювача необхідно підбирати таким чином, щоб стрілка міліамперметра на тензопідсилювачі у процесі замірів не переходила через нульове положення і не доходила до максимального положення. При недотриманні цієї вимоги “промінь осцилографа” (динамічна діаграма на екрані монітора) не буде відображати реальної величини, а буде рухатись горизонтально у мінімальному або максимальному положенні. Діаграму тарування зусилля наведено на рис. 6.6.

Масштаби вимірювальної системи для зусилля (вертикальної осі):

, (),

де А₁, А₂ – величини відхилень променя осцилографа від нульового значення згідно з основною вагою G та з основною вагою + додаткова вага (G + G_дод ).

Наприклад, для випадку, якщо G _дод = 160 Н, А₁ =1,575 одиниць, А₂ = 1,815 одиниць (див. рис. 6.6):

, ().

11 Виконати тарування часу, визначивши масштаб горизонтальної осі. В одержаних діаграмах на горизонтальній осі відкладаються порядкові номери замірів, переданих на ЕОМ аналого-цифровим перетворювачем. Для тарування системи за часом тензопідсилювач може генерувати сигнал певної (наприклад, нульової) величини з інтервалом в одну секунду. Масштаб (назвемо його t) вимірювальної системи за часом (горизонтальної осі):

, (),

де Т₁, Т₂ – порядкові номери замірів, що відповідають інтервалу часу в одну секунду.

Наприклад, для випадку Т₁ = 21, Т₂ = 169 (див. рис. 6.7):

, ().

Рис. 6.4. Фактична діаграма роботи зусиль у гілці канату лебідки в режимі «пуск на підіймання – робота на підійманні – зупинка»

Рис. 6.5. Фрагмент фактичної діаграми, наведеної на рис. 6.4., що відповідає пуску на підіймання, та графік зміни швидкості підіймання

 

Рис. 6.6. Діаграма тарування зусилля (вертикальної осі)

 

Рис. 6.7. Діаграма тарування часу (горизонтальної осі)

 

12 Розрахувати теоретичне значення повного зусилля в канаті за формулами (6.12) – (6.15).

13 Знайти експериментальне значення повного зусилля в канаті під час пуску на підіймання:

. (6.18)

Порівняти одержані величини і .

14 Проаналізувати співвідношення .