WICZENIE LABORATORYJNE NR 9. Opracowali: Wojciech Wieleba, Zbigniew Olejnik

Transkrypt

1 WICZENIE LABORATORYJNE NR 9 Opracowali: Wojciech Wieleba, Zbigniew Olejnik Temat: Badanie przekładni pasowej z pasem klinowym Uwaga: Przed przystpieniem do wiczenia naley zapozna si z ponisz instrukcj dotyczc bezpieczestwa podczas całego toku wiczenia. Falownik zasilany jest napiciem 0 V a silnik 380 V, zatem ingerencja w układy wewntrzne zarówno falownika jak i silnika moe stanowi zagroenie dla zdrowia. Podczas pracy stanowiska nie naley dotyka jakichkolwiek elementów wirujcych. Przekładnia pasowa, ze wzgldu na moliwo wcignicia luno zwisajcego ubrania czy te włosów, jest równie zagroeniem dla zdrowia obsługujcego stanowisko. 1. Wprowadzenie Duy postp w budowie przekładni pasowych powoduje, e s one obecnie czsto stosowane do przenoszenia rednich i małych mocy zarówno w napdzie głównym maszyn jak i w napdach zespołów pomocniczych. Przeniesienie ruchu i momentu obrotowego w tego typu przekładniach realizuje si przez sprzenie cierne pasa z kołem. Dua podatno samego pasa oraz specyfika sprzenia ciernego umoliwiaj łagodzenie gwałtownych zmian obcienia i zabezpieczaj zespoły układu napdowego i roboczego przed przecieniem i uszkodzeniem. Ruch przekazywany jest w sposób płynny i spokojny, przez co uzyskuje si wzgldnie cich prac. Podatne sprzenie obu kół za porednictwem pasa skutecznie chroni przed przenikaniem drga z układu napdzajcego na napdzany i na odwrót. Dodatkowymi zaletami s: swoboda w rozstawie osi kół oraz prosta konstrukcja i łatwa eksploatacja. Ponadto moliwe jest napdzanie kilku urzdze za pomoc jednej przekładni. Niestety przekładnie pasowe maj równie wady, które ograniczaj ich zastosowanie. Do takich niekorzystnych cech naley zaliczy niestało przełoenia, wyciganie si pasa w trakcie eksploatacji (konieczno regulacji nacigu), mała zwarto konstrukcji, wraliwo na warunki otoczenia (temperatura, obecno olejów i smarów) oraz nieco nisza sprawno mechaniczna ni przekładni zbatych i łacuchowych. Podstawowe wielkoci zwizane z przekładni pasow przedstawiono na rysunku 1.

2 Podstawy Konstrukcji Maszyn -- Rys. 1. Oznaczenia wielkoci charakterystycznych w przekładni pasowej. F c, F b - siły w cignie czynnym i biernym, F w - siła wypadkowa działajca na o koła, ϕ - kt odchylenia siły wypadkowej od linii łczcej osie kół, e - odsunicie sił wypadkowych oddziałujcych na osie kół, γ - kt pomidzy kierunkami działania sił w cignach, D sk1, D sk - rednice skuteczne kół napdzajcego i napdzanego, A w - odległo midzy osiami kół, β - kt opasania na mniejszym kole.. Podstawowe pojcia i wzory:.1. Siły w przekładni pasowej Siły w przekładni pasowej (rys. 1) zwizane s z siłami działajcymi w cignie czynnym i biernym a) Siła wypadkowa F w działajca na o koła Siła ta jest sum wektorów sił działajcych w cignie czynnym F c i biernym F b. Jej warto okrela wzór: F F + F + F F cos(γ ) [N] (1) w = c b c b gdzie: γ - kt pomidzy kierunkami działania sił w cignach (patrz rys.1) W badanej przekładni kt γ = 0 wobec tego siła wypadkowa w tym przypadku wynosi: F = F + F (1a) w c b b) Siła uyteczna Siła ta wie si z momentem przenoszonym przez przekładni pasow. Stanowi ona rónic pomidzy siłami w cignie czynnym F c i biernym F b. Mona j obliczy korzystajc ze wzorów : lub M F = u 1000 [N] () D F u c sk = F F [N] (3) b gdzie: M moment obciajcy koło napdzane (bierne) [Nm], D sk rednica skuteczna koła napdzanego [mm].

