Зміст звіту про лабораторну роботу

1 Завдання роботи.

2 Кінематична схема лебідки з експлікацією і короткою характеристикою вузлів.

3 Результати замірів величин d_K, D _б, L _б, h_P, u _P.

4 Розрахункова схема барабану з багатошаровим навиванням.

5 Розрахунки величин L _б, v_{K min}, v_{K max}, v_B, S, Q.

6 Результати заміру фактичної швидкості вантажу і порівняння з v_B.

7 Розрахунки максимального тягового зусилля лебідки S (H), виходячи з потужності двигуна за формулами (6.10) та (6.11). Оцінка максимального тягового зусилля лебідки S, виходячи з міцності канату з використанням знайденого за табл. 1.1 розривного зусилля канату в цілому Р _к, обраного за діаметром канату при тимчасовому опорі дротів розриву – 1800 МПа (Н/мм²). Коефіцієнт запасу міцності канату прийняти за К_к =4.

8 Схема замірної ланки з тензодатчиком.

9 Величина вантажу G.

10 Діаграма з записом вимірювання зусиль у канаті в процесі пуску двигуна лебідки на підіймання (приклад – рис.6.4 та рис.6.5).

11 Діаграма тарування зусилля. Значення А₁ і А₂, а також розрахунок масштабу зусиль m.

12 Діаграма тарування часу. Значення Т₁ і Т₂, а також розрахунок масштабу зусиль t.

13 Визначити та порівняти величини і .

14 Розрахунок повного зусилля в канаті S _повні величини К _Д. Висновки.

 

Лабораторна робота № 7

 

ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧОГОПРОЦЕСУ ТАЛЯ

Навчальні задачі:

· вивчення конструкції ручного черв`ячного і електричного талів;

· визначення зусиль у тяговому ланцюгу ручного таля і ККД механізму під час підіймання вантажу;

· визначення коефіцієнта опору пересуванню електроталя;

· визначення сили зчеплення привідних коліс електроталя з монорейкою і розрахунок максимально припустимого прискорення під час розгону таля;

· вимірювання часу пуску механізму підіймання електроталя за допомогою тахогенератора, апаратно – програмної тензометричної станції ТС-8 і комп’ютера з застосуванням спеціального програмного забезпечення;

· розрахунок повного зусилля у канаті електроталя під час пуску.

Лабораторне обладнання

 

1 Ручний черв`ячний таль (рис.7.1) вантажопідіймальністю 3,2 т, який містить нормальну гакову підвіску 1, рухомий ролик якої огинається вантажним пластинчастим ланцюгом 2, що перебуває у зчепленні з зірочкою 3, закріпленою на валу черв`ячного колеса 4, що взаємодіє з двозахідним черв`яком 5. Черв`як 5 приводиться в обертання від нескінченного тягового зварного ланцюга 6, який огинає тяговий блок – зірочку 7.

Рис. 7.1. Ручний черв’ячний таль

Для утримання піднятого вантажу і безпеки його опускання служить вантажоупорне гальмо з поверхнями тертя, що не розмикаються. Гальмо містить храпове колесо 8 із защіпкою 9, яке охоплюється фрикційними дисками 10 і вільно насаджене на хвостовик черв`яка 5. Храпове колесо осьовим зусиллям затиснене між упором черв`яка і упорною втулкою 11, яка обертається в корпусі 12.

2 Електричний таль ТЕ1-511 (або ТЕ2-512) (рис.7.2), який складається з механізму підіймання, що містить редуктор 2, мотор-барабан 4, шафу електроапаратури 8 з пультом управління 6 і механізм пересування, до складу якого входять привідний 1 і не привідний 11 візки. Корпус 3 механізму підіймання підвішений на петлях до траверси 10. Канат огинає блок нормальної гакової підвіски 7; один його кінець закріплений на корпусі 3 за допомогою клина, а другий – на нарізному моторі-барабані 4. Таль пересувається по балці 9, при цьому для зниження опору пересування він має бокові направляючі катки 12 (реборди коліс не дотикаються полички балки 9). Захисний щиток 13 служить для чистки поличок балки 9 від сторонніх предметів. Гумові буфери 14 встановлені на торцях траверси 10. Таль має пристрої для безпеки експлуатації – обмежувачі висоти підіймання 5 і кінцеві вимикачі 15 механізму пересування, взаємодіючого з лінійкою, закріпленою на балці.

