Способ повышения качества многослойного каната Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.86.065.3

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МНОГОСЛОЙНОГО КАНАТА

© 2007 г. С.В. Поляков

Стальной канат как гибкий элемент, способный нести высокую растягивающую нагрузку, широко применяется в современной подъемно-транспортной технике. В настоящее время одним из условий надежности при свивке каната является равномерное натяжение проволок в каждом слое [1].

Свивки многослойных канатов относится к производству стальных канатов, а именно к производству канатов, применяемых в подъемно-транспортных, шахтных установках и других устройствах [2].

При осуществлении операции натяжения проволок с помощью промышленных установок и затем свивку их слоя, канат получается свит из проволок неодинаковой длины в одном слое, вследствие несовершенства тормоза катушек, необходима настройка тормозного момента на катушках с проволоками. При свивке каната, вследствие разбега механических свойств и неравномерности технологических натяжений проволок происходит укладка их в канат с различными длинами проволок в одном слое. При этом, проволока, имеющая большое натяжение укладывается в канат с минимальной длиной и наоборот, проволока, имеющая минимальное натяжение укладывается в канат с максимальной длиной. Проволока, имеющая большую длину в сравнении с другими, при действии растягивающей нагрузки получает меньшие деформации и наоборот. При натяжении такого каната равно -действующая смещается относительно продольной оси каната, образуя при этом изгибающий момент. Поэтому такой канат при действии изгибающего момента принимает форму винтовой спирали, т.е. канат имеет дефект - волнистость (различие геометрических параметров и механических свойств винтовых элементов). Причем проволоки такого каната расположены постоянно либо на вогнутой, либо на выпуклой его сторонах.

Указанные недостатки приводят к снижению срока службы и качества спирального каната, вследствие различия длин проволок и их износа.

Для предотвращения указанных недостатков кафедрой подъемно-транспортных машин и роботов ЮРГТУ (НПИ) был разработан метод свивки спирального каната, включающий в себя следующее: с помощью прядевьющей машины [3] осуществляется свивка проволок по слоям.

Данный метод предназначен для повышения качества многослойного каната за счет того, что свивка многослойного каната включает операции свивки первого слоя проволок, и второго слоя проволок вокруг сердечника, причем при выполнении операции свивки первого слоя проволок измеряют натяжения каждой проволоки первого слоя и определяют радиальное и угловое смещение равнодействующей относительно продольной оси каната и величину изгибающего момента, причем перед свивкой второго слоя проволок каната задают натяжения каждой проволоки, и изгибающий момент равный по величине изгибающему моменту первого слоя проволок и противоположный по направлению.

Предлагаемый метод реализуется на канатовью-щей машине (рис. 1), содержащей по ходу процесса свивки: два ротора 1 и 2, в каждом из которых имеются каретки 3 с зарядными катушками 4 для проволок 5. Необходимое натяжение, сходящее с зарядной катушки 4 проволоки 5, осуществляется ленточным тормозом, состоящим из тормозного шкива 6, который огибается шнуром 7 (рис. 2).

Натяжение проволоки регулируется натяжением или ослаблением тормозного шнура 7, посредствам подпружиненного храпового механизма 8, который создает необходимый тормозной момент на катушках 4 с проволоками 5.

11

14

Рис. 1. Канатовьющая машина

Ротор 1 приводится во вращения от редуктора 9, а ротор 2 от редуктора 10, и электродвигателя 11.

Для размотки сердечника имеется отдающее устройство 12. Роторы заканчиваются обжимными устройствами 13.

4 6

Рис. 2. Ленточный тормоз

Смазочные аппараты 14 наносят смазку на поверхность свивающего слоя. Вытяжной механизм с тяговым шкивом 15 общий для обоих роторов. Укладочный механизм 16 и приемный 17 также общие.

Свивка многослойного каната осуществляется следующим образом.

После заправки ротора 1 канатовьющей машины катушками 4 с проволоками 5, выполняются операции создания тормозного момента на катушках 4 и соот-

ветственно натяжение проволок 5 первого слоя каната. С помощью динамометра (на чертеже условно не показано) определяют натяжение каждой проволоки 5 первого слоя каната и по общеизвестным формулам определяют координаты смещения равнодействующей натяжения проволок 5 первого слоя (рис. 3):

_Р\прех\ + Р2прех2 + Р3прех3 + Р4прех4 + Р5прех5 + Р6прех6 .

