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.

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 − 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

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:

, (1.6)

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 при перемещении груза, Н∙м.

Введем постоянную механизма

, (1.7)

тогда КПД механизма при подъеме будет равен

; (1.8)

КПД механизма при опускании будет равен

. (1.9)

Порядок исследования работы самотормозящегося механизма

Подъема. Оформление отчета

1) Ознакомиться с основными теоретическими положениями, 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, замерять необходимые при этом усилия на рукоятке при подъеме F_п и опускании F_оп. Величину осевого усилия и соответствующие ему показания динамометра при сдвиге рукоятки на подъем и опускание занести в таблицу результатов замеров и вычислений (таблица 1.1). Эксперимент проводится 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 им 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 вычислить:

− 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);

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

Результаты вычислений занести в таблицу 1.1.

7) Построить графические 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 также случаи, когда процент ошибок минимален.

Таблица 1.1 − Результаты замеров и вычислений

№ экспе-римента	Результаты замеров, Н	Результаты вычислений
Q	Fп	Fоп

Контрольные вопросы

1. Как устроен и работает самотормозящийся механизм подъема (его достоинства и недостатки)?

2. Как проводится эксперимент и какие величины измеряются для определения КПД винтового механизма?

3. Как рассчитывается КПД винтового механизма при подъеме и опускании груза (формулы?)

4. Что такое эффект самоторможения и каковы условия его возникновения?

5. Как производится вывод формулы для определения теоретического КПД?

6. Как рассчитывается постоянная винтового самотормозящгося механизма подъема?

Лабораторная работа № 2