background image

Politechnika Warszawska 

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych 

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich 

 

 
 
 
 
 
 
 

Laboratorium Dźwignic 

 
 
 
 

 
 

Ćwiczenie D5 

 

Ocena sprzężenia ciernego dźwigu elektrycznego 

 

 

Wersja robocza 

Tylko do użytku wewnętrznego SiMR PW 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Opracowanie: 

  

Dr inż. Artur Jankowiak 

 
 

 
 
 
 
 
 

Warszawa 2010 

Wszelkie prawa zastrzeżone 

 

background image

 

1. CEL ĆWICZENIA 
 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  studentów  z  zagadnieniami  sprzężenia  ciernego 

w  mechanizmach  podnoszenia.  W  ćwiczeniu  studenci  dokonują  oceny  sprzężenia 
ciernego na przykładzie modelu dźwigu elektrycznego. 

 

2. WPROWADZENIE  

Dźwigiem  jest  urządzenie  podnoszące  zainstalowane  na  stałe,  obsługujące  ustalone 

poziomy, posiadające kabinę, która z racji swoich wymiarów i konstrukcji jest dostępna dla 
ludzi.  Urządzenie  to  porusza  się  przynajmniej  częściowo  pomiędzy  prowadnicami 
pionowymi lub takimi, których pochylenie w stosunku do pionu nie przekracza 15° [1].  

Zgodnie z obowiązującymi przepisami dźwigi (zwane też popularnie windami) dzieli się 

ze względu na rodzaj napędu na: 

 

  Dźwigi elektryczne (cierne) 

  Dźwigi hydrauliczne 

  Dźwigi towarowe małe z napędem elektrycznym i hydraulicznym 

 

W  dźwigach  ciernych  do  wywołania  ruchu  kabiny  wykorzystuje  się  siły  przyczepności 

pomiędzy  cięgnem  nośnym  (liną)  a  kołem  (tarczą)  ciernym.  Sprzężenie  cierne  jest 
jednocześnie  jedynym  (nie  licząc  układów  bezpieczeństwa  działających  w  sytuacjach 
awaryjnych)  czynnikiem  utrzymującym  kabinę  i  przeciwwagę.  Warunkiem  uniknięcia 
poślizgu i tym samym warunkiem prawidłowej pracy dźwigu jest przewaga wygenerowanych 
sił tarcia nad siłami stycznymi na kole ciernym. 

Podstawową  zależnością  umożliwiającą  wyznaczenie  dla  danego  układu  maksymalnej 

możliwej  nierównomierności  obciążenia  po  obu  stronach  koła  ciernego  (od  kabiny  i 
przeciwwagi) jest wzór Eulera-Eytelweina: 

 

α

f

e

S

S

2

1

 

 

 

 

 

 

    (1) 

 

W nierówności powyższej S

1

 i S

2

 oznaczają siły w linach po obu stronach tarczy ciernej 

(od strony kabiny i przeciwwagi) – przy czym w równaniu tym wstawia się te siły tak, aby 
w liczniku była siła o większej a w mianowniku o mniejszej wartości. Po prawej stronie f 
oznacza  pozorny  współczynnik  tarcia,  który  jest  funkcją  współczynnika  tarcia  µ  oraz 
geometrii rowka oraz kąt opasania na kole ciernym α. 

Znajomość  wartości  wyrazu  e

  pozwala  na  wyznaczenie  –  w  zależności  od 

rozporządzanej siły S

2

 – maksymalnego udźwigu S

1

W obecnych przepisach bezpieczeństwa [3] wymaga się udowodnienia, że konstrukcja 

dźwigu zapewni sprzężenie cierne w każdym przypadku uwzględniając: 

 

  normalną jazdę 

  załadunek kabiny 

  hamowanie wywołane zatrzymaniem awaryjnym 

 

Ponadto  należy  zapewnić  wystąpienie  poślizgu,  jeżeli  kabina  została  zablokowana  w 

szybie z dowolnej przyczyny. 

