3 Исследование кратного полиспаста
Лабораторная работа № 3
Цель работы: Изучить работу кратного полиспаста, научиться определять его КПД.
3.1 Классификация и описание полиспастов грузоподъемных машин
Полиспаст − слово греческое, означает "натягиваемый многими канатами". Это устройство для подъема или перемещения грузов посредством гибкой связи, многократно огибающей подвижные и неподвижные блоки.
Блоки широко распространены в конструкциях различных подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных машин и используются как самостоятельные устройства для подъема грузов. Подразделяются на подвижные (направляющие), применяемые для изменения направления движения канатов или цепей, и подвижные, применяемые для выигрыша в силе или скорости.
При набегании на блок гибкий орган (канат или цепь) должен быть согнут, а при сбегании разогнут. Возникающее при этом сопротивление обусловлено жесткостью рабочего органа. Работа, затрачиваемая на преодоление жесткости каната при обегании им блока, будет расходоваться на деформацию и внутреннее трение при сдвиге проволок и прядей каната. Обычно потери на преодоление жесткости каната на блоке не превышают 1,5% натяжения каната и не зависят от направления вращения блока.
Суммарное сопротивление вращению блока слагается из сопротивления, обусловленного жесткостью каната, и сопротивления возникающего от трения в подшипниках, и оценивается коэффициентом сопротивления блока ε, который показывает, во сколько раз возрастает усилие в гибком органе после прохождения его через блок. Коэффициент сопротивления блока равен отношению усилия в сбегающей и набегающей ветвях гибкого органа.
Коэффициент полезного действия неподвижного блока ηбл − величина, обратная коэффициенту сопротивления ε. Оба коэффициента зависят от типа гибкого органа, отношения диаметров блока и цапфы его оси, угла обхвата канатом α и типа подшипников. Согласно опытным данным при стальном канате можно считать, что они в среднем равны (таблица 3.1).
Таблица 3.1 − Коэффициент сопротивления и КПД блока в зависимости от угла обхвата блока стальным канатом
|
При подшипниках скольжения |
При подшипниках качения |
||||||
α |
180° |
90° |
45° |
15° |
180° |
90° |
45° |
15° |
ε |
1,05 |
1,04 |
1,025 |
1,015 |
1,02 |
1,015 |
1,013 |
1,010 |
ηбл |
0,95 |
0,96 |
0,975 |
0,985 |
0,98 |
0,985 |
0,987 |
0,99 |
В
подъемно-транспортных машинах полиспасты
используются для выигрыша в силе, в этом
случае их называют полиспастами прямого
действия. Изменение мест действующей
силы и преодолеваемого сопротивления
обращает полиспаст и переводит его в
полиспаст обратного действия, при этом
обеспечивается выигрыш в скорости.
В зависимости от схемы, последовательности огибания гибким органом блоков, закрепления концов гибкого органа различают полиспасты (рисунок 3.1): кратный простой, степенной, дифференциальный и кратный сдвоенный.
В подъемно-транспортных машинах в основном применяют кратные полиспасты, представляющие собой сочетание вращающихся подвижных и неподвижных блоков, которые огибаются одним тяговым органом.
Подвижные и неподвижные блоки группируются, образуя подвижную 1 и неподвижную 2 обоймы полиспаста. Один конец гибкого органа может закрепляться на любой из этих обойм, другой, как правило, закрепляется на барабане лебедки.
Кратностью полиспаста, или его передаточным числом, называется характеристика, определяемая в полиспасте прямого действия (при выигрыше в силе) отношением скорости каната, уходящего на барабан к скорости подъема груза. На практике удобнее и проще кратность полиспаста определять отношением числа несущих ветвей zн к числу ветвей идущих через направляющие блоки или непосредственно на барабан zб
. (3.1)
Кратность полиспаста на рисунке 3.1,а соответственно равна четырем, так как вес груза распределяется на четыре несущих ветви, а на барабан с полиспаста уходит одна ветвь.
Таким образом, для одинарного полиспаста кратность равна числу несущих ветвей. При обратном действии того же полиспаста (с целью получения выигрыша в скорости) кратность его остается прежней, не изменяется.
При расположении барабана вверху, как это выполнено в электроталях, тележках мостовых и козловых кранов, для исключения бокового смещения крюковой подвески с грузом при подъеме и опускании применяют сдвоенные кратные полиспасты (рисунок 3.1,г). Сдвоенный полиспаст следует рассматривать как два одинарных с половинной нагрузкой на каждый, считая, что уравнительный блок 3 является как бы местом крепления середины каната. Кратность сдвоенного полиспаста равна отношению несущих ветвей к числу ветвей, уходящих на барабан, на рисунке 3.1,г соответственно двум. На барабан у сдвоенного полиспаста набегают две ветви каната, а уравнительный блок обеспечивает выравнивание натяжений в них. При работе уравнительный блок не вращается, а только изредка, дополнительно поворачивается, выравнивая усилия в ветвях каната.
Диаметры барабана и вращающихся блоков для обеспечения требуемой долговечности должны быть не менее
,
где D − диаметр барабана или вращающегося блока, измеренный по оси навитого каната; d − диаметр каната; e − коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины, вида привода и группы режима работы, принимаемый по нормам Ростехнадзора.
Диаметр уравнительного блока, так как он не вращается, разрешается принимать на 20...40 % меньше
.
При необходимости получения большого выигрыша в силе при меньшем числе блоков применяют степенные полиспасты (рисунок 3.1,б), которые представляют последовательно работающие подвижные блоки 4. Степенной полиспаст обеспечивает выигрыш в силе (кратность) u=2n, где n − число подвижных блоков, но обладает повышенной строительной высотой, поэтому в грузоподъемных кранах не применяется. На электрофицированных участках железных дорог он используется для натяжения несущего провода, к которому подвешивается контактный провод.