Сравнительная оценка гибких органов
Рассмотренные типы гибких органов подъемного механизма — пеньковые и проволочные канаты, сварные и шарнирные цепи существенно различаются своими механическими и эксплуатационными качествами — гибкостью, относительной прочностью, надежностью, характером износа, поперечными размерами и весом 1 пог. метра Чтобы установить области рационального применения различных гибких органов, подытожим и сопоставим их характерные особенности.
Пеньковые канаты вследствие малой прочности, которая, кроме того, понижается от истирания волокон и их разложения под действием влаги, почти не применяются в качестве гибкого органа подъемных механизмов, но широко используются для обвязки грузов при подвеске их на крюк.
Сварные цепи значительно тяжелее стальных канатов. Их надежность ниже, чем у проволочных канатов, не обнаруженная своевременно некачественная сварка одного звена может привести к внезапному разрушению цепи при подъеме груза. В отношении гибкости во всех направлениях сварные цепи лучше всех прочих гибких органов, но передача усилия между соседними звеньями у них явно неблагоприятна – теоретически звенья соприкасаются в одной точке, вследствие чего эти места звеньев цепи подвергаются при работе интенсивному износу. Спокойная и бесшумная работа сварных цепей обеспечивается при сравнительно небольших рабочих скоростях до 0,1 м/сек.
Шарнирные грузовые цепи, хотя элементы их изготовляются из высококачественных сталей с соответствующей термической обработкой, оказываются не легче сварных. Шарнирные цепи обладают гибкостью только в плоскости, перпендикулярной к осям шарниров, не допуская изгиба в плоскости шарниров. Даже небольшие искривления цепи в этом направлении (например, при раскачивании подвешенного груза) приводят к одностороннему нагружению ее и перенапряжению пластин. Надежность шарнирных цепей вследствие применения для их изготовления высококачественных сталей и отсутствия сварки безусловно выше, чем у сварных цепей. Допускаемые рабочие скорости шарнирных цепей также выше, чем у сварных цепей.
|
|
Таким образом, при безотносительном сравнении проволочных канатов и цепей все эксплуатационные преимущества оказываются на стороне канатов.
Несмотря на это, сварные и шарнирные цепи все-таки применяются в качестве гибкого органа подъемных механизмов в соответствующих случаях. Одной из причин применения цепей является то, что при заданной грузоподъемности диаметр приводной звездочки получается значительно меньше, чем диаметр канатного барабана. В связи с этим уменьшается грузовой момент и, следовательно, передаточное отношение, габариты и вес передаточного механизма. Типичным примером подобных механизмов являются переносные ручные тали, в которых поэтому и применяются в качестве гибкого органа сварные и шарнирные цепи, а не проволочные канаты.
|
|
Лекция № 6 (2 часа)
Полиспасты
План лекции
6.1Назначение полиспастов.
6.2Типы полиспастов.
6.3 Определение КПД полиспаста
Назначение полиспастов
Полиспаст – это система нескольких подвижных и неподвижных блоков, связанных общим гибким органом (канатом или цепью).Название произошло от греческого слова «рolyspaston», что означает "натягиваемый многими канатами". Принцип действия полиспастов основан на законах использовании рычажных систем и блоков. В основу действия полиспастовтакже положено золотое правило механики: выигрываешь в силе – проигрываешь в расстоянии (и наоборот).
Полиспасты применяются для подьема и подтягивания груза. Введение полиспастов в подьемный или стреловой механизмы крана позволяет уменьшить натяжение тягового органа и грузовой момент на барабане.
Самая простая схема подвешивания груза изображена на рисунке 6.1, а, где один конец каната закреплен на барабане, а на другом конце находится груз массой Q.При этом в канате возникает усилие F= Q.
|
|
При увеличении массы грузаQ в канате такжебудет увеличиваться и усилиеF. Так как от величины этого усилия зависят диаметры каната, блоков и барабана, то это приведет к увеличению их размеров и стоимости.
Поскольку момент на барабане равен произведению усилия в канате на радиус барабана (Тб= FRб), то с ростом Fбудет увеличиваться крутящий момент, что приведет к увеличению массы и габаритных размеров механизм подъема, который станет громозким, тяжелым и экономически не выгодным.