Analizowane  przypadki  i  wykorzystywane  w  obliczeniach  zależności  przedstawia 

tabela 1. 

 

background image

 

 

Tabela 1. – Analizowane przypadki w obliczeniach sprzężenia ciernego. 

L.P. 

Przypadek pracy 

Obciążenie 

kabiny 

Zależność Eulera 

-Eytelweina 

Współczynnik 

tarcia µ (f=F(µ)) 

Załadunek kabiny na najniższym 

przystanku 

125% Q 

α

f

e

S

S

2

1

 

µ

 = 0.1 

Hamowanie wywołane zatrzymaniem 

awaryjnym obciążonej kabiny w 

strefie najniższego przystanku 

100% Q 

α

f

e

S

S

2

1

 

10

1

1

.

0

v

+

=

µ

 

Hamowanie wywołane zatrzymaniem 

awaryjnym nieobciążonej kabiny w 

strefie najwyższego przystanku

 

α

f

e

S

S

1

2

 

10

1

1

.

0

v

+

=

µ

 

Podciąganie pustej kabiny w górę 

przy przeciwwadze całkowicie opartej 

o zderzaki 

 

 

α

f

e

S

S

2

1

 

µ

 = 0.2 

Opis  oznaczeń:  S

1

  –  siła  w  linie  po  stronie  kabiny,  S

2

  –  siła  w  linie  po  stronie  przeciwwagi,  f  –  pozorny 

współczynnik tarcia, α – kąt opasania na kole ciernym, v – prędkość liny  

 
Wspomniany  pozorny  współczynnik  tarcia  f  jest  funkcją  współczynnika  tarcia  µ  oraz 

ukształtowania rowka linowego. W dźwigach stosowane są cztery rodzaje rowków: 

  półokrągły 

  półokrągły podcięty 

  klinowy 

  klinowy podcięty 

 
Rowki linowe i ich oznaczenia przedstawiono na rysunku 1. 

 

 

Rys. 1. – Rowki linowe: a) klinowy, b) półokrągły podcięty, c) półokrągły, d) klinowy podcięty  

 
W  nowych  konstrukcjach  rowków  półokrągłych  już  się  nie  stosuje.  Rowki  klinowe 

wymagają podcięcia wtedy, gdy nie zostały poddane procesowi utwardzania. Zapobiega to 
spadkowi cierności w trakcie eksploatacji. 

 Widoczne  na  rysunku  1  kąty:  kąt  rowka  γ  oraz  kąt  podcięcia  β  wykonuje  się  w 

zakresach: 

 
 

- γ ≥ 25° dla rowków półokrągłych i półokrągłych podciętych 

 

- γ ≥ 35° dla rowków klinowych i klinowych podciętych 
- β ≤ 106° dla rowków półokrągłych podciętych

 

- β ≤ 106° dla rowków klinowych podciętych 

 

W  zależności  od  typu  rowka  pozorny  współczynnik  tarcia  f  można  wyznaczyć 

korzystając ze wzorów podanych w tabeli 2. 

background image

 

Tabela 2. – Pozorny współczynnik w zależności od typu rowka linowego. 

L.P. 

Typ rowka 

Przypadki pracy 

Współczynnik f 

Półokrągły i 

półokrągły podcięty 

Wszystkie 

γ

β

γ

β

π

β

γ

µ

sin

sin

2

sin

2

cos

4

+

=

f

 

Klinowy 

Wszystkie 

2

sin

γ

µ

=

f

 

Załadunek kabiny, 

hamowanie awaryjne, 

normalna jazda 

β

β

π

β

µ

sin

2

sin

1

4

=

f

 

Klinowy podcięty 

Zablokowanie kabiny 

2

sin

γ

µ

=

f

 

 
Siły w przekrojach liny po obu stronach koła ciernego oblicza się na ogólnych zasadach 

uwzględniając odpowiednio: 

- masę kabiny, 
- masę przeciwwagi, 
- udźwig nominalny, 
- masę lin nośnych, 
- masę przewodów zwisowych, 
- siłę tarcia na prowadnicach kabiny i przeciwwagi, 
- zredukowaną masę koła odchylającego po stronie kabiny/przeciwwagi, 
- przyśpieszenia / opóźnienia ruchu. 

