4.3. Учебно-исследовательские работы

Учебно-исследовательская работа - необходимый фактор подготовки студентов при написании диссертации для их квалификации на степень магистра. Привлекать студентов для исследовательской работы необходимо уже на третьем курсе. Привлечение студентов к поиску решений небольших задач стимулирует у них желание самостоятельно ставить и решать задачи, расширять круг связанных проблем, критично относиться к уже сложившимся суждениям, искать технические и теоретические пути решения задач.

Ниже приводится методика двух лабораторных работ исследовательского характера, на базе которых можно проводить опыты, отвечающие исследовательскому уровню. Выполняя подобные работы, можно получить не только конкретный результат или ответ, но и выявить некоторые тенденции и взаимозависимости различных факторов, которые не отражены в существующей технической и научной литературе

Лабораторная работа № 21 Определение нагрузок при пуске грузоподъемной лебедки

Цель работы - оценить величину динамических нагрузок при пуске грузоподъемной лебедки с асинхронным, короткозамкнутым электродвигателем.

Приборы и инструменты: лабораторный стенд «Лебедка», осциллограф лучевой К-12-22, блок балансировочный, динамометрическое кольцо с полупроводниковыми тензодатчиками, линейка инструментальная, штангенциркуль, грузы лабораторные.

Порядок выполнения работы

1. Познакомится визуальным осмотром с устройством лабораторной установки и по описанию, представленному в настоящем пособии (с. 31, 32,44). Изучить принцип действия светолучевого осциллографа и порядок его использования по инструкции, прилагаемой к осциллографу. Начертить схему лабораторной установки и измерительную схему для проведения опытов, уяснить принцип действия мостовой измерительной схемы.

2. Собрать электрическую измерительную схему и провести ее балансировку. Присоединить динамометрическое кольцо по диаметральной плоскости одной стороной к грузовой площадке специальной гайкой, а другой стороной – к грузоподъемному канату лебедки. Грузовой канат должен быть ослаблен. Подключить датчики динамометрического кольца к балансировочному блоку, а блок подключить к группе шлейфов осциллографа с помощью стандартных разъемов. Включить питание осциллографа, включить освещение первой группы шлейфов и проверить на экране осциллографа наличие двух световых пятен («зайчиков»). Если они отсутствуют, вывести их на нулевую отметку, как сказано в инструкции к осциллографу. Установить переключатель балансировочного блока на вход к стрелочным приборам для контроля питания измерительного моста и его грубой балансировки. Включить питание балансировочного блока, установить напряжение питания моста 4 вольта и произвести его предварительную балансировку ручкой «Балансировка, грубо» так, чтобы стрелка микроамперметра установилась на «0». Это говорит о том, что измерительная схема предварительно сбалансирована и в диагонали измерительного моста может течь минимальный ток. Достаточная точность балансировки проверяется отключением – включением питания измерительного моста: стрелка микроамперметра не должна отклоняться. Точную балансировку проводят по шлейфу осциллографа периодическим переключением измерительного моста на шлейф или на стрелочные указатели. «Зайчик» на экране осциллографа не должен отклоняться. Точная балансировка проводится резистором «Балансировка, точно».

3. Произвести тарировку измерительной схемы. Для этого снять зеркальный экран осциллографа и установить кассету с фотобумагой. Включить мотор осциллографа на 3…5 с для записи нулевой линии на фотобумаге. Далее поместить часть тарировочного груза (груза строго известной массы) на грузовую площадку, включить лебедку и поднять его на высоту 10…15 см над полом, выключить лебедку. Включить мотор осциллографа на 3…5 с и записать уровень нагрузки от установленного груза. После записи опустить груз на землю. Далее, помещая очередной тарировочный груз на грузовую площадку и подъем его на небольшую высоту, производят каждый раз запись уровня нагрузки. Таких уровней записи нагрузки должно быть не менее 6. Провести запись уровней нагрузки при снятии каждой части тарировочного груза до полной разгрузки грузоподъемного каната. При выполнении тарировки отмечают в специальном журнале величину установленного на грузовой площадке груза и номер записи осциллографом. Проявить фотобумагу и построить тарировочный график в координатах: «сила тяжести груза на грузовой площадке – высота ординаты на осциллограмме от нулевой линии». Если эта зависимость получается линейной, то для расшифровки используют тарировочный коэффициент с размерностью «Н/мм» для всего диапазона измерений.

4. Определить нагрузки, действующие в грузоподъемном канате в момент включения лебедки, при прямом подъеме груза непосредственно с земли и подъеме висящего на канате груза. Для этого установить на грузовую площадку испытательный груз согласно варианту задания.

