CC BY
29
УДК 621.86.065.3
Г.Ф. Прокофьев, Е.Д. Гельфанд, И.Е. Ульяновский
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова
Прокофьев Геннадий Федорович родился в 1940 г., окончил в 1964 г. Архангельский лесотехнический институт, профессор, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики и основ конструирования Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, действительный член РАЕН. Имеет более 250 печатных работ в области прикладной механики и интенсификации переработки древесины путем совершенствования лесопильного оборудования и дереворежущего инструмента. E-mail: g.prokofev@agtu.ru
Ульяновский Иван Евгеньевич родился в 1982 г., в 2007 г. окончил Архангельский государственный технический университет. Аспирант кафедры прикладной механики и основ конструирования Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Имеет 2 печатные работы в области применения газовой смазки. E-mail: i.ulyanovsky@agtu.ru
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ПОЛИСПАСТА В ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМАХ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
В статье приводится описание ленточного полиспаста, в котором в качестве блоков используются криволинейные аэростатические опоры. Приведен сравнительный анализ с канатными полиспастами.
Ключевые слова: полиспаст, лента, аэростатическая опора, канат, коэффициент трения.
В грузоподъемных механизмах лесопромышленных предприятий в качестве гибкого тягового органа в основном применяются канаты. Главное достоинство канатов -пространственная гибкость. Это обстоятельство позволяет легко создавать устройства, состоящие из свободновращающихся блоков с неподвижными в вертикальной плоскости осями (неподвижные блоки) и с подвижными осями (подвижные блоки), огибаемых канатом и служащие для выигрыша в силе (силовые полиспасты). Стальная лента по сравнению со стальным канатом имеет ряд достоинств, из которых основное - высокая долговечность. Главный недостаток ленты -гибкость только в одном направлении. При создании силового полиспаста с лентой блоки должны быть выполнены в виде невращающихся полуцилиндров, входящих один в другой. Принципиальная схема такого блока показана на рис. 1. Сила ^ необходимая для перемещения ленты, натянутой с силой Б по блоку, определяется по известной формуле Эйлера:
^ =
где - сила натяжения ветви ленты, Н;
е - основание натуральных логарифмов, е = 2,718; со - угол обхвата лентой одного блока, со = п = 3,14 рад.; /- коэффициент трения ленты по блоку. Коэффициент сопротивления блока перемещения ленты
£ = еа/.
КПД блока
Рис. 1. Блок ленточного полиспаста
КПД вращающихся блоков на подшипниках качения, огибаемых стальными канатами. Пй, = 0.97...0.98 [1]. Примем Т1Й1 = 0,98. Для того чтобы КПД невращающихся блоков, выполненных в виде полуцилиндров, был таким же как у вращающихся блоков в подшипниках качения. коэффициент трения /необходимо снизить до 0.0064. Это может быть достигнуто, если рабочие поверхности блоков выполнить в виде аэростатических опор.
На рис. 2 показан полиспаст нового типа с лентой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим [2].
Полиспаст включает подвижную и неподвижную обоймы 6, в которых установлены невращающиеся полудиски и полукольца с охватывающими друг друга рабочими поверхностями, выполненными в виде аэростатических опор. Полудиски и полукольца огибаются тяговым органом 5, выполненным в виде ленты. Обойма 6 закреплена на неподвижном основании, а на подвижной обойме 2 установлен крюк. Воздухопровод соединен отверстиями поддува с микроканавками. выполненными на рабочих поверхностях полудисков и полуколец. Один конец ленты 5 закреплен на полудиске, установленном в неподвижной обойме 6. а к другому концу ленты прикладывается тяговое усилие.
Полиспаст работает следующим образом. Груз захватывается непосредственно крюком или с помощью стропа. По воздухопроводу подается сжатый воздух в полости и через отверстия поддува поступает в микроканавки, образуя аэростатические опоры. К концу ленты 5 прикладывается тяговое усилие.
А-А
и/ и/
I I
п-
Рис. 2. Полиспасте лентой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим: 1 - крюк; 2,6- подвижная и неподвижная обоймы; 3 - полукольцо; 4 - полудиск; 5 - лента; 7- воздухопровод; 8 - микроканавка; 9-отверстие поддува; 10- полость
Лента движется по криволинейным аэростатическим опорам, выполненным на рабочих поверхностях полудисков и полуколец, перемещая подвижную обойму 2 с крюком и грузом по направлению к неподвижной обойме 6, то есть при вертикальном расположении полиспаста происходит подъем груза.