3 Podstawy Konstrukcji Maszyn Warunek sprzenia pasa z kołem Przeniesienie napdu w przekładniach pasowych zachodzi w wyniku sprzenia ciernego pasa z kołem. Aby sprzenie takie wystpowało musi by spełniony warunek okrelony wzorem Eulera: Fc µ ' β e (4) F b gdzie: µ ' = µ - pozorny współczynnik tarcia (dla przekładni z pasem klinowym), sin(α/) µ - współczynnik tarcia materiału pasa po kole pasowym (guma-stal: µ 0,5 0,35), α - kt rozwarcia rowka na kole pasowym (α = 3 38º), β - kt opasania na mniejszym kole [rad] (w badanej przekładni β = π [rad]).3. Polizg w przekładni pasowej Polizg w przekładni pasowej wynika przede wszystkim z właciwoci sprystych pasa. Naprenia w cignie czynnym s wiksze od napre w cignie biernym. Zmiana wartoci napre odbywa si na łuku opasania, w obszarze styku pasa z kołem. Równoczenie z napreniami zmieniaj si odkształcenia a to z kolei wie si ze zmian wydłuenia pasa. Towarzyszy temu polizg pasa na powierzchni jego styku z kołem. W konsekwencji tego zjawiska powstaje rónica pomidzy prdkoci cigna czynnego v c i prdkoci cigna biernego v b. Polizg sprysty okrela si wzorem: v c vb Dsk n ξ = 100% = 1 100% (5) vb Dsk1 n1 gdzie: D sk1, D sk - rednice skuteczne kół pasowych napdzajcego i napdzanego [mm], n 1, n - prdkoci obrotowe kół pasowych napdzajcego i napdzanego [obr/min]. Polizg sprysty wynosi zwykle od 1 do %. Powoduje on m.in. zmian przełoenia kinematycznego u e przekładni. n1 Dsk u e = = (6) n D ( 1 ξ ) sk1 Zwikszenie obcienia powoduje wzrost polizgu sprystego.po przekroczeniu wartoci granicznej obcienia, wynikajcej midzy innymi z warunku sprzenia pasa z kołem, nastpuje polizg trwały..4. Sprawno mechaniczna przekładni pasowej Sprawno przekładni pasowej jest zwizana ze stratami, jakie zachodz w wyniku polizgu pasa, jego zginania na kołach, tarcia wewntrznego oraz oporów aerodynamicznych. Sprawno przekładni mona wyznaczy dowiadczalnie korzystajc ze wzoru:

4 Podstawy Konstrukcji Maszyn -4- M n η = 100% (7) M1 n1 gdzie: M 1, M - momenty na kole napdzajcym i napdzanym [Nm]. Sprawno mechaniczna przekładni zaley midzy innymi od polizgu sprystego (rys.), obcienia przenoszonego przez przekładni (rys.3a) oraz prdkoci pasa (rys.3b). Rys.. Zaleno sprawnoci przekładni pasowej η i polizgu pasa ξ od wskanika obcienia F u /(F c +F b ) (wg. Z. Korewa i in., PKM t.iii, WNT Warszawa 1968)) Rys. 3. Wpływ obcienia przenoszonego (a) oraz prdkoci pasa v (b) na sprawno przekładni pasowej (wg. J.Shepard, S.Piderit, Plant Eng., (June 9), 1983).5. Pytania kontrolne: 1. Zalety i wady przekładni pasowych.. Omówi rozkład sił w przekładni pasowej oraz warunek sprzenia pasa z kołem. 3. Omówi pojcie polizgu i sprawnoci w przekładni pasowej.

