Badania pasowego układu cięgnowego dźwigu

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich Laboratorium Dźwigów Ćwiczenie W6 Badania pasowego układu cięgnowego dźwigu Wersja robocza Tylko do użytku wewnętrznego SiMR PW Warszawa 2015 Wszelkie prawa zastrzeżone

2 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z problematyką zjawiska sprzężenia ciernego w mechanizmach podnoszenia dźwigów wyposażonych w pasowy układ cięgnowy. W ćwiczeniu studenci dokonują oceny sprzężenia ciernego na przykładzie modelu dźwigu elektrycznego. 2. WPROWADZENIE Poniższe informacje stanowią uzupełnienie wiadomości teoretycznych, przedstawionych w instrukcji do ćwiczenia W5 ( Ocena sprzężenia ciernego dźwigu elektrycznego ). Podstawowe informacje o pasowych układach cięgnowych W budowie dźwigów ciernych zasadniczym elementem zapewniającym przenoszenie sił pojawiających się w czasie pracy urządzenia, a zatem decydujących o bezpiecznej pracy dźwigu, są cięgna nośne, współpracujące z tarczą cierną, pomiędzy którymi rozwijane są siły związane ze zjawiskiem tarcia opasania. Dominującym rodzajem cięgien nośnych we współcześnie instalowanych dźwigach są nadal cięgna w postaci stalowych lin splotkowych (okrągłych) o odpowiedniej konstrukcji i wytrzymałości. Coraz częściej można jednak spotkać dźwigi, w których zamiast liny okrągłej rolę tę pełni płaski pas nośny, złożony z lin stalowych w osnowie z tworzyw sztucznych. Przyczyn zainteresowania konstruktorów tego typu cięgnami należy się dopatrywać w ich cechach, wynikających ze specyficznej budowy. Rdzeń pasa stanowi zestaw płasko ułożonych linek stalowych o stosunkowo niedużych średnicach, które zapewniają odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Z kolei użycie osnowy z tworzyw sztucznych chroni rdzeń przed uszkodzeniami, degradacją i zwiększa współczynnik tarcia rozwijanego w czasie pracy. Taka budowa pozwala na wzrost trwałości zespołu nośnego poprzez zwiększenie powierzchni styku pasa z kołem ciernym (pasowym) zmniejszeniu ulegają naciski jednostkowe. Jednocześnie płaskie ułożenie lin rdzenia zapewnia znacznie większą giętkość i elastyczność pasa w porównaniu do tradycyjnych lin dźwignicowych o zbliżonej wytrzymałości (stanowiłyby one linę o większej średnicy), co umożliwia znaczne zmniejszenie wymiarów koła ciernego, a w efekcie całego układu napędowego oraz wymaganej przestrzeni maszynowni. Są to niewątpliwe zalety, które pozwalają przezwyciężyć część ograniczeń występujących w tradycyjnych układach cięgnowych. Pasy posiadają jednak i kilka w porównaniu z linami mankamentów. Są to, m. in.: dużo bardziej skomplikowane określanie stanu linek nośnych w trakcie eksploatacji, zbyt duża cierność w sytuacjach eksploatacyjnych, w których dźwig powinien ją stracić (zablokowanie kabiny, podciąganie kabiny, gdy przeciwwaga spoczywa na zderzakach). 2

3 W najczęściej spotykanych typach pasów nośnych powierzchnia robocza ma formę wieloklinową, pozwalającą na współpracę z odpowiednio ukształtowanym kołem ciernym. Taki typ pasa jest stosowany również w ćwiczeniu. Oprócz tego stosowane bywają również pasy gładkie, lecz charakteryzują się mniejszą powierzchnią tarcia, co powoduje zwiększenie szerokości koła pasowego. Odpowiednie ukształtowanie powierzchni współpracujących pozwala, podobnie jak w przypadku dźwigów z tradycyjnymi układami olinowania, kształtować pozorny współczynnik tarcia. Budowę przykładowego wieloklinowego pasa nośnego przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1 Przykładowa konstrukcja pasa nośnego Sprzężenie cierne w dźwigach Niezależnie od zastosowanego rodzaju cięgna nośnego (liny lub pasy), prawidłowe działanie dźwigu ciernego jest możliwe dzięki tym samym zjawiskom fizycznym, związanym z tarciem opasania, rozwijanym pomiędzy cięgnem nośnym a kołem ciernym. W takim układzie powstaje sprzężenie cierne, wywołane siłami przyczepności pomiędzy poszczególnymi elementami. Ocenę występującego sprzężenia umożliwia zależność Eulera- Eytelweina, która pozwala określić maksymalną możliwą w danych warunkach nierównomierność obciążenia po obu stronach koła ciernego. Zależność ta ma postać: S S 1 fα e (1) 2 gdzie: S 1, S 2 siły w linach po obu stronach koła ciernego (przy czym w mianowniku zawsze występuje siła o mniejszej wartości) f pozorny współczynnik tarcia (funkcja współczynnika tarcia µ i geometrii rowka linowego w kole ciernym) α - kąt opasania na kole ciernym Występujące w powyższym wzorze wyrażenie e fα określane jest mianem współczynnika udźwigu. Zwiększenie jego wartości powoduje wzrost wartości siły przenoszonej przez koło 3

