Дослідження роботи силових поліспастів

Для визначення ККД блока установка монтується за спеціальною схемою (рис.3.1). Сім верхніх нерухомих блоків 1 закріплюються на балці і зв`язуються канатом діаметром 2,7 мм з шістьма нижніми блоками 2. Гладенький барабан 3, встановлений на підставку 4, має на ребордах пази для закріплення канату. Нижні блоки 2 закріплюються на підставці 4 за допомогою спеціальних гвинтів. Один із кінців канату 5 закріплюється на барабані 3. На вільному кінці канату, який послідовно огинає всі нижні та верхні блоки, за допомогою перехідної різьбової втулки 6 закріплюється стрижень 7 із вантажним майданчиком і вантажами 8. У розрив гілки канату 5, яка набігає на барабан, встановлюється динамометр 9 з межами вимірювання 100-1000 Н. Установка може монтуватись на блоках із підшипниками ковзання або кочення.

У першому варіанті вага вантажів не повинна перевищувати 200 Н, а в другому – 500 Н.

Для визначення ККД поліспасту установка перемонтовується за схемою рис.3.2. Вільний кінець канату від`єднується від стержня 7 і прикріплюється на реборді барабана 3 (здвоєний поліспаст) або на підставці 4 (одинарний поліспаст). Нижні блоки 2 від`єднуються від підставки 4 і закріплюються до одного з вантажів 8, який має спеціальні вушка. У розрив гілки 5 канату, яка набігає на барабан, замість динамометра з межами вимірювання 100-1000 Н встановлюється динамометр з межами вимірювання 10-100Н. В отвір вантажу 8 вставляється стержень 7, на верхній кінець якого замість різьбової втулки 6 нагвинчується гайка.

Рис. 3.1. Схема установки для визначення ККД блока, яка складається з тринадцяти блоків, що послідовно огинаються канатом

Рис. 3.2. Схема установки у вигляді поліспаста з відхиляючими блоками і «нижнім» розташуванням барабана з ручним приводом

У разі монтажу блоків з підшипниками кочення максимальна вага вантажу не повинна перевищувати 800 Н, з підшипниками ковзання – 500 Н.

Короткі відомості

Блоки служать для зміни напрямку руху канату. Рухомий блок- це блок, вісь якого пересувається в просторі (наприклад, разом з вантажем). Вісь нерухомого блока закріплена на металоконструкції і є нерухомою. Блоки виготовляють з чавуну або сталі литтям, штампуванням або зварюванням; установлюють їх, як правило, на підшипниках кочення.

Профіль жолоба блока (рис. 3.3, а) виконується відповідно до ГОСТ 24.191.05-82 так, щоб забезпечити спокійне набігання канату і виключити можливість його випадіння з жолоба блока. Кут максимального бокового відхилення напряму канату від осі жолоба блока не повинен перевищувати 6⁰ (рис.3.3, б).

Основний розмір блока - його діаметр по дну жолоба, що визначається із залежності

D_б ³ d_К × (К_б - 1), (3.1)

де d_К – діаметр канату, мм; К_б – коефіцієнт, що залежить від групи класифікації механізму, в якому встановлений блок, а також від того, яким є блок: рухомим чи нерухомим. Згідно з [1, с.34] К_б = 11¸28, причому для рухомих блоків К_б є меншим.

Блоки обладнуються пристроєм, що виключає вихід канату з рівчака блока. Проміжок між зазначеним пристроєм і ребордою блока має бути не більшим, ніж 20% від діаметра канату.

Поліспаст - це система рухомих і нерухомих блоків, які огинає гнучкий елемент (канат або ланцюг). Така система використовується для виграшу в силі (силові поліспасти) або в швидкості. Найчастіше в ВПМ використовуються силові поліспасти, основне призначення яких – зниження навантажень на канати, що призводить до зменшення потрібного діаметра канату, блоків, барабана і розмірів лебідки в цілому.

Поліспасти бувають одинарними та здвоєними. В одинарному поліспасті один кінець канату закріплений на барабані, а другий – на стрілі крана або на іншому нерухомому елементі (поліспасти з парною кратністю) або на гаковій підвісці (поліспасти з непарною кратністю).У здвоєному поліспасті обидва кінці канату закріплені на барабані, а для вирівнювання зусиль у гілках спільно працюючих поліспастів застосовують зрівняльний блок.

Здвоєні поліспасти за інших рівних умов мають більш високий ККД, забезпечують точне вертикальне переміщення вантажу (тому широко застосовуються у прольотних кранах – мостових і козлових) і дозволяють застосовувати менш міцний канат. Схеми поліспастів наведені на рис. 3.4.

