Определение коэффициента сопротивления вращению конвейерных роликов


Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана




С.Г. Гнездилов, Е.О. Быстров, А.Л. Носко


Определение коэффициента сопротивления вращению конвейерных роликов

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Машины непрерывного транспорта»









Москва
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МГТУ им. Н. Э. Баумана

2 0 14

УДК 621.867
ББК 39.9
      Г56

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/227/book552.html

Факультет «Робототехника и комплексная автоматизация» Кафедра «Подъемно-транспортные системы»
     Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного комплекса «Робототехника и комплексная автоматизация» МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний

Рецензент
канд. техн. наук Б.Н. Абрамов

    Гнездилов, С. Г.
Г56 Определение коэффициента сопротивления вращению конвейерных роликов : методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Машины непрерывного транспорта» / С. Г. Гнездилов, Е. О. Быстров, А. Л. Носко. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 9, [3] с. : ил.
         ISBN 978-5-7038-4013-9
         Представлены теоретические сведения о конвейерных роликах и даны рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу «Машины непрерывного транспорта», включающей экспериментальное определение коэффициентов сопротивления вращению образцов конвейерных роликов.
         Для студентов старших курсов, обучающихся по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и изучающих курс «Машины непрерывного транспорта».
УДК 621.867
                                                    ББК 39.9


ISBN 978-5-7038-4013-9

                                            © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014
                                            © Оформление. Издательство
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014

   Цель работы — получение навыков экспериментального определения коэффициентов сопротивления вращению конвейерных роликов.





                Краткие теоретические сведения





   Коэффициент сопротивления вращению ролика ш определяют как отношение силы сопротивления Wс к вертикальной нагрузке N, приложенной к оси ролика:


Wc



. N

(1)


Силу W: можно представить в виде суммы составляющих Wпост и Wпер, характеризующих постоянные и переменные потери:
Wс = Wпост + Wпер.
   Силу Wпост образуют потери на трение тел качения о дорожку катания и на трение между элементами уплотнения при отсутствии нагрузки N с учетом смазки, заложенной в подшипниковый узел. Сила Wпер пропорциональна нагрузке N и линейно возрастает с ее увеличением (рис. 1).


Рис. 1. График зависимости силы сопротивления от внешней нагрузки

3

   Сила сопротивления Wс зависит также от конструкции подшипниковых узлов, их приработки, технологических погрешностей изготовления элементов ролика, качества сборки и монтажа, типа уплотнения, условий работы конвейера, качества и количества смазки, температуры и др. Таким образом, с течением времени она изменяется случайным образом.




                Оборудование




   Для выполнения лабораторной работы используют:
   1) стенд для испытания роликов;
   2) образцы роликов;
   3)     записывающее устройство (блок питания; проволочные датчики сопротивления (тензорезисторы), включенные в мостовую схему; ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем);
   4) набор разновесов;
   5) грузы массой 5 кг;
   6)    измерительные инструменты (линейка, штангенциркуль, весы до 10 кг).




                Описание лабораторного стенда




   В лабораторной работе определяют коэффициенты сопротивления вращению при различных нагрузках на ролике с применением различных типов уплотнений на стенде, схема которого представлена на рис. 2.
   Ось 8 ролика 7 фиксируют в центрах передней 4 и задней 9 бабок стенда. Для обеспечения жесткой связи с патроном передней бабки ось ролика зажата винтами 3. Посредине на ролик устанавливается коромысло 6, на которое через призмы 5 подвешиваются грузы 18. Автоколебания коромысла гасит демпфер 16. Вращение вала двигателя 19 через ременную передачу 1 и шпиндель 2 передается на ось 8 ролика 7. На конце коромысла установлен выдвижной стержень 11, фиксируемый винтом 15 и связанный через нерастяжимую нить 12 и призму 13 с тензометрической балоч-кой 14, на которую наклеены тензодатчики, входящие в состав записывающего устройства 17. За отклонением коромысла можно следить по уровню 10.


4

Рис. 2. Схема лабораторного стенда:
1 — ременная передача; 2 — шпиндель; 3 — винты; 4 — передняя бабка; 5 — призмы; 6 — коромысло; 7 — ролик; 8 — ось; 9 — задняя бабка; 10 — уровень; 11 — выдвижной стержень; 12 — нерастяжимая нить; 13 — призма; 14 — тензометрическая балочка; 15 — винт; 16 — демпфер; 17 — записывающее устройство; 18 — грузы; 19 — двигатель





                Порядок выполнения работы




   1.    Определить нагрузку N на ось ролика и параметры подшипниковых узлов.
   Нагрузку N на оси ролика вычислить по формуле
N = (m вр.ч + m к + m гр) g,
где mвр.ч, mк, mгр — массы вращающейся части ролика, коромысла и грузов соответственно, кг; значения m гр следует принимать равными 0, 10, 20; g — ускорение свободного падения, м/с².
   В работе используются ролики двух конструктивных исполнений: с уплотнением в виде сальникового кольца (рис. 3, а) и с бесконтактным уплотнением и защитной шайбой (рис. 3, б).