Рис. 7.2. Електричний таль

Механізм підіймання (рис. 7.3) таля, що розглядається, відрізняється тим, що статорна обмотка 2 електродвигуна закріплена всередині барабана й живиться від мережі через щітки і контактні кільця. Вал 1 електродвигуна з`єднується зі швидкохідним валом редуктора за допомогою шліцевої муфти. Двоступінчастий редуктор виконаний співвісним – швидкохідний вал проходить всередині тихохідного. На швидкохідному валу-шестерні 3 встановлений шків 4 колодкового (стопорного) гальма, конструкція якого вивчається в лабораторній роботі 3. На проміжному валу-шестерні 5 змонтоване вантажоупорне гальмо з поверхнями тертя, що розмикаються. Це гальмо містить храпове колесо 6 (із защіпкою 7), вільно посаджене на зубчасте колесо 8, фрикційні диски 9 і упорний диск 10. Зубчасте колесо 8 зв`язане з валом 5 за допомогою гвинтової пари.

Рис. 7.3. Механізм піднімання електричного таля

 

Привідний візок (рис.7.4) містить два привідних одноребордних колеса зі сферичним ободом, консольно закріплені на валах редукторів. Правий двоступінчастий редуктор має проміжну шестерню (z₄=38), шестигранний вал якої зв`язаний з шестернею лівого редуктора. Відстань між колесами можна регулювати, щоб таль міг працювати, опираючись на балки різних розмірів.

Рис. 7.4. Схема привідного візка та схема до визначення коефіцієнту опору пересування

 

3 Система вимірювання часу пуску механізму підіймання електроталя; до її складу входять тахогенератор ТГМ-30П, спеціально підібрані резистори (сумарний електричний опір 16,5 МОм), апаратно – програмна тензометрична станція (ТС-8), ЕОМ з вільним портом СОМ-1 і програмне забезпечення (програма “TENZONEW.EXE” та редактор електронних таблиць, наприклад “Microsoft Excel”). Вал тахогенератора пружною муфтою зв`язаний із швидкохідним валом редуктора механізму підіймання. Тахогенератор у процесі підіймання генерує постійну електричну напругу, величина якої пропорційна швидкості обертання двигуна механізму підіймання, і змінюється під час розгону двигуна від нуля до»75В. Сигнал від тахогенератора подається на ТС-8.

Корпус ЕОМ повинен бути заземлений, інакше виникають значні похибки на діаграмі.

Діаграма швидкості підіймання записується на ЕОМ за допомогою програми “ TENZONEW.EXE” у форматі *.txt, після чого розшифровується з побудовою діаграми в програмі “Microsoft Excel”. Приклад діаграми наведений на рисунках 5.5 і 5.6.

4 Система вимірювання шляху зупинки електроталя має стрілку, закріплену на електроталі, і спеціальну мітку (пропил) на двотаврі, яка позначає положення таля, при якому відбувається спрацьовування кінцевого вимикача і вимкнення двигуна механізму пересування.

5 Система вимірювання сили зчеплення; до її складу входить закріплений на двотаврі динамометр з межами вимірювання 100-1000 Н і спеціальний захват для з`єднання цього динамометра з електроталем.

6 Вимірювальні інструменти: лінійка, штангенциркуль, динамометр з межами вимірювання 10-100 Н.

 

Короткі відомості

Талі – це підвісні лебідки; вони існують з ручним і електричним приводами.

