Механизм подъема. метод. указ. мех подъема. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Грузоподъемные машины

• Название: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Грузоподъемные машины
• Анкор: Механизм подъема
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 211.3 Kb.
• Имя файла: метод. указ. мех подъема.docx
• Тип: Методические указания; #315308

^{Уральский Федеральный университет имени} первого президента России Б.Н. Ельцина


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАЗГОНА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине

«Грузоподъемные машины»

Составитель: В.В. Макарова

(по методическим указаниям О.А. Лукашук)

Екатеринбург

2016

Лабораторная работа посвящена закреплению теоретических знаний о пе- реходных процессах в механизмах грузоподъемных машин и приобретению навыков экспериментального исследования с помощью тензометрической стан- ции ZET 017-T8.

Цель работы:

1. 
   закрепить теоретические знания о процессах неустановившегося движения в механизмах грузоподъемных машин;
   
2. 
   Теоретически определить время разгона и торможения при подъеме о опускании груза;
   
3. 
   сопоставить с экспериментальными значениями полученные с помо- щью тахогенератора и тензометрической станции ZET 017-T8.
   

Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:

- ознакомиться с правилами техники безопасности при работе в лаборато-

рии;

• 
  ознакомиться с методическими указаниями;
  
• 
  ознакомиться с лабораторной установкой;
  
• 
  настроить программу ZETLAB для проведения опытов;
  
• 
  произвести запись времени разгона механизма для пуска «с веса» вверх и
  

пуска «с веса» вниз;

• 
  проанализировать полученные графики сигналов;
  
• 
  определить расчетные значения с экспериментальными, определить рас- хождение, сделать объяснение расхождению;
  
• 
  оформить отчет по работе.
  

1. Общие положения

Для грузоподъемных машин характерен цикличный режим работы, при ко- тором периодически повторяются этапы: пуск (разгон), равномерное установив- шееся движение, торможение (остановка).

В период пуска и остановки движение - не установившееся. Электродвига- тели механизмов выбирают по потребной мощности для установившегося дви- жения. Однако в период пуска, кроме затрат на преодоление статических сопро- тивлений (трений), необходимы дополнительные затраты энергии для преодоле- ния инерции покоя масс груза и элементов механизма. В период пуска электро- двигатель развивает больший, чем при установившемся движении, момент. При больших и длительных перегрузках электродвигатель перегревается и может выйти из строя, поэтому необходимо проверять его работу в период неустано- вившегося движения (пуска).

Процесс торможения сопровождается возникновением динамических нагрузок. Инерцию движущихся масс в период остановки поглощает тормоз. Как правило тормоз устанавливается на быстроходном валу механизма, где тормоз- ной момент наименьший.

При расчете времени торможения его наибольшее значение получается при опускании груза, поскольку статический момент от веса груза препятствует остановке механизма. Если расчетное время торможения груза t_Tполучилось ме- нее рекомендуемого t_T = 0,2…0,8 сек., то регулировку тормоза на больший тор- мозной момент производить не нужно.

Для проведения экспериментов понадобятся:

• 
  Тахогенератор - измерительный генератор постоянного тока или пе- ременного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения ча- стоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал. Сигнал от тахогенератора поступает на тензометрическую станцию.
  
• 
  Тахометр представляет собой прибор стрелочного типа с изменяе- мым диапазоном шкалы и предназначен для определения постоянной частоты вращения вала (об/мин.). Тахометр прижимают наконечником к торцу вала и
  

удерживают в течение не более 5 сек. При этом надо зафиксировать положение стрелки. Частоту вращения следует измерять, когда она установилась постоян- ной (т.е. после разгона механизма).

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя:

- лебедку;

• 
  полиспаст;
  
• 
  крюковую подвеску;
  
• 
  набор грузов;
  
• 
  тензометрическую станцию ZET 017-T8
  
• 
  ноутбук с программным обеспечением ZETLAB;
  
• 
  тахогенератор (электромотор серии R330-09500 4.5V);
  
• 
  тахометр.
  

3. Описание тензометрической станции ZET 017-T8

Тензометрическая станция ZET 017-T8 предназначена для проведения тен- зоизмерений одновременно по нескольким каналам. Данный прибор отличается высокой точностью измерений. Имеет различные варианты подключения к ПК, а также может работать в автономном режиме. Тензометрическая станция ZET 017-T8 поставляется с программным обеспечением ZETLAB TENSO – набором программ для проведения тензоизмерений, а также множеством дополнительных функций для анализа, обработки сигналов и отображения результатов. Тен- зостанция имеет следующие функции:

• 
  преобразование сигналов от тензодатчиков;
  
• 
  отображение преобразованных сигналов входных каналов в зависи- мости от времени (режим шлейфового осциллографа);
  
• 
  параметрическое отображение сигналов в виде фигуры Лиссажу;
  
• 
  спектральный анализ входных сигналов;
  
• 
  генерация сигналов различной формы, амплитуды и частоты (для пи- тания датчиков и других целей).
  

