Badania pasowego układu cięgnowego dźwigu

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
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
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 EuleraEytelweina, która
pozwala określić maksymalną możliwą w danych
warunkach
nierównomierność obciążenia po obu stronach koła ciernego. Zależność ta ma postać:
S1
≤ e fα
S2
(1)
gdzie: S1, S2 – 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 efα określane jest mianem współczynnika
udźwigu. Zwiększenie jego wartości powoduje wzrost wartości siły przenoszonej przez koło
3
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
SILNIK
KABINA
PRZECIWWAGA
Rys. 2 – Schemat stanowiska badawczego.
4
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 S1 i S2 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
5. WYMAGANY ZAKRES WIADOMOŚCI OGÓLNYCH
- znajomość zagadnień tarcia (ogólnie),
- znajomość ogólnej budowy dźwigów elektrycznych (ciernych),
-
podstawowe pojęcia dotyczące
współczynnik niewyrównoważenia),
dźwigów
ciernych
(współczynnik
udźwigu,
- 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, 2004.
[2] PN-EN 81.1:2002 „Przepisy bezpieczeństwa dotyczące budowy i instalowania
dźwigów. Część 1: Dźwigi elektryczne”.
6