Ручні талі можуть бути черв`ячними або шестерінчастими; у черв`ячних використовуються вантажоупорні гальма, діючі від осьового зусилля черв`яка.

Якщо за допомогою ручного черв`ячного таля (рис. 7.1) підіймати вантаж масою m (кг), то максимальне зусилля у гільці вантажного ланцюга, що намотується на зірочку, Н:

(7.1)

де i_п – кратність поліспаста;

G – вага вантажу, Н;

g – прискорення сили тяжіння, м/с²;

h_п – ККД поліспаста.

Момент кручення на вантажній зірочці, Н×м:

(7.2)

де R_З – ділильний радіус зірочки вантажного ланцюга, м.

Момент кручення на валу черв’яка, Н×м:

(7.3)

тут u_чер – передаточне число черв`ячної передачі;

h_чер – ККД черв`ячної передачі.

Зусилля в тяговому ланцюгу, Н:

(7.4)

де h_б – ККД тягового блока;

R_б – ділильний радіус тягового барабана, м.

Радіуси R_З і R_б можна розраховувати за формулами:

– для зварного ланцюга (рис. 7.1):

R _б = t_{Л 1} / 2sin(90/z _б ), (7.5)

– для пластинчастого ланцюга:

R _З = t_{Л 2} / 2sin(180/z _зір ), (7.6)

де t_{Л 1}, t_{Л 2} – кроки відповідно зварного каліброваного і пластинчастого ланцюгів, м;

z _б, z _зір – кількість гнізд на тяговому блоці і кількість зубців зірочки вантажного ланцюга.

 

Коефіцієнт корисної дії ручного черв`ячного таля можна знайти як відношення роботи, виконаної під час підіймання маси m на висоту H (m×g×H – робота), до енергії, яка для цього знадобилася (P_P×L_P – енергія). Тут L_P – довжина зварного ланцюга, на яку необхідно витягнути ланцюг для підіймання вантажу на висоту Н.

(7.7)

Випускаються електричні талі з вантажопідіймальністю 0,25-5 т і широко використовуються як самостійно, так і в складі кранів (козлових, мостових і та інших.).

Коефіцієнт опору пересуванню таля f_Р (“ Р ” - Р озрахунковий):

(7.8)

де K - коефіцієнт тертя кочення колеса по рейці (K = 0,5...0,6 мм). Фізична суть його – величина радіуса умовної лунки, яку продавлює колесо під час руху по рейці (див. рис. 7.4). Інший поширений у техніці символ для позначення коефіцієнта тертя кочення – m;

f _П - коефіцієнт тертя в підшипниках валів коліс (f _П = 0,015), безрозмірна величина;

D_K, d _П - діаметри колеса і цапфи вала колеса (зовнішнього діаметра внутрішнього кільця підшипника, рис. 7.4);

- коефіцієнт опору пересування таля, що виникає на осі колеса внаслідок наявності опору тертя кочення колеса по рейці (безрозмірна величина);

- коефіцієнт опору пересування таля, що виникає на осі колеса внаслідок наявності опору тертя в підшипниках валів коліс (безрозмірна величина);

K_Р - коефіцієнт додаткових опорів, який враховує тертя в направляючому ролику, опір пересуванню кабелю по дроту, тертя кінцевого вимикача по лінійці. Можна приймати K_Р =2...2,5.

 

Електричний таль масою m_Т (рис. 7.2, 7.4), що пересувається зі швидкістю v _пер (м/с), має кінетичну енергію . Тут G_T - вага таля, Н.

Сила опору пересуванню візка G_T × f_E, де f_E - коефіцієнт опору пересуванню таля (“ Е ” - Е кспериментальний).

Якщо після вимикання двигуна механізму пересування таля, що рухався, він пройде шлях l_T (м), то робота сили опору таля складе G_T × f_E × l_T.