 

 
3. WYKONANIE ĆWICZENIA 
 

W  ćwiczeniu  obliczeniowe  oraz  rzeczywiste  sprawdzenie  cierności  układu  linowego 

dokonywane  jest  w  oparciu  o  model  dźwigu  elektrycznego.  Poniżej  przedstawiono  schemat 
modelu dźwigu  (rys. 2).  Istotne dla przeprowadzenia ćwiczenia parametry dźwigu dostępne 
są na stanowisku: 

Rys. 2. – Schemat układu.

 

KOŁO 

CIERNE

KOŁO 

ODCHYLAJĄCE

KABINA

PRZECIWWAGA

background image

 

Przebieg ćwiczenia: 
 

  ogólne zadanie 

-  w  ćwiczeniu  należy  dokonać  obliczeniowej  oceny  cierności  i  potwierdzić  jej 

poprawność  na  stanowisku.  W  ramach  obliczeniowego  sprawdzania  cierności 
istnieje  kilka  możliwych  zadań  inżynierskich,  sprawdzenie  na  modelu  dźwigu 
odbywa  się  zawsze  w  taki  sam  sposób  –  odzwierciedlający  narzucone  przez 
przepisy przypadki pracy. 

  

  część obliczeniowa – możliwe zadania inżynierskie 

1)

  dla  zastanej  sytuacji  (określone  wszystkie  niezbędne  parametry  dźwigu) 

przeprowadzić  ocenę  sprzężenia  ciernego  i  zadecydować  czy  spełnione  są 
wszystkie  wymagania  (w  szczególności  czy  istnieje  ryzyko  wystąpienia 
poślizgu na kole ciernym). 

2)

  dla  określonych  parametrów  dźwigu  (w  szczególności  udźwig,  masa  kabiny) 

wyznaczyć  zakres  mas  przeciwwagi,  z  którymi  dźwig  będzie  pracował 
prawidłowo  (pod  względem  sprzężenia  ciernego).  Wytypować  jeden  z  kilku 
dostępnych na stanowisku obciążników do sprawdzenia. 

3)

  dla  określonych  parametrów  dźwigu  (w  szczególności  masa  kabiny  i 

przeciwwagi,  udźwig)  wyznaczyć  zakres  kąta  opasania,  w  którym  dźwig 
będzie pracował prawidłowo (pod względem sprzężenia ciernego). Wytypować 
jedno  z  kilku  dostępnych  na  stanowisku  osadzeń  koła  odchylającego  do 
sprawdzenia. 

 

  część praktyczna 

-  przed  przystąpieniem  do  rzeczywistego  sprawdzenia  cierności  sprawdzić,  czy 

stanowisko  odpowiada  pod  względem  kompletacji  i  ustawień  sytuacji 
obliczeniowej (szczególnie jest to istotne dla opisanych powyżej zadań 2 i 3), 

-  w  pozycji  wyjściowej  do  sprawdzenia  cierności  model  powinien  pozostawać  w 

takim  położeniu,  że  przeciwwaga  spoczywa  na  zderzakach  a  kabina  jest 
nieobciążona, 

-  w  takiej  pozycji  możliwe  jest  sprawdzenie  warunku  odwrotnego  –  dźwig  musi 

stracić  cierność  –  należy  delikatnie  obracać  kołem  ciernym  (uprzednio 
zwalniając hamulec) w kierunku, który odpowiada ruchowi kabiny w górę. Jeżeli 
lina  nie  złapie  poślizgu  na  kole  ciernym  i  uderzy  w  strop  szybu  układ  należy 
uznać  za  dobrany  niepoprawnie.  Jeżeli  lina  ślizga  się  na  kole  ciernym  można 
przejść do kolejnej próby, 

