Зависимость статического коэффициента трения сетематериалов от угла обхвата тягового барабана механизма фрикционного типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 639.2.081.117

зависимость статического коэффициента трения сетематериалов от угла обхвата тягового барабана механизма фрикционного типа

А.А. Недоступ, Е.К. Орлов

Проведены экспериментальные исследования фрикционного взаимодействия канатно-верёвочных изделий со стальным цилиндрическим барабаном на дуге контакта с углами от 40 до 720 град. Получены новые формулы для расчета статического коэффициента трения и коэффициента дуги покоя. канатный веревочный трение барабан

статический коэффициент трения, канатно-веревочные изделия, экспериментальная установка, тензостанция, постоянное давление

Введение

В настоящее время разработана методика определения статического коэффициента трения µ_ст для сетематериалов на стальном барабане при дуге контакта, характеризуемой углом б=180є [1-3].

Выборка орудий рыболовства механизмами фрикционного типа осуществляется в интервале угла обхвата 40є1080є. Актуальным является расширение исследований статического коэффициента трения µ_ст в пределах указанного интервала.

Постановка задачи

Целью проведённых экспериментальных исследований являлось изучение статического коэффициента трения _ст канатно-веревочных изделий (КВИ) на тяговом барабане МФТ при влиянии факторов

, … (1)

где N-нормальная нагрузка; d - диаметр образцов КВИ; S₁ - натяжение набегающей ветви КВИ; S₂ - натяжение сбегающей ветви КВИ; D - диаметр втулки барабана МФТ; l - длина дуги контакта КВИ с барабаном МФТ; m - масса КВИ при W_f=1,72%; Р - вес сухих КВИ; с - плотность материала рабочей поверхности барабана МФТ; с_m - плотность материала КВИ; W_f - фактическая влажность КВИ; n - коэффициент укрута КВИ (количество круток на 1мм); SZ - направление крутки для крученых КВИ.

Материал и экспериментальная установка

Экспериментальные работы проводились с КВИ, характеристики которых приведены в табл. 1.

Таблица 1. Образцы ниток, веревок, шнуров и канатов при W_f=1,72%

Для изучения коэффициента трения при влиянии на него факторов (1) создана экспериментальная установка, состоящая из мотор-редуктора, барабана со сменными стальными втулками разных диаметров, отводящего ролика, тензостанции MIC-200 с тензодатчиками, преобразователя частоты ACS350-01E-02A4-2 и электронных весов.

Методика проведения экспериментов

Образцы КВИ исследовались на трех сменных втулках барабана D=27; 104 и 152 мм. Угол обхвата барабана МФТ составлял 40⁰?б?720⁰. Угловая скорость барабана составляла щ=0,43с^-1.

Условия проведения опытов: барабан МФТ абсолютно жесткий; поверхность барабана МФТ - обработанная сталь; пренебрегаем деформациями капроновых КВИ, вызванными их весом; пренебрегаем влиянием эксцентриситета сил трения F_п между барабаном МФТ и КВИ по отношению к оси КВИ; форма сечения КВИ в пределах дуги контакта с барабаном МФТ не изменяется.

Во всех экспериментах выполнялось условие равенства давления, т.е. p=const. При этом давление рассматривается как

, (2)

где q=N/l - нормальная нагрузка, приходящаяся на единицу длины КВИ в пределах дуги контакта; A_n=ld - номинальная площадь контакта.

В экспериментах с образцами КВИ воспроизводилось давление р = 3467,6; 6644,9; 15903,8 и 25499,8 Н/м².

При помощи тензодатчика измерялось натяжение в набегающей ветви S₁. Результаты измерений записывались тензостанцией в течение времени проведения эксперимента t. Затем изменялась масса загрузки на сбегающей ветви и эксперимент повторялся. По результатам экспериментов с КВИ строились зависимости вида S₁=f(t) (рис. 1).

С графика снималось значение S_1max . Это предельное значение S₁, при котором барабан МФТ и КВИ работают без проскальзывания.

На рис. 2 представлена зависимость S₁=f(t) для образца № 8 (D=152 мм, б=180є, р=1590,8 Н/м²), максимальное значение S_1max = 21,925 Н.

По полученным данным выполнялся расчет статического коэффициента трения µ_ст

 (3)

Результаты экспериментов

В качестве примера в табл. 2 приведены результаты обработки экспериментальных данных для образца №1 (нитка d=1мм).

