Experimental estimate of tractive ability of belt drives with different methods of belt tensioning

Abstract

The article considers the results of experimental researches of tractive ability of belt drives with different methods for belt tensioning.

Full Text

Настоящие экспериментальные исследования проведены с целью установления рациональных норм натяжений ремней в передачах с различными способами натяжения, а именно: с натяжением ремня за счет его упругости (передача «а»); с автоматическим натяжением ремня с помощью груза и подвижного вала (передача «б»); с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным на ведомой ветви ремня (таблица 1). Передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленном на ведомой ветви ремня, исследовалась в двух вариантах – ролик внутри контура ремня (передача «в») и ролик вне контура ремня (передача «г»). Это вызвано тем, что углы обхвата шкивов в этих передачах могут отличаться весьма значительно, следовательно, различной будет и их тяговая способность. Таблица 1. Схемы передач, силы предварительного натяжения ремня и исходные соотношения натяжений ветвей ремня № пп Передача «а» с закрепленными валами Передача «б» с подвижным валом Передача «в» с натяжным роликом (ролик внутри контура ремня) Передача «г» с натяжным роликом (ролик вне контура ремня) , Н , Н , Н , Н 1 184,4 5 178,1 5 178,1 2,33 178,1 2,33 2 59,4 5 59,4 5 3 33,3 8 33,3 8 Испытания передач проведены в сравнительном варианте, т.е. исходными базовыми передачами были передачи «а» и «б», рассчитанные по ГОСТ 1284.3-96 [1]. Для них исходное значение соотношения натяжений ведущей и ведомой ветвей ремня принято равным [2, 3]. Передачи «в» и «г» испытаны с , , а также с натяжением ведомой ветви ремня , определенным по ГОСТ 1284.3-96 для передач с автоматическим натяжением, для исключения влияния центробежных сил на тяговую способность. Испытывались передачи с ремнем нормального сечения «А» длиной мм. Расчетные диаметры шкивов передач всех типов были мм. Частота вращения мин. Величину предварительного натяжения для передач «а» и «б» находим из выражения по ГОСТ 1284.3-96 для соотношения натяжений ветвей ремня : , (1) где: – коэффициент динамичности и режима работы; – номинальная мощность передачи с одним ремнем, кВт; – коэффициент, учитывающий угол обхвата на малом шкиве; – коэффициент, учитывающий длину ремня; – количество ремней в передаче; – скорость ремня, м/с; – коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил, кг/м. В передачах «в» и «г» величина предварительного натяжения должна быть иной, так как такие передачи имеют значительный запас по тяговой способности и согласно [4, 5, 6, 7] должны определяться по формуле: . (2) Здесь – число ремней в передаче. При этом рекомендуемое соотношение натяжений ветвей ремня [4, 5, 6] должно быть . Тогда формула (2) принимает вид: . (3) Для сравнения были испытаны передачи «в» и «г» с натяжением соответствующим . При этом величина предварительного натяжения определится по (2) следующим образом: . (4) Здесь принято , так как предварительное натяжение при испытаниях передач «в» и «г» устанавливалось при минимально возможном отклонении ремня от горизонтали, и начальные углы обхвата были близки к 180. Кроме изложенного для сравнения были испытаны передач «в» и «г» при натяжении ведомой ветви ремня Н, что соответствует . Все данные по и сведены в таблицу 1. При испытаниях фиксировались моменты на ведущем и ведомом валах, суммарное натяжение ветвей ремня , а также частоты вращения ведущего и ведомого валов передачи, т.