В этой связи есть смысл уменьшить усилие в канате, за счет подвеса груза не на одной, а на нескольких ветвях каната:двух (рисунок 6.1, б) или трех (рисунок 6.1, в). В первом случае натяжение каната уменьшается в два раза, а во втором – в три раза, что, соответственно, позволит снизить массу, габариты и стоимость элементов подъемного механизма.
Рисунок 6.1 – Схемы запасовки простейших полиспастов: 1 – барабан; 2 – канат: 3 – неподвижный блок; 4 – крюковая подвеска; 5 – подвижный блок
Одной из основных характеристик полиспаста является кратность, которая определяется как отношение скорости навивания каната на барабан υбар к скорости подъема груза υгр:
|
|
(6.1) |
В общем случае кратность полиспаста равна числу ветвей каната, на которых подвешен груз. Кратность полиспаста, изображенногона рисунке 6.1, а – uп= 1, на рисунке 6.1, б – uп = 2, на рисунке 6.1, в – uп = 3.
Типы полиспастов
По принципу действия различаютсиловые и скоростные полиспасты. Силовые полиспасты позволяют выиграть в силе, а скоростные – в скорости.
Полиспаст, изображенный на рисунке 6.2, а является силовым, т.к. груз Qподвешен на двух ветвях каната (uп = 2). Для этих полиспастов сила тягиFoи скорость подъема груза уменьшаются в два раза. На практике чаще применяют полиспасты этого типа.
Рисунок 6.2 – Схемы силового (а) и скоростного (б) полиспаста
Полиспаст, изображенный на рисунке 6.2, б, называется мультипликатором. Кратность подобных полиспастов определяется по обратной зависимости:
(6.2) |
где υп – скорость перемещения обоймы полиспаста.
При использовании подобных полиспастов сила тяги F и скорость подъема грузаυгр увеличиваются в два раза, т.е. это скоростной полиспаст. Эти полиспасты применяют главным образом в гидравлических и пневматических автомобильных подъемниках для увеличения скорости подъема автомобиля по сравнению со скоростью движения поршня.
Полиспаст состоит минимум из двух блоков: неподвижного, прикрепляемого к подъемному приспособлению («земле»), и подвижного, к которому крепится поднимаемый груз. Оба блока соединяются между собой канатом. Если число рабочих нитей полиспаста, идущих к подвижному блоку, четное, то конец каната закрепляют к верхнему неподвижному блоку (рисунок 6.3, а, б), а если нечетное – к нижнему подвижному блоку (рисунок 6.3, в, г).
Рисунок 6.3 – Схемы одинарных полиспастов: а, б – с ветвью, сходящей с верхнего блока;в, г – с ветвью, сходящей с нижнего блока
Если канат полиспаста сбегает с верхнего неподвижного блока, то этот блок считается отводным, что необходимо учитывать при расчете полиспастов.
Полиспасты, показанные на рисунке 6.3, называются одинарными, т.к. на барабан наматывается одна ветвь каната (а = 1). При использовании полиспастов, показанных на рисунке 6.3, в, г груз может отклоняться от вертикальной трассы перемещения. Если по технологическим или иным причинам требуется строго прямолинейный подъем груза, то используют сдвоенныеполиспасты, у которых на барабан навиваются два конца канат (а = 2). Подобные полиспасты применяют в мостовых, козловых и других кранах.
Сдвоенный полиспаст (рисунок 6.4) включает барабан 1, на котором закреплено оба конца каната 2. Канат огибает уравнительный блок 3 и подвижные блоки 4 крюковой подвески 5.
При одновременном наматывании обоих концов каната средняя точка на уравнительном блоке 3 остается неподвижной. Уравнительный блок при подъеме груза не вращается и только при неравномерной вытяжке концов каната слегка поворачивается вокруг оси.
а) | б) |
Рисунок 6.4 – Схема (а) и крюковая подвеска (б) сдвоенного
полиспаста
Сдвоенный полиспаст по существу представляет два отдельных полиспастакратностью uп = 2, нагруженных силой Q/2.