5

а                                    б

Рис. 3. Схемы роликов опор ленточных конвейеров с сальниковым кольцом (а); с бесконтактным лабиринтным уплотнением и защитной шайбой (б)

   2.   Провести градуировку тензометрической балочки.
   После установки ролика на стенд (коромысло не связано с тензометрической балочкой) на тензометрическую балочку подвешивают чашку для грузиков, масса которой равна массе стержня (см. рис. 2). Затем в чашку укладывают грузик массой m1 (ее значение задает преподаватель, исходя из текущей настройки стенда), например 0,03 кг. До и после укладки груза в чашку выполняют кратковременную запись на записывающем устройстве.
   3.    Осуществить многократное нагружение ролика вращением его оси.
   Тензометрическую балочку после ее градуировки нерастяжимой нитью соединяют с коромыслом, а затем через равные промежутки времени выполняют серию включений (более 6 раз) двигателя стенда до завершения записи на записывающем устройстве (см. рис. 2).
   После включения двигателя под действием сил трения в подшипниковых узлах ролика, образующихся при вращении его оси, корпус (обечайка) ролика вместе с коромыслом и грузами незначительно поворачивается, вызывая изменение силового взаимодействия с упругой тензометрической балочкой. В результате отклонения коромысла происходит деформация тензометрической балочки,

6

что фиксируется записывающим устройством с применением тензодатчиков, включенных в мостовую схему, блока питания и ЭВМ со встроенным в нее аналого-цифровым преобразователем.
   Перед началом очередного включения двигателя следует дождаться полного затухания колебаний коромысла с последующим выдерживанием паузы 2-3 с.
   Результаты записи на записывающем устройстве процессов градуировки тензометрической балочки и нагружения ролика выводятся на осциллограмму, пример которой представлен на рис. 4. Для определения коэффициента сопротивления при других нагрузках на ролик, а также для других конструкций роликов изменяют количество грузов либо проводят замену ролика, выполняют новую градуировку тензометрической балочки и осуществляют нагружение ролика с записью на записывающем устройстве.

у, мм

      \                             Нагружение ролика
  Градуировка
тензометрической
     балочки

Рис. 4. Пример фрагмента осциллограммы (начало) воздействия коромысла на тензометрическую балочку

   4.   Обработка полученной осциллограммы.
   Масштаб в осциллограммы определяют по формуле
₽=mg,
ym₁

7

где ym1 — отклонение показаний записывающего устройства, вызванное приложением к тензометрической балочке грузика массой m1, м.
   При нагружении ролика вращением его оси вследствие возникающих (в подшипниковых узлах) сил трения коромысло незначительно поворачивается и система приобретает новое состояние равновесия, относительно которого совершаются ее колебания (рис. 5): коромысло, отклонившись на угол ф, приводит к изменению силы Q в пружине (соответствует тензометрической балочке, см. рис . 2) на величину AQ, которой на рис. 4 соответствует параметр Ау.

Рис. 5. Расчетная схема динамической модели лабораторного стенда

   При многократном повторении цикла нагружения ролика получают несколько значений параметра Ay, среднее которых
1 п
АУ = Ё АУг, ni=1
где Ayi — значение параметра Ау, соответствующее i-му циклу нагружения ролика; п — число циклов нагружения.
   Изменение AQ продольной силы Q в пружине (см. рис. 5), происшедшее в результате придания системе нового равновесного состояния, находят по формуле
A Q = Ау р.

8

   5.    Определить силу Wс сопротивления вращению ролика.
   В соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 5, для состояния системы, возникающего при вращении оси ролика, с учетом условия равенства моментов относительно оси O вращения ролика 2 будет справедливо следующее уравнение:

Wcr - mcglФ = AQL2.

(2)

   Поскольку отклонение коромысла незначительно, то угол ф приближенно равен нулю, а следовательно, выражение (2) примет вид

Wcr=AQL2,

откуда

Wc -=ASL.


r

где L2 — плечо коромысла, м; r — радиус действия силы Wс, м.
   Сила сопротивления вращению ролика Wс также может быть определена с применением встроенного в коромысло уровня (см. рис. 2) и набора разновесов при отсоединенной от коромысла тензометрической балочке.
   В соответствии с этим способом опыт выполняют в следующем порядке:
   1)     навешивают коромысло на закрепленный в стенде ролик. На один из концов коромысла (участок, предназначенный для закрепления грузов) навешивают баночку для грузиков. Проводят однократное кратковременное включение привода стенда. На уровне успокоившегося коромысла отмечается положение пузырька и включается электродвигатель. Сила сопротивления, образующаяся в ролике, отклонит коромысло и приведет к смещению пузырька в уровне. Далее определяют массу укладываемых в баночку грузиков, требуемых для смещения пузырька в исходное отмеченное ранее положение. Электродвигатель выключается. Этот опыт выполняют несколько раз и определяют ряд значений масс грузиков, уравновешивающих силу сопротивления в ролике;
   2)    вычисляют силу сопротивления по формуле

L1m
Wc = L² - S Gj,

rmj=1

где G’ljp — вес грузиков j-го опыта уравновешивания силы сопротивления, Н.

9

   При выполнении опытов удобнее работать с пузырьком, располагающимся посредине шкалы уровня. Сместить пузырек к центру можно, например, посредством добавления грузиков в баночку.
   6. Определить коэффициент сопротивления вращению ролика, приведенный к его радиусу.
   Для практических расчетов находят коэффициент сопротивления вращению ролика шR, приведенный к его радиусу R:

ш R

Wc r_ N R'





                Содержание отчета





   Отчет о работе должен включать:
   1)     схему лабораторного стенда, а также расчетную схему его динамической модели;
   2)    описание экспериментов и результаты их выполнения;
   3)     расчет значений коэффициента сопротивления для различных типов роликов, подверженных нагружению грузами различной массы, и результаты расчета в табличном виде;
   4)     краткие выводы и замечания о проделанной работе, а также оценку полученных значений коэффициента сопротивления;
   5)    обработанные осциллограммы.