Якщо знехтувати втратами в редукторі механізму пересування і припустити, що вплив інерційності обертових частин механізму невеликий порівняно з інерційністю частин, що рухаються поступально, то кінетична енергія візка таля дорівнює роботі сил опору під час його зупинки.

. (7.9)

v _пер = w_K× R_K; , w _ДВ1»0,1× n _ДВ1; (7.10)

де w _ДВ1 і n _ДВ1 - кутова швидкість і частота обертання двигуна механізму пересування (рис. 7.4);

u _P1 – передаточне число редуктора механізму пересування.

 

Із формули (7.9) можна визначити експериментальне значення коефіцієнта опору пересуванню таля за величиною вибігу:

(7.11)

Коефіцієнт опору можна визначити також із залежності, що пов’язує силу опору пересуванню W_E (Н), яку можна визначити експериментально (вимірюючи динамометром зусилля, потрібне для пересування “вручну” таля), з вагою таля G_T (Н) (силою нормального притискання таля до поверхонь тертя).

W_E = G_T× f_E.P. (7.12)

Коефіцієнт опору пересуванню таля, визначений через силу опору пересуванню:

f_E.P = W_E / G_T. (7.13)

Важливою характеристикою таля є сила зчеплення привідних коліс із рейкою. Експериментальне значення цієї сили (назвемо її F_ЗЧ.Е) буде показувати динамометр, якщо за допомогою нього утримувати на місці таль працюючим приводом пересування.

Розрахунково цю силу визначають із залежності:

F_ЗЧ = Р_ЗЧ ×j, (7.14)

де Р_ЗЧ - зчепна вага (частина ваги, що припадає на привідні колеса):

Р_ЗЧ » 0,5 × G_T , (7.15)

де j - коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою; для закритих приміщень, звичайно, приймають j =0,2.

У процесі розгону порожнього візка таля на ободі ходового колеса у місці контакту його з рейкою у разі відсутності пробуксовки повинно виконуватися співвідношення

F_ЗЧ ³ Р_ін + W ^/, (7.16)

де Р_ін – опір від сил інерції частин електроталя, які рухаються поступально;

W^/ – сила опору пересуванню порожнього таля без урахування сили тертя у підшипниках привідних коліс.

Без значної похибки величину сили W ^/ можна вважати близькою до величини сили опору рухові електроталя W. Тоді

Р_ін £ F_ЗЧ - W.

Якщо врахувати, що Р_ін = G_T × [ a] / g, то припустиме прискорення, за якого ще не виникає пробуксовка по рейці,

[а] = (F_ЗЧ - W) (7.17)

Повне зусилля у канаті механізму підіймання електроталя

S _повн = S _Д + S _ст, (7.18)

де S _Д – динамічна складова зусилля у канаті;

(5.19)

де m – маса вантажу;

і_{п 1} – кратність поліспаста;

а ₁ – прискорення під час розгону вантажу, а ₁ = v _під / t_пуск;

v _під – швидкість підіймання вантажу, м/с,

t_пуск – тривалість пуску механізму, с;

S_ст – статична складова зусилля у канаті:

(7.20)

де h_{п 1} - ККД поліспасту таля, h_{п 1}»0,98.

Cпіввідношення називають коефіцієнтом динамічності роботи машини.

 

Порядок виконання роботи

 

1 Вивчити конструкцію ручного черв`ячного таля і накреслити його схему з експлікацією вузлів і деталей.

2 Виміряти за допомогою динамометра зусилля Р_Р у тяговому ланцюгу таля під час підіймання заданого викладачем вантажу m. Експериментально визначити передаточне число черв`ячної передачі.

3 Виміряти крок тягового зварного і вантажного пластинчастого ланцюгів. Підрахувати кількість гнізд на тяговому блоці і кількість зубців зірочки вантажного ланцюга. Обчислити за формулами (7.5) і (7.6) ділильні радіуси тягового блока і зірочки вантажного ланцюга.