Определение КПД полиспастов
К числу важнейших характеристик любого полиспаста относит коэффициент полезного действия (КПД), который отражает эффективность его использования.
У полиспаста для выигрыша в силекратностью uп (рисунок 6.5), нагрузку на канат без учета трения в блоках определяют по формуле
(6.3) |
гдеQ – грузоподъемность крана.
Однако, при огибании блока канатом, часть мощности теряется вследствие трения в осях блоков и преодоления изгибной жесткости каната. Поэтому натяжение ведущей ветви каната увеличится, что учитывается коэффициентом полезного действия (КПД)
(6.4) |
Следовательно, в реальном полиспасте натяжение сбегающей ветви каната при подъеме груза
(6.5) |
а при спуске груза
(6.6) |
При этом скорость каната, наматываемого на барабан υбар = uпυгр, а длина каната при высоте подъема Н составляет: L = Huп.
В полиспасте для выигрыша в скорости сила тяги F = Quп/ηп,а скорость подъема обоймы полиспастаυп = υгр/ uп.
Рисунок 6.5 – Схема нагружения одинарного полиспаста
Обычно полиспасты имеют более сложную схему (см. рисунок 6.3) и содержат значительно больше подвижных и неподвижных блоков, а также ветвей каната. Для определения общего КПД подобных систем, развернем все полиспасты в плоскую схему (рисунок 6.6).
Определим натяжение ветвей каната для случая, когда концевая ветвь каната, идущая на барабан лебедки, сбегает с верхнего отклоняющего блока (рисунок 6.2, а). Для этого обозначим натяжение ветви каната, сбегающей с последнего блока как F1, тогда натяжение предыдущих ветвей:
(6.7) |
где n = uп – количествоветвей полиспаста.
Рисунок 6.6 –Расчетная схема
Чтобы определить натяжение F1мысленно рассечемканаты плоскостью I-I и составим уравнение равновесия нижней части.
(6.8) |
откуда
(6.9) |
Для полиспастов, у которых тянущая ветвь сходит с нижнего подвижного блока (рисунок 6.6, в) уравнение равновесия имеет вид:
(6.10) |
откуда
(6.11) |
Решая совместно уравнения (6.5) и (6.9), а также (6.5) и (6.11) получим:
- для полиспаста с верхней тянущей ветвью
(6.12) |
- для полиспаста с нижней тянущей ветвью
(6.13) |
Числитель правой части равенства (6.13) представляет собой сумму членов убывающей геометрической прогрессии, у которой первый член равен единице, знаменатель прогрессииηбл, а число членов прогрессии uп. Вычисляя по известной из курса алгебры формуле сумму членов прогрессии, получим значение КПД полиспаста, когда канат сбегает с нижнегоподвижного блока:
(6.14) | |
При сбегании каната с верхнегонеподвижного блока необходимо учитывать потери на неподвижных направляющих блоках, поэтому
(6.15) |
где n – число дополнительных обводных блоков.
КПД блока зависит от вида его подшипников, состояния смазки и определяется опытным путем. Процесс определения КПД довольно сложная процедура, поэтому на практике пользуются специальной таблицей со значениями КПД.
Таблица 6.1 – Коэффициент полезного действия блока
Тип подшипника | Условия работы | ||||||||
Скольже- ния | плохая смазка | 0,94 | 0,88 | 0,83 | 0,78 | 0,74 | 0,67 | 0,65 | 0,61 |
нормаль. смазка | 0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,85 | 0,81 | 0,78 | 0,75 | 0,72 | |
Качения | плохая смазка | 0,97 | 0,94 | 0,91 | 0,89 | 0,86 | 0,83 | 0,81 | 0,78 |
нормаль. смазка | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | 0,87 | 0,85 |
Усилие в одной ветви каната, набегающей на барабан, при сдвоенном полиспасте составляет:
(6.16) |
где а – число ветвей каната, наматываемого на барабан.
Лекция № 7 (2 часа)
Блоки, барабаны
План лекции
7.1Конструкция и назначение блоков.
7.2Конструкция и расчет барабанов.
7.3 Крепление каната к барабану.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1436; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!