Работа тензостанции начинается с установки тензометрического оборудо- вания и включения программы ZETLAB. Во вкладке «Отображение» открыва- ется программа «Многоканальный осциллограф». Программа предназначена для оценки формы сигнала и измерения мгновенных значений. Синхронно могут отображаться несколько сигналов, взятых в один промежуток времени, каждый в своих единицах измерения. Для сравнения сигналов их осциллограммы можно отобразить в одних осях координат. Простая и удобная система управления кур- сором и масштабирование графиков позволяет изучить изменения процесса в це- лом и детально. Через один из каналов подключаем тахогенератор (см рис. 1).

Тензометрическая станция ZET 017-T8 имеет входные каналы типа miniXLR 92М-502, при этом комплектуется кабелями для подключения тен- зодатчиков и тензорезисторов для каждого канала.


Контакты "Вход -" и "Вход +" образуют дифференциальный вход тен- зостанции, на который поступает сигнал с датчика (тензомоста). Тахогенератор подключаем к дифференциальному входу ("Вход -" и "Вход +") и заземляем, чтобы снизить возможные помехи (рис. 2).



Рис. 2. Схема подключения тахогенератор, где:

Ω – угловая скорость вращения вала тахогенератора, R_н – сопротивление нагрузки, I_я=U / R_н– ток якоря, E_я=k_eФ_вΩ - электродвижущая сила якоря тахоге- нератора, Ф_в– магнитный поток возбуждения.

Во вкладке «Сервисные» через «Диспетчер устройств» можно отредакти- ровать показатели измеряемого сигнала: название сигнала, единицу измерения, чувствительность, опорное значение, интегральный уровень сигнала, смещение.

Рис. 3. Диспетчер устройств

Для более качественного сигнала необходимо установить следующие зна- чения параметров:

• 
  чувствительность – 1 В/ед.изм;
  
• 
  единица измерения – мВ;
  
• 
  опорное значение – 0;
  
• 
  коэффициент внешнего усилителя – 1;
  
• 
  интегральный уровень сигнала – 14 мВ;
  
• 
  частота – 250 Гц;
  
• 
  интервал – 20 с;
  
• 
  обновление – 0,1 секунда.
  

С помощью масштабирования сетки графика необходимо изменить отоб- ражение сигнала тахогенератора таким образом, чтобы отклонение сигнала было достаточным для проведения соответствующих измерений.

Для получения графика преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал необходимо подсоединить тахогенератор к выходу вала двигателя и запустить установку. Через тензоста3нцию сигнал от тахогенератора поступает на ноутбук и в виде графика отображается в программе «Многоканальный осциллограф». Полученный сигнал можно остановить и сохранить для дальнейшего изучения. Этот график можно посмотреть через программу «Просмотр результатов» во вкладке «Отображение». Просмотр и обработка результатов позволяет загружать одновременно несколько файлов данных, полученных с помощью программ ZETLab, просматривать и редактировать данные в графическом и табличном виде. Просмотр результатов в программе возможен в виде графика, таблицы и статистики. Также результаты записи могут быть преобразованы в формат MS Excel (для последующей дополнительной обработки), сохранены в виде скрин- шотов, выведены на печать после подключения принтера. Печатный вариант яв- ляется предпочтительным для обработки графика и прикладывается к отчету.

4. Методика проведения эксперимента

Выполнение работы начинается с изучения методических указаний, тензо- метрической станции и конструкции тормозной установки. Затем необходимо подготовить тензостанцию (см. пункт «Описание тензометрической станции ZET 017-T8») к проведению экспериментов.

Вначале необходимо проверить величину зазоров между колодками и шки- вом в тормозе лебедки, с тем, чтобы фрикционная пара не создавала дополни- тельное сопротивление при разгоне механизма. Зазоры должны быть одинако- выми и составлять около 0,5 мм.

Далее необходимо измерить частоту вращения вала двигателя при устано- вившемся движении с помощью тахометра.

После этого проверяется работа программы по сигналу от работы тахоге- нератора на экране ноутбука: при подключении тахогенератора, вращая его, сиг- нал должен быть примерно, как на рис. 4. В этом случае при подключении тахо- генератора к механизму подъема сигнал будет отображен корректно.



Рис.4. Сигнал от работы тахогенератора
Подняв груз на небольшую высоту (порядка 100 мм), подсоединяем тахо- генератор и включаем программу «Многоканальный осциллограф», а затем ме- ханизм подъема груза. После выхода механизма на установившуюся скорость движения необходимо приостановить и сделать запись, а потом и механизм. Дан- ный опыт следует повторить не менее 3-х раз для пуска «с веса» вверх и столько же раз для пуска «с веса» вниз.

