Методические указания к выполнению практической работы для студентов

1. К выполнению практической работы необходимо подготовиться до начала учебного занятия.

2. При подготовке к практической работе используйте рекомендованную литературу, предложенную в данных методических указаниях, конспекты лекций.

3. К выполнению работы допускаются студенты, освоившие необходимый теоретический материал.

4. Выполняя практические задания, пишите орфографически и стилистически грамотно, четко и кратко в рабочей тетради по практическим работам.

5. По окончании выполнения практической работы проверьте себя, ответив на контрольные вопросы для самопроверки.

6. Если практическая работа не сдана в указанные сроки (до выполнения следующей практической работы) по неуважительной причине, оценка снижается.

Практическая работа № 1

Тема:	Выбор стального каната и проверка его на прочность
Цель работы:	Освоить правила выбора по справочным данным стального каната для заданной грузоподъемности; научиться проверять стальной канат на прочность. В результате выполнения практической работы студенты должны уметь: - выполнять производственные расчеты ; - читать кинематические схемы механизмов; - работать с документацией, справочной литературой и другими информационными источниками; - анализировать и оценивать состояние техники безопасности на производственном участке; должны знать: - устройство и принцип работы обслуживаемого оборудования; - основные характеристики оборудования; - требования стандартов и технических условий.
Приборы, материалы и инструмент
Порядок выполнения практической работы	Усвоить теоретический материал по теме: «Шихтовые материалы сталеплавильного производства». Ответить на контрольные вопросы для самопроверки. Выполнить и записать задания практической работы в тетрадь по практическим работам. Сдать выполненную практическую работу на проверку преподавателю.

Теоретическая часть

В большинстве современных грузоподъемных машин и механизмов в качестве основного элемента применяют гибкие несущие (тяговые) органы, которые предназначены для преобразования вращательного движения барабана подъемной машины в поступательное движение перемещаемого груза или для соединения последнего с грузозахватным органом машины. В качестве гибких органов применяют стальные проволочные канаты, сварные и пластинчатые цепи. Стальные канаты менее трудоемки в изготовлении, имеют высокую удельную несущую способность и гибкость, существенно удобнее в работе, а их долговечность выше, чем у грузовых круглозвенных сварных стальных цепей.

Стальной проволочный канат работает практически бесшумно, сглаживает динамические нагрузки и обладает большей надежностью, так как разрушение происходит не внезапно, как у цепи, а число оборванных проволок нарастает постепенно, что позволяет следить за состоянием стального каната и выбраковывать его задолго до обрыва. Кроме того, себестоимость изготовления стальных канатов в 8…10 раз ниже себестоимости грузовых сварных цепей.

Стальной канат состоит из определенного количества проволок, как правило, круглых, диаметром 0,1…2,0 мм, получаемых волочением. Материал каната – специальная высокоуглеродистая катаная сталь марок: Сталь 60, Сталь 80 по ГОСТ 105-74, перевитых между собой и образующих элемент каната - прядь. Несколько прядей, также перевитых между собой и расположенных на центральном сердечнике, образуют собственно канат. Сердечники каната могут изготавливаться из пеньки, если канат работает в нормальных температурных условиях. При эксплуатации в горячих цехах – применяется асбест, а в некоторых случаях сердечник может быть металлическим.

При работе на открытом воздухе и в сырых помещениях применяются канаты из оцинкованной в горячем состоянии стальной проволоки. При работе в особо активных коррозионных средах, применяют канаты со специальным покрытием. Также специальная обработка канатной проволоки обеспечивает ее высокие механические свойства.

В зависимости от количества проволок в пряди, прядей в канате, их конструкции и формы, сочетания направлений свивки элементов каната, наличия и типа сердечника, а также других факторов, возможны самые различные конструктивные формы стальных проволочных канатов.

Современные канаты имеют высокую агрегатную прочность каната в целом при малом диаметре, минимальную жесткость при изгибе, достаточную долговечность и высокую стойкость против коррозии и кручения под действием растягивающей нагрузки.

К недостаткам стальных канатов следует отнести относительно небольшой срок службы, кручение и упругое удлинение под действием приложенной нагрузки, а также увеличение их длины (вытяжку) в процессе эксплуатации.