Эффективность применения полиспаста с ленточным тяговым органом и криволинейными аэростатическими направляющими определяется следующими его достоинствами: компактностью, высоким КПД, работоспособностью при высоких и низких температурах, высокой гибкостью и прочностью ленты, возможностью самоторможения при прекращении подачи воздуха и возможностью управления скоростью опускания груза за счет изменения давления воздуха, У полиспаста нового вида легче осуществить дефектоскопию грузоподъемного органа. Для строго вертикального подъема и опускания груза не требуется сдвоенного полиспаста.
Максимальное усилие в ленте, наматываемой на барабан, зависит от кратности полиспаста а Если лента при наматывании на барабан сходит с подвижного блока (как показано на рис. 2), то ап = 2 + 1 (л - число блоков).
Примем коэффициент сопротивления одинаковым для подвижного и неподвижного блоков. Имеем усилия в ветвях ленты для нижней подвески
F = Fefm 2 1 ?
t\ = F2efa = Flezfta.
Сумма проекций всех сил на вертикальную ось для нижней грузовой подвески
где О - сила натяжения ветви ленты, Н. Откуда
¿¡Л + еЯо + еуы + еГю +... + е("^])/<л) = О. Слагаемые в скобке представляют собой геометрическую прогрессию. Сумма этого ряда
Тогда имеем
Отсюда
-1
е/ю-1
F^e^-l)
/со
-1
= Q-
Q{efiü-1)
е"" -1
Усилие в ветви ленты, идущей на барабан механизма подъема груза, может быть определено по формуле
-1
КПД полиспаста можно определить из отношения полезной работы к затраченной.
Полезная работа при подъеме груза весом О на высоту Н\
А =С>Н.
пел
Если груз поднят на высоту Н, то на барабан должна быть намотана лента, натянутая с силой и имеющая длину Нап. Отсюда следует, что затрачиваемая работа при подъема груза весом О на высоту Н
F На.
Р я
Следовательно, КПД полиспаста
Как отмечалось ранее, КПД блока г|й1 = —.
Следовательно, i _ ч„
Л =-——.
I к ,., ч
Формула (1), полученная для определения КПД ленточного полиспаста, ничем не отличается от формулы для определения КПД канатного полиспаста [3].
При КПД блока на подшипниках качения канатного полиспаста т|б = 0,98 и а = 5. КПД канатного полиспаста т|и = 0,961. Используя ленточный полиспаст с лентой, движущейся по невращающимся блокам, имеющим форму полуцилиндров, рабочие поверхности которых выполнены в виде аэростатических опор, коэффициент трения между лентой и рабочей поверхностью блока может быть
уменьшен до f- 0,004. В этом случае КПД блока tu = -4— =-Ап,,.. = 0,987.
КПД 0,961 ленточного полиспаста при коэффициенте трения/= 0,004 достигается при кратности полиспаста а = 7.
Выводы
1. Показана возможность и целесообразность создания полиспаста с гибким тяговым органом в виде ленты.
2. Приведены прогнозируемые достоинства полиспаста нового типа.
3. Ведутся теоретические и экспериментальные исследования блока с рабочей поверхностью, выполненной в виде аэростатической опоры, для определения условий, при которых достигается получение коэффициента трения ленты по блоку/— 0,004.
4. Необходимо создать опытный образец ленточного полиспаста и испытать его на одном из лесопромышленных предприятий для определения его эффективности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Грузоподъемные машины: учебник для вузов / М.П. Александров, Л.Н. Колобов, Н.А. Лобов и др. М.: Машиностроение, 1986. 400 с.
2. Пат. 2124471 Российская Федерация, МПК В66Д 3/08. Полиспаст / Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин. - № 97102488/28; заявл. 20.02.97; опубл. 10.01.99, Бюл. № 1
3. Таубер Б.А. Подъемно-транспортные машины: учебник для вузов / Б. А. Таубер. 5 изд. пере-раб. и доп. М.: Экология, 1991. 528 с.
Поступила 21.02.11
G.F. Prokofiev, E.D. Gelfand, I.E. Ulyanovskiy Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov Application possibility of a band tackle block in a hoisting apparatus of wood processing machines
The paper describes a band hoist where curvilinear aerostatic bearings serve as blocks. Comparative analysis regarding cable tackle blocks has been performed.
Key words: tackle block, band, aerostatic bearing, cable, coefficient of friction.