Таблица 2. Результаты обработки экспериментальных данных для образца №1 (нитка d=1мм)

Аналитические выкладки

Введем силовые характеристики КВИ

, (4)

где ж₁ - напряжение в набегающей ветви; ж₂ - напряжение в сбегающей ветви; Ф - площадь поперечного сечения КВИ.

Проанализировав данные [4] по значению крутки КВИ n, аппроксимируем их зависимостью вида

. (5)

Рассмотрим безразмерное отношение нормального давления p к напряжению ж₂

, (6)

где .

Зависимость _ст=f(₂) аппроксимирована выражением (рис. 2)

, (7)

где k - размерный коэффициент, причем k=f(D), для D=152мм k=52мм, для D=104мм k=29мм и для D=27мм k=9мм.

По результатам экспериментов, статический коэффициент трения _ст определялся по выражению (3) с учетом или

. (8)

С учетом (5) и (6) приравняем (7) и (8)

. (9)

Или

. (10)

Зависимость k=f(D) для диапазона 27мм?D?152мм представим в виде

. (11)

Рис. 2. Зависимость _ст=f(₂)

¦ - нитка d=1мм (№ 1); ¦ - нитка d=2,5мм (№ 2); ^ - веревка d=3,1мм (№ 3); ? - веревка d=5мм (№ 4); _ - канат d=10мм (№ 8); - канат d=18мм (№ 9)

Подставив (11) в выражение (10), получим формулу для определения статического коэффициента трения [5]

. (12)

Аппроксимирующее выражение (12) для расчета статического коэффициента трения _ст не зависит от значения коэффициента дуги покоя c.

Значение коэффициента дуги покоя с следует находить из уравнения Эйлера, которое представлено в виде

. (13)

С учетом (12) и (13) определим значения коэффициента c при различных значениях и о₁ [6]

. (14)

Заключение

Необходимо отметить, что для различных трибопар, при различном , существует ограничение по минимальному и максимальному значениям _1min11max. В данном диапазоне происходит совместное перемещение или сцепление трибопар. Значение _1min связано с тяговыми характеристиками МФТ, и если ₁<_1min, то барабан МФТ попросту не вращается (затормаживается). При увеличении значения ₁>_1max происходит скольжение или пробуксовка трибопар, что является недопустимым при выборке орудий рыболовства барабанами МФТ, так как увеличивает их износ. На основании формулы (12) возможно рассчитать статический коэффициент трения м_ст КВИ по стальной поверхности МФТ с учетом дуги контакта с точностью 95%. Определены значения коэффициента дуги покоя c, характеризующего величину угла б_п при различных значениях и о₁. Таким образом, зная величину о₁ и _1min11max, изменяя значение угла дуги контакта б на основании выражения (12), возможно управлять статическим коэффициентом трения м_ст КВИ [7].

Список использованной литературы

1. Орлов Е.К. Исследование возможности выборки трала механизмами фрикционного типа/ Е.К. Орлов // Международная науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию Калининградского государственного технического университета: сб. тез. докл. - Калининград, 2000. - Часть I "Промрыболовство". - с.314.

2. Фёдоров С.В. Влияние реальной дуги скольжения на величину коэффициента статического трения во фрикционных устройствах рыбопромысловых судов / С.В. Фёдоров, Е.М. Зеброва // Наука и образование-2006: междунар. науч.-техн. конф. (04-12 апреля): труды,./ МГТУ. - Мурманск, 2006. - С. 1140 - 1142.

3. Розенштейн М.М. Влияние дуги обхвата и дуги трения на коэффициенты трения в трибопарах (элементы орудия рыболовства - фрикционные органы промысловых машин)/ М.М. Розенштейн, А.В. Суконнов // Рыбное хозяйство.- 2009. - №2.- С. 77-78.

4. Дверник А.В. Влияние материала траловой сети на ее гидродинамическое сопротивление/ А.В. Дверник, А.П. Забелин // Рыбное хозяйство. - 1973. - №1. - С. 55-57.

5. Недоступ А.А. Зависимость коэффициента трения капроновых, крученых КВИ / А.А. Недоступ, Е.К. Орлов // Инновации в науке и образовании-2009: VII междунар. науч. конф. (20-22 октября): труды /КГТУ. - Калининград, 2009 - С. 172-175.

6. Недоступ А.А. Влияние угла обхвата КВИ барабана МФТ на коэффициент трения. / А.А. Недоступ, Е.К. Орлов // Инновации в науке и образовании-2009: VII междунар. науч. конф. (20-22 октября): труды /КГТУ. - Калининград, 2009. - С. 1682-171.

Размещено на Allbest.ru