У P

Lu i.i

(1)

^ =

рпр еу1 + Р2пр еу 2 + ^Зпр еу 3 + Р4пр еу 4 + P5 пр еу 5 + ^бпр еу 6

У P

Lu i.r

(2)

а также величину изгибающего момента первого слоя

.1 = X Р г.пр^'

М и

и величину углового смещения —=

е

+ ^ 2

(3)

Ус

рпр ех1 + Р2пр ех 2 + Р3пр ех 3 + P4 пр ех 4 + Р5пр ех 5 + P6 пр ех 6 Р1пр еу1 + Р2пр еу 2 + ^Зпр еу 3 + Р4пр еу 4 + Р5преу 5 + Р6пр еу 6

(4)

X.

Рис. 3. Смещение равнодействующей первого слоя проволок относительно продольной оси каната

где е x

- смещение равнодействующей в первом

слое относительно оси X и У; е ^, е ^ - координаты

проволок каната относительно оси Х и У; р

г.пр

- на-

тяжение I проволоки первого слоя каната; е1 - смещение равнодействующей натяжений проволок 1-го слоя; ф - полярный угол (угловое смещение) [4];

X Рг.пр - суммарное значение равнодействующей

натяжения проволок 1-го слоя.

После чего выполняют операции натяжения проволок во втором слое каната путем настройки тормозного момента на катушках 4 посредством ленточного тормоза и соответственно натяжения проволок 5 (см. рис. 2) таким образом, чтобы создаваемый изгибающий момент был равный по величине изгибающему моменту первого слоя проволок и противоположный по направлению. Для чего используют величину углового смещения определяемого по формуле (4) (см. рис. 3) [4, 5].

Предлагаемый метод повышения качества многослойного каната позволит улучшить качество многослойных канатов, а также предотвратить возникновения дефекта - волнистость.

Испытания, проведенные при свивки спирального каната диаметром 10 мм, реализуемого предлагаемым методом на канатовьющей машине, показали, что при создании изгибающего момента во втором слое каната, равного по величине изгибающему моменту первого слоя проволок и противоположного по направлению, можно предотвратить появления дефекта волнистость (различие геометрических параметров и механических свойств винтовых элементов).

Литература

1. Глушко М.Ф. Стальные подъемные канаты. - Киев: Техника, 1966. - 327 с.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. -М.: Высшая школа, 1979. - 558 с.

3. Букштейн М.А. Производство стальных канатов. -М.: Металлургия, 1963. - С. 145 - 147.

4. Хальфин М.Н. Расчет стальных канатов с целью различия

геометрических параметров и механических свойств проволок // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Безопасность подъемно-транспортных и технологических машин. -2005. Спецвып. - С. 5 - 12.

5. Королев В.Д. Канатное производство. М.: Металлургия, 1980. - С. 95 - 96.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

7 сентября 2006 г.

УДК 621.833.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПЛАНЕТАРНОГО ЗУБЧАТО-РОЛИКОВОГО РЕДУКТОРА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-КУЛАЧКОВОГО ТИПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

© 2007 г. С.О. Киреев, Ю.В. Ершов, Н.И. Ковалёва

Коэффициент полезного действия (КПД) является важным технико-экономическим параметром передачи, который используется для определения необходимой мощности приводного двигателя, учета расхода энергии в приводе, выбора количества смазки и системы охлаждения передачи. Кроме того, величина КПД свидетельствует о совершенстве конструкции передачи, а также необходима при расчете зубчатых передач на прочность, изнашивание и заедание.

Традиционный подход к определению КПД планетарных механизмов [1], основанный на методе обращенного движения (остановки водила), не является единственно возможным и, наряду с очевидными преимуществами, имеет ряд недостатков. При использовании значений КПД обращенных механизмов в недостаточной степени учитывается топология реальных передач и не обеспечивается универсальность получаемых выражений, в то время как, при неизменной структуре одного и того же планетарного дифференциала, из него могут быть получены различные схемы редукторов и мультипликаторов путем оста-

новки или дефиксации тех или иных звеньев. Таким образом, желательно данную инвариантность структурной схемы отразить и в выражении для такого глобального показателя качества механизма как КПД.

Эта постановка задачи требует использования наиболее общих методов анализа механических систем с точки зрения баланса дезинтегрируемой энергии. Этим методам в наибольшей степени отвечает представление объекта в виде кибернетического понятия «черного ящика» и отражение топологических особенностей системы с помощью графов, которые в настоящее время широко используются в качестве структурных моделей физических систем, допускающих идеализированное представление в виде схем с сосредоточенными компонентами [2]. Путь к такой модели лежит через идеализацию системы (схема) и ее абстрагирование (полюсный граф), при этом кинематические пары (КП), входящие в состав механизма, могут быть представлены в виде «черных ящиков», на вход которых подается работа Авх, а на выходе снимается работа Авых, что идентично представлению этих