Получив график как на рис. 5, по графику определить средние значения времени разгона для каждого из случаев (направлений) разгона.



Рис.5. Сигнал при подъеме груза

Обработку осциллограмм следует проводить с учетом масштаба времени, определяя его по отметкам времени (вертикальные линии на осциллограмме) или по интервалу движения осциллограммы.

5. Исходные данные механизма:

G= 160 Н – вес крюковой подвески;

J_дв= 0,0087 кг∙м² -момент инерции ротора двигателя;

^J_ш=0,0153 кг∙м² - момент инерции шкива (муфты с тормозным шкивом);

М_ср.п=44,6 Н·м – среднепусковой момент двигателя;

^_п=0,96 – КПД полиспаста;

 _р=0,965 – КПД редуктора;

^_м=0,99 – КПД муфты.

Определение передаточных чисел полиспаста и редуктора, диаметра бара- бана и частоты вращения вала двигателя производится самостоятельно. Исполь- зуется рулетка и тахометр.

6. Определение расчетных значений времени разгона

Время разгона при пуске «с веса» вверх (на подъем) и при пуске «с веса» вниз (опускание) определяется по формулам, соответственно:

^дв^{ J}мех. р ^дв^{ J}мех. р

^tp.под

 ;

^Мср.п^{ М}ст. р

^tp.опуск

 ;

^Мср.п^{ М}ст. р

(1)

где ^_дв- номинальная угловая скорость двигателя, рад/с;

J_{мех. р} - приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы, кг∙м²;

М_ср.п- среднепусковой момент двигателя, Н·м;

М_{ст. р}- момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу двигателя, Н∙м.

Величина

^Jмех. р

равна:

^Jмех. р

 J_вр

• 
  ^Jnocm. p^{; (2)}
  

Здесь J_вр– момент инерции при разгоне всех вращающихся частей меха- низма, приведенный к валу двигателя, кг∙м²;

^Jвр

   J₁; (3)

где

  1,1...1, 2 - коэффициент учета инерции вращающихся масс, распо-

ложенных на втором, третьем и т.д. валах механизма;

J₁ - момент инерции вращающихся масс, расположенных на первом валу,

равный сумме моментов инерции ротора двигателя

^J_р.дв, муфт ^J_м, тормозного

шкива

^J_т.ши т.д., кг∙м²;

J_{пост. р}- момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей механизма (крюковая подвеска, траверса и т.п.) и груза, приведенный к валу дви- гателя, кг∙м².

^тпост^{ r2}

^Jпост. р^ ₂ <sup>б ;

U</sup>мех^{ }мех

(4)

^{где т}пост

 т_п

• 
  т_гр;
  

^т_п- масса крюковой подвески, кг;

т_гр- масса груза, кг;
^r_б- радиус барабана, измеряемый по средней линии каната, м;
^U_мех- полное передаточное число механизма (включая кратность полис- паста);

^ _мех- фактический КПД механизма, рассчитанный как произведение КПД отдельных участков кинематической цепи.

Величина

М_ср.попределяется по формуле:

^Мср.п

 М_дв.н _п.ср,

(5)

где

М_дв.н- номинальный момент двигателя, он определяется по формуле

^Мдв.н

_ ^Nдв_,

^дв
Н·м.

Здесь N_дв- номинальная мощность двигателя, Вт;

 _ср.п- кратность среднепускового момента двигателя, для двигателей с

фазным ротором значение  _ср.п

равно 1,5…1,6.

Величина определяется по формуле

_{М } G r_{б ,}

(6)

^{ст. р U}мех^{ } мех

где G- вес номинального груза и крюковой подвески, Н.

7. Оформление отчета

Отчет о проделанной работе составляется в произвольной форме один на бригаду. Отчет должен обязательно содержать: кинематическую схему меха- низма; результаты экспериментального определения времени разгона; расчетные формулы и результаты аналитического определения времени разгона; сопостав- ление эксперимента с расчетом, определение расхождения (%), анализ возмож- ных причин в случае большого расхождения.

8. Вопросы для самоконтроля

1. 
   Напишите формулу для определения времени разгона.
   
2. 
   Как определяется приведенный момент инерции механизма?
   
3. 
   Для чего используется тахогенератор?
   

4. 
   Как определить передаточное число механизма?
   
5. 
   Как определить КПД механизма?
   
6. 
   Объясните назначение всех узлов в механизме.
   
7. 
   Какова методика проведения эксперимента и обработки осцилло- грамм?
   
8. 
   Чем объясняется расхождение между экспериментальными и расчет- ными значениями времени разгона?