5 Podstawy Konstrukcji Maszyn Cel wiczenia: Obserwacja zjawisk zachodzcych podczas przenoszenia napdu przez przekładni pasow, Dowiadczalne okrelenie sprawnoci przekładni w zalenoci od przenoszonej mocy dla rónych prdkoci pasa. Sporzdzenie charakterystyki przekładni (sprawno w funkcji prdkoci pasa). 4. Przebieg wiczenia 4.1. Opis stanowiska: Schemat stanowiska do badania przekładni pasowej z pasem klinowym przedstawiono na rys. 4. a) b) c) Rys. 4. Stanowisko do bada przekładni pasowej a) widok ogólny stanowiska, b) widok falownika i panelu sterowania obcieniem, c) schemat stanowiska 1 - podstawa, - silnik elektryczny, 3 - prdnica (alternator), 4 pas klinowy, 5 - kołyska silnika, 6 - kołyska prdnicy, 7 - koło pasowe napdzajce, 8 - koło pasowe napdzane, 9 - czujnik prdkoci obrotowej, 10 - pokrtło ruby zmieniajcej nacig pasa, 11 - wspornik prdnicy (z naklejonymi tensometrami), 1 - belka do pomiaru momentu na kole napdzajcym, 13 - belka do pomiaru momentu na kole napdzanym 14 - pokrtło regulacji obrotów silnika, 15 - włcznik główny w panelu sterowania obcieniem, 16 włczniki odbiorników energii elektrycznej

6 Podstawy Konstrukcji Maszyn -6- Stanowisko składa si z przekładni pasowej o przełoeniu u = 1, w której do przeniesienia napdu wykorzystano jeden pas klinowy o przekroju A. Jedno z kół pasowych (7) (napdzajce) jest osadzone na wale silnika elektrycznego () a drugie (8) (napdzane) na wale urzdzenia odbierajcego napd, czyli alternatora (3). Przekładni pasow napdza silnik elektryczny prdu zmiennego. Płynn regulacj jego prdkoci obrotowej (w zakresie od 100 do około 3500 obr/min) uzyskano dziki zastosowaniu falownika. Podczas bada mierzone s prdkoci obrotowe zarówno koła napdzajcego jak i napdzanego. Zmian mocy obciajcej badan przekładni uzyskuje si przez włczenie w obwód elektryczny alternatora kolejnych odbiorników (akumulatora oraz zespołów arówek). Odbywa si to przy pomocy włczników znajdujcych si w panelu sterowania obcieniem. Zarówno silnik jak i alternator zamocowane s na ułoyskowanych kołyskach (5, 6), których osie obrotu pokrywaj si z osiami wałów silnika i alternatora. Wychyleniu kołysek, które wynika z wystpowania na obudowach silnika i alternatora momentów reakcji, przeciwdziałaj belki (1, 13) przytwierdzone do podstawy stanowiska. Obciane belki s zginane a ich odkształcenia mierzy si za porednictwem naklejonych tensometrów. Odkształcenia te s proporcjonalne do zmiany wartoci momentów M 1 na wale silnika i M na wale alternatora. Moliwy jest zatem pomiar wartoci tych momentów podczas pracy przekładni. Siła nacigu pasa regulowana jest poprzez zmian rozstawu osi kół przekładni za pomoc mechanizmu rubowego (10). Mechanizm ten odsuwa bd przysuwa kołysk z alternatorem wzgldem silnika. Zmiany siły wypadkowej F w nacigu pasa rejestrowane s za pomoc tensometrów naklejonych na wsporniku (11) alternatora. Sygnały napiciowe uzyskiwane z układów tensometrów rejestrowane s przy pomocy karty pomiarowej zainstalowanej w komputerze IBM PC. Po zakoczeniu dowiadczenia (serii pomiarów) wyniki przesyłane s do arkusza programu MS EXCEL, w którym przeprowadzone s dalsze obliczenia. Ich rezultatem s wykresy przedstawiajce zaleno sprawnoci η przekładni oraz sił (F c, F b, F w, F u ) od momentu M obciajcego przekładni, przy ustalonej prdkoci pasa v. Wybrane dane dotyczce badanej przekładni pasowej: wymiary pasa klinowego: pas typ HA 1180 przełoenie u 1 wymiary kół pasowych: rednice skuteczne D sk1 = 137 mm, D sk = 137 mm