а) б)

Рис. 3.3.Схема перерізу блока (а) та ілюстрація відхилення канату від осі жолобу (рівчака) блока (б)

Основна характеристика поліспаста–кратність і_п, яка характеризує виграш у силі або швидкості.

Кратність– це відношення швидкості канату , який навивається на барабан, до швидкості підіймання вантажу (рис. 3.4). Кратність можна визначити за кількістю гілок, на яких висить вантаж (для здвоєних поліспастів цю кількість треба розділити на два).

Збільшення кратності поліспаста, з одного боку, веде до зменшення габаритів або маси лебідки (менші діаметри канату, блоків, барабана, передаточне число редуктора), з іншого – збільшуються довжина канату, кількість блоків і перегинів канату на них.

Рухомі блоки поліспасту разом з гаком складають гакову підвіску - нормальну або вкорочену.Кількість блоків у підвісці - від 1 до 10. Нормальні підвіски використовуються на стрілових кранах, в електричних і ручних талях і характеризуються тим, що гак кріпиться гайкою на спеціальній траверсі. У вкорочених підвісках вісь блоків є траверсою гака (вісь рухомих блоків і вісь траверси збігаються), що істотно зменшує висоту підвіски. Такі підвіски конструктивно можуть бути виконані при парній кількості рухомих блоків і застосовуються, наприклад, на мостових кранах.

Рис. 3.4.Схеми поліспастів для виграшу в силі (одинарні та здвоєні) та схема поліспасту з гідравлічним приводом для виграшу у швидкості

Гаки підвісок повинні мати маркування та забезпечуватись застережними замками для запобігання випадіння канату. Гайка кріплення гака на траверсі стопориться від самовідгвинчування спеціальною планкою. Гак бракується, якщо: висота його перерізу зменшилась порівняно з початковою на 10% і більше; має місце вигинання гаку в небезпечних перетинах; на поверхні створилися тріщини стомленості, надриви; деформовано різьбу хвостовика гаку або гайки; гак не обертається в траверсі.

Механічні втрати на блоці характеризуються його ККД, який залежить, насамперед, від типу підшипників і виду мастила, а також, у значно меншому ступені, від жорсткості канату і кута обхвату канатом блока. ККД блоків на підшипниках кочення складає h_б=0,96...0,98, на підшипниках ковзання - h_б=0,94...0,96.У рухомих блоків ККД є вищим.

ККД блоку можна експериментально визначити із залежності:

(3.2)

де А_КОР, А_ВИК – корисна та виконана робота в процесі підіймання вантажу G(Н) за допомогою нерухомого блока і гнучкої нитки (рис. 3.5);

S – зусилля в гілці канату, до якої прикладена сила (або яка навивається на барабан), Н;

H, L_К – висота підіймання вантажу G і довжина ділянки канату, яку треба при цьому навити на барабан, м; при підійманні вантажу за допомогою нерухомого блока H = L_К.

Нагадаємо, що робота, виконана за одиницю часу – це потужність. Позначимо її через “N”. Тоді, ККД будь-якого механізму:

(3.3)

Так як втрати на одному блоці незначні, звичайно визначають величину h_S – ККД системи з 10-15 блоків (рис. 3.1), а потім розраховують усереднене значення ККД для кожного блока:

(3.4)

де n – кількість блоків у системі.

Під ККД поліспаста мають на увазі відношення зусилля у збігаючій з барабана гілці канату при нерухомому вантажу до зусилля у тій же гілці при підійманні вантажу.

(3.5)

де h_{ne – ККД} поліспастової системи, визначене експериментально;

m – кількість гілок, які навиваються на барабан;

L_K=H×i_n .

Якщо відомий ККД блока, ККД поліспастової системи можна розрахувати за формулою

(3.6)

де Z – кількість нерухомих (відхиляючих) блоків. Відхиляючі блоки не входять до складу поліспаста, “не приймають участі ” у нарощуванні кратності; вони лише забезпечують можливість встановлення барабана лебідки там, де це потрібно (зручно, безпечно і т. ін.). Наприклад, відхиляючі блоки необхідні в механізмі підіймання, якщо лебідку треба розмістити внизу, а не вгорі.

Знаючи величину ККД поліспастової системи, можна обчислити максимальне зусилля в гілці канату, яка навивається на барабан, при підійманні вантажу:

, кН, (3.7)

де М_В – маса вантажу, т.