Стальные канаты выбирают в зависимости от разрушающей нагрузки и предела прочности каната. Значения суммарных внутренних напряжений, возникающих в проволоках каната от прилагаемой нагрузки, зависят от многих факторов и их сочетаний: величины и характера приложения нагрузки, диаметра и конструкции каната, диаметра проволок, числа прядей и углов их свивки, типа и качества свивки каната, материала сердечника и покрытия проволок, конструкции и размеров блоков (барабанов) и многих др., т. е. определение суммарных напряжений представляет собой многофакторную задачу. На основе многочисленных исследований были выявлены основные факторы, которыми являются рабочая нагрузка на канат и отношение диаметров блока (барабана) и каната и для которых правилами регламентированы соответствующие расчетные нормы. В общем случае для выбора каната необходимо определить расчетное разрывное усилие на одну ветвь каната:

S_1p =k₃·S₁, н_,

где k₃ - коэффициент запаса прочности каната, принимаемый в зависимости от условий (режима) работы. Для легкого режима k₃=5; для среднего режима k₃=5,5 и для тяжелого режима k₃=6.

S₁ – наибольшее рабочее усилие натяжения одной ветви каната в н.

По найденному значению S_1p выбирается подходящий по табличному разрывному усилию и конструкции канат.

Для механизмов подъема кранов рекомендуется следующий порядок выбора стальных проволочных канатов.

По заданной грузоподъемности, пользуясь таблицей 1, выбирают систему подвески груза. Затем определяют максимальное усилие на одну несущую ветвь каната по формуле:

S₁= ((Q+G)·10)/(Z_k·η_n), н,

где S₁ – максимальное усилие на одну несущую ветвь каната в н;

Q – заданная масса грузоподъемности в кг;

G – масса крюковой подвески в кг;

Z_k – принятое число несущих ветвей каната (выбирается из таблицы 1);

η_n – кпд сдвоенного полиспаста с учетом жесткости каната (выбирается по таблице 2).

По разрывному усилию выбирают канат нужной конструкции, при этом расчетное разрывное усилие не должно превышать разрывного усилия каната.

Таблица 1 Характеристика полиспастов мостовых электрических кранов

Грузоподъемность, в т.	Количество несущих ветвей каната		Грузоподъемность, в т.	Количество несущих ветвей каната
	Главный подъем	Вспомогательный подъем		Главный подъем	Вспомогательный подъем
5 10	4 4	- -	50 10	10	4
15 3	6	2	75 15	8	6
20 5	8	4	100 20	10	8
30 10	6	4	125 20	12	8

Таблица 2 Коэффициенты полезного действия сдвоенных полиспастов

Число несущих ветвей	Количество вращающихся блоков	Кратность полиспаста Kn	К.П.Д.
			подшипников качения	подшипников скольжения
4	2	2	0,98	0,94
6	4	3	0,96	0,92
8	6	4	0,94	0,90
10	8	5	0,92	0,88
12	10	6	0,91	0,85
Примечание. Кратность полиспаста Kn называется отношение числа несущих ветвей каната Zk к числу ветвей, сходящих с барабана Zб, Kn= Zk/ Zб.

Рисунок 1 - Кинематические схемы подвески груза: а – на четырех ветвях ; б – на шести ветвях.

Пример. Выбрать стальной проволочный канат для механизма подъема крюковой тележки мостового электрического крана, у которого грузоподъемность Q=15 тонн, масса подвески G=300 кг, режим работы - средний, блоки смонтированы на подшипниках качения.

Решение:

1) По таблице 1 выбираем число несущих ветвей Z_k =6, для грузоподъемности Q=15 тонн.

2) По таблице 2 выбираем кпд полиспаста η_n =0,96.

3) В связи со средним режимом работы выбираем коэффициент запаса прочности k_з=5,5.

4) Рассчитываем максимальное усилие на одну ветвь каната:

S₁=((Q+G)·10)/(Z_k·η_n)=((15000+300)·10)/(6·0,96)=26560 н.

5) Расчетное разрывное усилие:

S_1p =k₃S₁=5,5·26560=146080 н.

6) По таблицам приложения выбираем канат типа ЛК-Р 6×19+1_ос с разрывным усилием 150500 н, диаметр каната d_k=16,5 мм.

7) Определяем действительный запас прочности каната:

k_з=(S_разр·Z_k·η_n)/((Q+G) ·10)= (150500·6·0,96)/((15000+300) ·10)=5,66.

Приложение 1