7 Podstawy Konstrukcji Maszyn Przeprowadzenie bada: I. Czynnoci wstpne 1. Zapozna si z budow stanowiska badawczego i z układami kontrolno-pomiarowymi.. Zanotowa parametry bada podane przez prowadzcego wiczenie i ustali odpowiedni program bada - wartoci poszczególnych parametrów bada w kolejnych pomiarach. 3. Włczy zasilanie: silnika elektrycznego (falownika), mostka tensometrycznego i komputera. 4. Uruchomi w systemie Windows program AGIMAG obsługujcy kart pomiarow oraz program MS EXCEL a w nim otworzy arkusz PKM - przekładnia pasowa, w którym opracowywane s na podstawie pomiarów wyniki bada przekładni pasowej. II. Badanie sprawnoci przekładni pasowej 1. Uruchomi silnik elektryczny i ustawi zadan warto prdkoci obrotowej n 1 pokrtłem falownika.. Po ustaleniu si wartoci momentów na wale silnika i alternatora rozpocz rejestracj pomiaru za pomoc programu AGIMAG (klikn myszk na przycisk [START] w programie AGIMAG). 3. Po upływie czasu 0 s włczy akumulator w obwód wzbudzenia alternatora za pomoc włcznika głównego znajdujcego si na płycie czołowej panela sterowania. Od tej chwili alternator zacznie wytwarza prd elektryczny natomiast akumulator stanie si odbiornikiem prdu. Dziki temu nastpi wstpne obcienie przekładni pasowej niewielkim momentem. Jego wielko zaley od warto- ci prdu ładowania akumulatora, który wynika z jego stanu technicznego oraz stopnia naładowania. 4. Zwiksza moment obciajcy przekładni w odstpach czasowych co 40 sekund tj. po upływie czasu 60 s, 100 s, 140 s i 180 s od rozpoczcia pomiaru. Zwikszanie obcienia nastpuje przez włczanie kolejnych odbiorników prdu za pomoc przełczników znajdujcych si na płycie czołowej panela sterowania. Dla kadego ustalonego momentu obciajcego przekładni wyregulowa obroty silnika tak, aby były w przyblieniu równe obrotom ustalonym na pocztku pomiarów. 5. Po upływie 00 s od rozpoczcia bada nastpuje zakoczenie rejestracji pomiarów przez program AGIMAG sygnalizowane odpowiednim komunikatem. Naley wówczas wyłczy wszystkie odbiorniki prdu. Nastpnie zatrzyma silnik elektryczny zmniejszajc jego prdko obrotow do wartoci zerowej przekrcajc odpowiednio pokrtło falownika. 6. Przesła wyniki pomiarów do arkusza programu MS Excel naciskajc klawisz F9 klawiatury komputera. 7. W arkuszu MS Excel wydrukowa wykres η = f(m ) przedstawiajcy zaleno sprawnoci η przekładni od obciajcego j momentu M rejestrowanego na wale alternatora przy ustalonej prdkoci pasa. 8. Powtarzajc czynnoci 1-7 przeprowadzi pomiary sprawnoci dla innych wariantów prdkoci pasa (prdkoci obrotowej koła napdzajcego) zgodnie z przyjtym programem bada.

8 Podstawy Konstrukcji Maszyn -8- III. Opracowanie wyników: 1. Okreli prdkoci pasa v [m/s], przy których otrzymano poszczególne wykresy η = f(m ).. Odczyta z otrzymanych wykresów η = f(m ) sprawno przekładni η dla ustalonej mocy przenoszonej przez przekładni (np. P=300 W), podanej przez prowadzcego zajcia, wykorzystujc zalenoci: N = M ω ; n ω = π Sporzdzi wykres przedstawiajcy zaleno sprawnoci η od prdkoci pasa v [m/s] przy ustalonej wartoci mocy N przenoszonej przez przekładni pasow. IV. Wnioski 1. Okreli wpływ momentu M obciajcego przekładni oraz prdkoci pasa v na sprawno η przekładni.. Wyjani otrzymane charakterystyki przedstawiajce zaleno sprawnoci od obcienia przenoszonego przez przekładni oraz prdkoci pasa. Porówna je z przebiegami teoretycznymi Literatura [1] Osiski Z. i inni, Podstawy Konstrukcji Maszym, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa [] Dietrych J., Korewa W., Kornberger Z., Kocada S., Zygmunt K., Podstawy konstrukcji maszyn, tom I, II. WNT, Warszawa, [3] Dietrich M. i inni, Podstawy Konstrukcji Maszyn, t. III, PWN Warszawa [4] Lawrowski Z. i inni, wiczenia z podstaw konstrukcji maszyn - Poradnik, Skrypt PWr., Wrocław, 198. [5] Krawiec S., Obliczenia konstrukcyjne przekładni pasowych i zbatych wspomagane komputerem, Skrypt PWr., Wrocław, 1991.