Номер варианта задания	1	2	3	4
Масса испытательного груза, кг	100	150	200	250

Грузоподъемный канат должен быть ослаблен. Включить питание осцилло-графа, проверить визуально балансировку мостовой схемы, установить кассету с фотобумагой, включить мотор осциллографа, электрочасы и включить лебедку на подъем груза. Подъем произвести на высоту 0,8…1 м. Выключить лебедку и через 3-4 с вновь включить лебедку. Произвести подъем груза «с веса» на высоту 1,8…2 м. Выключить лебедку. Произвести спуск груза лебедкой на землю. Грузоподъемный канат должен быть ослаблен. Через 3…4 с выключить осциллограф и все приборы. Снять кассету и произвести проявку регистрирующей фотобумаги.

5. Расшифровать осциллограмму, т.е. найти величину усилий в грузоподъемном канате в момент начала подъема груза с земли, «с веса» с использованием тарировочного коэффициента (графика). Определить параметры лабораторной установки согласно табл. 4.21, произвести расчеты по формулам, проанализировать полученные результаты расчетов и осциллографических записей, сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.

Таблица 4.21

Но-мер п/п	Наименование параметров	Обозначение или расчетная формула	Вели-чина
1	Тип двигателя	4АС100S4	---
2	Мощность двигателя, кВт	N	3,7
3	Частота вращения вала двигателя, мин-1	n	1340
4	Номинальный момент двигателя, Н·м	Мн
5	Максимальный момент двигателя, Н·м	Мм
6	Коэффициент избыточной силы	φ = (Мм / Мн) - 1
7	Момент инерции ротора двигателя, кг·м2	Jp
8	Тип муфты	МУВП	---
9	Момент инерции муфты, кг·м2	Jм
10	Тип редуктора	РЦД-250-25-4	---
11	Передаточное число редуктора	u
12	Диаметр барабана, м	R
13	Диаметр каната, м	d
14	Разрывное усилие каната, Н	Fp
15	Кратность полиспаста	in
16	Коэффициент запаса каната	Кзап = Fp·i/Q·g
17	Окружная скорость барабана, м/с	V = π(D+d)n/60u
18	Масса вращающихся частей, приведенная к периферии барабана, кг	Mp=1,25(Jp+Jм)u2/R2
19	Масса поднимаемого груза , кг	Q
20	Масса груза, приведенная к периферии барабана, кг	mр = Q / in2
21	Коэффициент приведенных масс	Kм = mг / mг + mр
22	Расчетный динамический коэффициент	Kд = 1 +2 φ Km

Окончание табл. 4.21

Но-мер п/п	Наименование параметров	Обозначение или расчетная формула	Вели-чина
23	Масштаб усилия на осциллограмме, Н/мм	x
24	Максимальная ордината усилия на осциллограмме при подъеме с земли, мм	yз
25	Усилие в канате при подъеме с земли, Н	Fз = x·yз
26	Максимальная ордината усилия на осциллограмме при подъеме груза с «веса», мм	yc
27	Усилие в канате при подъеме «с веса», Н	Fс = x· yc
28	Ордината усилия на осциллограмме при установившемся движении, мм	ун
29	Установившееся усилие в канате, Н	Fн = x· yн
30	Коэффициент динамичности при подъеме груза «с земли» в опыте	Кдо = yз /yн
31	Коэффициент динамичности при подъеме груза «с веса» в опыте	Кдо = yc / yн
32	Время затухания колебаний динамической силы по осциллограмме, с	τ
33	Количество затухающих колебаний	z
34	Частота затухающих колебаний, гц	ν =z / τ

Контрольные вопросы

1. Начертите расчетную схему механизма подъема груза для определения возникающих при пуске динамических нагрузок.

2. Что лежит в основе правомерности замены многомассовой механической системы одномассовой?

3. Начертите и сравните пусковые характеристики асинхронных двигателей переменного тока с короткозамкнутым и с фазным ротором.

4. Какие элементы механизма подъема груза и как влияют на динамические нагрузки, возникающие при пуске?

5. Какие технические решения в механизме позволяют снизить динамические нагрузки, возникающие при его пуске?

6. Чем вызвана разница в записи осциллограмм усилий в грузоподъемном канате при подъеме груза «с земли» и при подъеме «с веса»?

7. Какие приемы работы крановщика позволяют производить подъем груза с наименьшими динамическими нагрузками?

8. Определите частоту колебаний динамической силы на осциллограмме. Какие параметры механизма определяют частоту их колебаний?