1.2 Установка для исследования работы самотормозящегося механизма подъема

Для исследования зависимости между КПД самотормозящегося механизма подъема при прямом и обратном его действии воспользуемся установкой изображенной на рисунке 1.1.

1 − Рама; 2 − корпус домкрата; 3 − гайка; 4 − винт; 5 − рукоять; 6 − пружина; 7 − циферблат силоизмерительного устройства; 8 − толкатель; 9 − стрелка

Рисунок 1.1 − Схема установки для исследования самотормозящегося механизма подъема

Установка состоит из жесткой рамы 1, в которой установлен корпус винтового домкрата 2. Гайка 3 закреплена на корпус домкрата, винт 4 вращается рукояткой 5, снабженной трещоткой. Нагрузка на винт домкрата непостоянна, так как создается за счет сжатия пружины 6. Усилие сжатия пружины фиксируется с помощью силоизмерительного устройства 7, расположенного на раме.

При выдвижении винта пружина сжимается, толкатель 8, перемещаясь вверх, поворачивает стрелку 9 силоизмерительного устройства. Шкала циферблата силоизмерительного устройства проградуирована в соответствии с жесткостью установленной пружины.

Установка позволяет получить опытные точки кривых непрерывных функций и .

1.3 Вывод формул для исследования работы самотормозящегося механизма подъема

При осевой нагрузке на винт появляется действующий на него вращающий момент M, который меньше момента трения M_тр. Для равномерного движения к винту относительно оси должен быть приложен дополнительный момент, обеспечивающий условие равновесия

− при подъеме; (1.4)

− при опускании. (1.5)

где F_п − усилие на рукоятке при подъеме; F_oп − усилие на рукоятке при опускании.

КПД механизма при подъеме составит

,

где Q − осевая нагрузка на винт, Н; h − ход винта, мм; L − плечо рукоятки, мм; Qh − полезная работа при вертикальном перемещении груза, Н∙м; 2πF_пL − затраченная работа при вращательном движении рукоятки перемещении груза, Н∙м

Введем постоянную механизма

, (1.7)

тогда КПД механизма при подъеме будет равен

, (1.8)

Подстановкой зависимости (1.8) в формулу (1.6) получим КПД механизма при опускании.

. (1.9)

1.4 Порядок исследования работы самотормозящегося механизма подъема

1) Ознакомиться с основными положениями устройства, работой и применением самотормозящихся механизмов подъема (п.1.1).

2) Ознакомиться с лабораторной установкой, и начертить ее схему (рисунок 1.1) с кратким пояснением (п.1.2). Полностью описать конструкцию и работу установки самотормозящегося механизма подъема. Указать цену деления шкалы циферблата силоизмерительного устройства, ход винта h, длину рукоятки домкрата L, максимальную допустимую нагрузку на домкрат.

3) Произвести запись вывода расчетных формул (п. 1.3).

4) Посчитать постоянную механизма с по формуле 1.7.

5) Нагружая винт силой Q за счет выворачивания винта из гайки, замеряем необходимые при этом усилия на рукоятке при подъеме F_п и опускании F_оп. Величина осевого усилия и соответствующие ему показания динамометра при сдвиге рукоятки на подъем и опускание заносятся в таблицу результатов замеров и вычислений (таблица 1.1). Эксперимент проводиться 8 − 10 раз. Осевые нагрузки рекомендуется менять ступенчато через 500 или 1000 Н, поджимая пружину. На соответствующую осадку. Ввиду несовершенства силоизмерительного устройства и больших относительных погрешностей, делаемых ими при малых нагрузках, рекомендуется проводить эксперимент в диапазоне нагрузок от 5000 до 12000 Н. При более высоких нагрузках оканчивается прямолинейный участок рабочей характеристики пружины, создающей осевую нагрузку на винт, и результаты эксперимента будут неточными.

Выполнить краткое описание опыта.

6) По результатам экспериментов вычисляются:

− КПД механизма при использовании его в прямом направлении (подъем) по формуле (1.8);

− КПД механизма при использовании его в обратном направлении (спуск) по формуле (1.9);

− и теоретическая величина КПД при обратном действии механизма по формуле (1.3).

Результаты вычислений заносятся в таблицу 1.1.

7) Строятся зависимости трех КПД механизма (η, η', η_теор) от осевой нагрузки на винт.

8) На основании полученных результатов дать заключение о причинах изменений исследуемых величин, расхождения опытных и теоретических результатов и величине ошибки при этом. Указать область экономичных нагрузок, а так же случаи, когда процент ошибок минимален.

Таблица 1.1 − Результаты замеров и вычислений

№ экспе-римента	Результаты замеров, Н			Результаты вычислений
	Q	Fп	Fоп
1
2
3
4
5

Примечания.

1. Разберем формулу (1.3) при А = А'

из формулы (1.1) следует, что .

из формулы (1.2) следует, что

приравняем (1.1).и (1.2), сделаем преобразование и выразим η^'

или формула (1.3).

Посчитаем формулу (1.3) при η≤0,5 (например при η=0,5; 0,4; 0,3; 0,2)

.

Значения КПД: равные 0, отрицательные, и тем более меньшие (-1) свидетельствуют о невозможности движения, об наличии эффекта самоторможения.

Посчитаем формулу (1.3) при η>0,5 (например при η=0,6; 0,7; 0,8; 0,9)

.

Значения КПД большие 0, свидетельствуют о возможности движения, об отсутствии эффекта самоторможения.

2.Решим систему уравнений (1.4) и (1.5) и получим КПД

формула (1.6)

3. Подставим зависимость (1.7) в формулу (1.6) и получим КПД механизма при опускании.

формула (1.8)

Данные для эксперимента:

Длина рукоятки домкрата 300 мм;

Шаг резьбы винта 3 мм (24 витка на 72 мм длины винта)

Диаметр полости пневмоциллиндра 50 мм=0,05 м;

Площадь сечения полости пневмоцилиндра 3,15∙0,05²=0,00785 м²;

Шкала делений циферблата манометра 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 кгс/м² (для перевода в Па умножить на 98000);

Постоянная механизма .

№ опыта	Деления	Давление, кгс/м^2	Давление, Па	Нагрузка, Н	Усилие, кг
1
2
3

Если дополнительный момент, обеспечивающий условие равновесия при опускании в формуле (1.5) будет определяться по выражению с расположением η' в знаменателе

тогда КПД механизма при опускании будет равен данная формула справедлива для принципа движения вниз не под действием веса груза, а под действием прикладываемого к рукоятке усилия.

(0,329; 0,431; 0,468) значения в скобках больше чем КПД при подъеме, что объясняется меньшими силами трения чем при подъеме