е. параметры, позволяющие получить кривые скольжения и КПД передач. Все параметры фиксировались в динамическом режиме. По результатам испытаний были построены кривые скольжения и КПД всех испытуемых передач для всех режимов, приведенных в таблице 1. Кривые строились в двух вариантах: по коэффициенту тяги (рисунки 1…3) и моменту (рисунки с 4 по 6). Коэффициент тяги в процессе обработки результатов рассчитывался по формуле: . (5) Рисунок 1 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н Рисунок 2 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н Скольжение определялось по выражению: , (6) где: – передаточное отношение на холостом ходу. Рисунок 3 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н Рисунок 4 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н Кривые обозначены следующим образом: кривая КПД для передачи «а» с предварительным натяжением Н (таблица 1), построенная по моменту – ; кривая скольжения передачи «г», с натяжением Н, построенная по коэффициенту тяги – . Результаты испытаний представлены на рисунках с 1 по 6. На каждом рисунке для сравнения представлены кривые скольжения и КПД базовых передач «а» и «б» с предварительным натяжением, найденном по ГОСТ 1284.3-96, т.е. кривые , и , или , и , . Рисунок 5 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным внутри контура ремня при Н Рисунок 6 – Кривые скольжения и КПД: и – передача с натяжением ремня за счет упругости; и – передача с подвижным валом; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н; и – передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне контура ремня при Н На рисунках 2 и 5 дополнительно приведены скривые для передач «в» при двух уровнях предварительного натяжения, соответствующих и , а на рисунках 3 и 6 аналогичные для передачи «г». Из рисунка 1 видно, что, на первый взгляд, при стандартном натяжении ни одна из передач явных преимуществ не имеет, а именно, при «оптимальном» [8, 9] коэффициенте тяги (вертикальная штриховая линия) уровень скольжения и КПД практически совпадают, и лишь для передачи «в» скольжение несколько выше, однако оно не выходит за рекомендуемые значения. Кроме того, при уменьшенных значениях передачи «в» и «г» (рисунке 2 и рисунке 3) имеют более низкий КПД по сравнению с базовыми передачами, но выигрывают по величине скольжения несущественно, поскольку и у базовых передач скольжение в допустимых пределах. Существенным следует признать лишь то, что у базовых передач КПД более стабилен практически на всем диапазоне изменения коэффициента тяги , а у передач «в» и «г» он достаточно высок только при больших значениях . Если же обратиться к графикам, построенным по моменту , то картина становится явно другой. Так, из рисунка 6 видно, что передача «г» не выходит за рекомендуемые значения скольжения (3%) даже при минимальном предварительном натяжении при моменте Н.м, а у передач «а» и «б» наступает полное буксование уже при моментах Н.м и Н.м соответственно. КПД при этом у всех передач приемлемый. Значительно хуже показатели как по скольжению, так и по КПД у передачи «в» по сравнению с передачей «г» и сравнимы с передачей «а», что объясняется известным эффектом самонатяжения последней [9]. Результаты измерений углов наклона ведомой ветви ремня передач «в» и «г» на холостом ходу и под нагрузкой приведены в таблице 2. Таблица 2 Угол наклона ведомой ветви ремня № пп , Н Передача «в» с натяжным роликом (ролик внутри контура ремня) Передача «г» с натяжным роликом (ролик вне контура ремня) Холостой ход Нагрузка Холостой ход Нагрузка 1 178,1 2,33 176,73º 166,44º 176,31º 163,20º 2 59,4 5 168,91º 158,08º 169,09º 153,35º 3 33,3 8 156,39º 150,25º 154,57º 144,18º Выводы По результатам проведенных испытаний и их анализа можно сделать следующие выводы: 1. Передача с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным на ведомой ветви ремня, существенно превосходит передачу с натяжением ремня за счет его упругости и передачу с автоматическим натяжением ремня с помощью груза и подвижного вала по тяговой способности, особенно передача с роликом, расположенным вне контура ремня. Для нее может быть рекомендовано исходное отношение натяжений ветвей ремня . 2. Оценку тяговой способности по коэффициенту тяги нельзя считать универсальной для передач со всеми известными способами натяжения ремня как не отражающую их недостатки и преимущества. 3. Величину предварительного натяжения и исходное отношение натяжений ветвей ремня не следует назначать одинаковыми для передач с автоматическим натяжением подвижным роликом, установленным вне и внутри контура ремня. Необходимо провести дополнительные, более расширенные испытания, а также теоретическое исследование таких передач.