4 cierne, a w efekcie zwiększa możliwość prawidłowego działania dźwigu przy występowaniu większej różnicy sił po obu stronach tarczy ciernej. Konieczność spełnienia nierówności (1) w określonych sytuacjach eksploatacyjnych (załadunek kabiny, normalna jazda, hamowanie wywołane zatrzymaniem awaryjnym), stanowi podstawę doboru odpowiednich parametrów konstrukcyjnych dźwigu oraz warunkuje jego poprawne i bezpieczne działanie. 3. OPIS STANOWISKA Schemat stanowiska badawczego służącego do oceny sprzężenia ciernego układów z pasami nośnymi przedstawia rys. 2. Tarcza cierna o wieloklinowym profilu rowka, zamocowana jest do ramy stanowiska i unieruchomiona na potrzeby przeprowadzenia ćwiczenia. Cięgno nośne (pas) jest z jednej strony obciążone ciężarkami, których masa symbolizuje przeciwwagę. Część pasa zbiegająca z drugiej strony tarczy ciernej jest nawijana na bęben przy pomocy silnika elektrycznego, który pełni rolę zmiennego obciążenia, poprzez możliwość płynnego zwiększania napięcia w cięgnie. Generowana w ten sposób siła w cięgnie odpowiada sile pochodzącej od obciążenia wywoływanego przez kabinę wraz z ładunkiem. Po obu stronach kola ciernego zamocowane są czujniki, które pozwalają określić siły występujące w pasie, a pośrednio siłę przenoszoną przez tarcie. Kąt opasania tarczy ciernej jest stały i wynosi β = 180. KOŁO CIERNE CZUJNIK SIŁY CZUJNIK SIŁY PRZECIWWAGA SILNIK KABINA Rys. 2 Schemat stanowiska badawczego. 4

5 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA W ćwiczeniu należy wykonać pomiar sił w pasie nośnym po obu stronach tarczy ciernej na stanowisku badawczym i porównać otrzymane wyniki z obliczeniami przeprowadzonymi dla linowych cięgien nośnych, dla analogicznych warunków pracy. Część obliczeniowa Dla dźwigu wyposażonego w linowy układ cięgien nośnych wyznaczyć wartości pozornego współczynnika tarcia i współczynnika udźwigu, dla określonych parametrów rowków linowych i wartości kąta opasania. W obliczeniach wziąć pod uwagę statyczne warunki pracy (załadunek dźwigu). Następnie dla określonej masy przeciwwagi wyznaczyć maksymalną masę kabiny, z którą dźwig będzie pracował prawidłowo pod względem sprzężenia ciernego. Część praktyczna - przed przystąpieniem do oceny cierności sprawdzić prawidłowość działania i ustawień stanowiska (w tym działania przycisków STOP), - ustalić czas pomiaru i włączyć rejestrację sił, - odczytać wartości sił S 1 i S 2 w warunkach obciążenia statycznego, - wyzerować wskazania czujników i ponownie uruchomić pomiar sił - uruchomić silnik, - po wystąpieniu poślizgu i zakończeniu pomiaru zatrzymać silnik, a następnie odczytać wartość maksymalną sił przed wystąpieniem poślizgu, - na podstawie zarejestrowanych w czasie pomiarów wartości sił, wyznaczyć wartości współczynnika udźwigu i pozornego współczynnika tarcia dla dźwigu z pasowym układem cięgnowym, - wykonać kolejne próby przy innej wartości obciążenia po stronie przeciwwagi. Sprawozdanie W sprawozdaniu należy zamieścić: - obliczenia teoretyczne cierności dla układu linowego, - wyniki pomiarów i obliczenia cierności dla układu pasowego, - wnioski dotyczące porównania wyników obliczeń przeprowadzonych dla lin nośnych i rzeczywistego zachowania dźwigu pracującego na pasach podczas prób, - wnioski dotyczące wpływu zmiany obciążenia po stronie przeciwwagi na uzyskiwany pozorny współczynnik tarcia oraz współczynnik udźwigu. 5

6 5. WYMAGANY ZAKRES WIADOMOŚCI OGÓLNYCH - znajomość zagadnień tarcia (ogólnie), - znajomość ogólnej budowy dźwigów elektrycznych (ciernych), - podstawowe pojęcia dotyczące dźwigów ciernych (współczynnik udźwigu, współczynnik niewyrównoważenia), - znajomość zależności Eulera Eytelweina. Ponadto obowiązuje znajomość zagadnień przedstawionych w instrukcji do ćwiczenia W5 ( Ocena sprzężenia ciernego dźwigu elektrycznego ). LITERATURA [1] Kwaśniewski, J., Dźwigi osobowe i towarowe. Budowa i eksploatacja, AGH, Kraków, [2] PN-EN 81.1:2002 Przepisy bezpieczeństwa dotyczące budowy i instalowania dźwigów. Część 1: Dźwigi elektryczne. 6