4 Розрахувати за формулою (7.7) ККД ручного черв`ячного таля. Визначити за формулами (7.1-7.4) моменти кручення на валах та зусилля в елементах механізму.

5 Вивчити конструкцію електроталя. Накреслити конструктивну і кінематичну схеми привідного візка. Виміряти діаметр коліс.

6 Виміряти силу опору рухові електроталя W_E (Н) за допомогою динамометра з межами вимірювання 10-100 Н. Виміряти вибіг l _Т, користуючись мітками на монорейці.

7 Виміряти силу зчеплення F_ЗЧ.Е привідних коліс електроталя з монорейкою за допомогою динамометра, закріпленого на монорейці.

8 Визначити за формулами (7.10) швидкість пересування електроталя, враховуючи, що частота обертання двигуна механізму пересування електроталя п_{ДВ 1} = 1400 об/хв. Передаточне число редуктора механізму пересування визначити за кількістю зубців коліс, вказаною на кінематичній схемі привідного візка (див. рис.7.4):

Діаметр колеса в формулу (7.10) потрібно підставляти в метрах.

9 Визначити коефіцієнт опору пересуванню таля трьома методами: розрахунковим – за формулою (7.8); за вибігом таля – (7.11); за силою опору, заміряною експериментально, – (7.13). Порівняти одержані результати.

Під час розрахунку можна вважати, що d _П = 30мм, вибіг електроталя в формулу (7.11) підставляти в метрах, діаметр колеса в формулі (7.8) – у міліметрах^[1]).

10 Розрахувати за формулами (7.14) і (7.15) силу зчеплення привідних коліс електроталя з монорейкою. Порівняти результати розрахунку та виміру. Обчислити [а] за формулою (7.17).

11 Підвісити на гак таля заданий викладачем вантаж масою m.

12 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 до текстового файла (*.txt) у десятковому вигляді; як розділовий знак застосовується крапка (.). Для зменшення похибки (розкиду точок на діаграмі) корпус ЕОМ у процесі запису даних повинен бути заземлений.

13 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 у 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 наведений на рис. 7.5 – 7.6.

14 Визначити кількість одиниць горизонтальної шкали відрізку b, що відповідає пуску механізму підіймання (рис. 7.6), який характеризує тривалість пуску.

15 Виконати тарування часу, визначивши масштаб горизонтальної осі. В одержаних діаграмах на горизонтальній осі потрібно відкласти порядкові номери замірів, переданих на ЕОМ ТС-8. Для тарування системи за часом, увімкнемо таль на підйом на 10с (користуючись секундоміром), записуючи дані на ЕОМ. Одержана діаграма для тарування подана на рис. 7.7. Розрахуємо масштаб (назвемо його t) вимірювальної системи за часом (горизонтальної осі).

, ()

де Т₁, Т₂ – порядкові номери замірів, що відповідають інтервалу часу в 10 секунд.

Наприклад, для випадку Т₁ = 100, Т₂ = 4135 (див. рис. 7.7):

, ().

16 Розрахувати час пуску t_пуск = b×t. Наприклад, t_пуск = 36×0,00248 = 0,089 с (для випадку, діаграми якого подані на рис. 7.5 - 7.7).

Кількість замірів по горизонтальній осі залежить від швидкодії процесора комп’ютера і АЦП.

17 Розрахувати прискорення вантажу під час пуску, а також статичну й динамічну складові зусилля в канаті за формулами (7.19) і (7.20). Для таля ТЕ1-511 швидкість підіймання вантажу v _під=0,13 м/с.

18 Розрахувати за формулою (7.18) повне зусилля в канаті під час розгону двигуна і порівняти зі статичною складовою. Навести результати цього порівняння.

19 Розрахувати коефіцієнт динамічності К _Д.

Рис. 7.5. Діаграма режиму «пуск – робота – вимикання - вибіг» механізму підіймання

 

Рис. 7.6. Фрагмент діаграми, що відповідає початку підіймання

Рис. 7.7. Діаграма тарування часу