- następnie należy  (cały  czas bez obciążenia kabiny)  wykonać ruch kabiną w dół, 

do  strefy  dolnego  przystanku  a  następnie  do  góry,  gdzie  w  strefie  górnego 
przystanku uruchamia się hamulec. Jeżeli dźwig nie straci cierności wykonuje się 
następną próbę, 

-  do  kabiny  trzeba  włożyć  obciążniki  o  łącznej  masie  równej  udźwigowi 

nominalnemu. Wykonać jazdę kabiny w dół, gdzie w strefie dolnego przystanku 
należy  uruchomić  hamulec.  Jeżeli  dźwig  nie  straci  cierności  wykonuje  się 
następną próbę, 

- ustawić kabinę na wysokości dolnego przystanku i ostrożnie dołożyć obciążenie 

tak,  aby  osiągnąć  łącznie  1,25  udźwigu  nominalnego.  Jeżeli  dźwig  nie  straci 
cierności  oznacza  to  (przy  pomyślnie  przeprowadzonych  poprzednich  próbach), 
że układ jest dobrany poprawnie. 

 
 
 

background image

 

4. WYMAGANY ZAKRES WIADOMOŚCI OGÓLNYCH 

- znajomość zagadnień tarcia (ogólnie), 

- znajomość ogólnej budowy dźwigów elektrycznych (ciernych), 

-  podstawowe  pojęcia  dotyczące  dźwigów  ciernych  (współczynnik  udźwigu, 

współczynnik niewyrównoważenia), 

- znajomość zależności Eulera – Eytelweina. 

 

 

5. LITERATURA 

[1]  Kwaśniewski,  J.,  „Dźwigi  osobowe  i  towarowe.  Budowa  i  eksploatacja”,  AGH, 

Kraków, 2004. 

[2]  Piątkiewicz, A., Urbanowicz, H., „Dźwigi elektryczne”, WNT, Warszawa, 1972. 

[3]  PN-EN  81.1:2002  „Przepisy  bezpieczeństwa  dotyczące  budowy  i  instalowania 

dźwigów. Część 1: Dźwigi elektryczne”.  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

ZAŁĄCZNIK 1. 
 
Dane: 
 

Główne masy i wymiary dźwigu (modelu): 
M

K

 [kg]  

2.46    

– masa kabiny 

 

M

P

 [kg]  

zmienna  

– masa przeciwwagi (rama: 3.52kg + 0.96kg/1 obc.) 

 

Q [kg]  

zmienny 

- udźwig nominalny 

 

H

p

 [m]  

zmienna 

- wysokość podnoszenia 

 

α [rad]  

zmienny 

- kąt opasania na kole ciernym 

 

L

TP

 [m] 

zmienna 

- odległość pozioma osi kół ciernego odchylającego 

 

L

KP

 [m] 

zmienna 

- odległość od osi zawieszenia kabiny i przeciwwagi 

H

TP

 [m] 

zmienna 

- odległość pionowa osi kół ciernego i odchylającego 

 

a [m/s

2

0.5 

 

- opóźnienie hamowania (zatrzymanie awaryjne) 

 

 

Masy lin i przewodów zwisowych: 

 

d [mm] 

6.3 

 

- średnica lin nośnych 

m

jl

 [kg/m] 

0.13 

 

- masa jednostkowa liny 

 

m

pz

 [kg/m] 

brak 

 

- masa jednostkowa przewodów zwisowych 

 

M

SRcar

 [kg] 

zmienna 

- rzeczywista masa lin nośnych po stronie kabiny 

 

M

SRcwt

 [kg] 

zmienna 

- rzeczywista masa lin nośn. po stronie przeciwwagi 

 

M

TRAV

 [kg] 

brak 

 

- rzeczywista masa przewodów zwisowych 

 

 

 

Koło cierne: 
D

t

 [m]   

0.248   

- średnica podziałowa koła ciernego 

Rowek: 

klinowy utw.  - typ rowka linowego 

β [°/rad] 

0°/0 rad 

- kąt podcięcia rowka 

γ [°/rad] 

35 

 

- kąt rowka 

 

 

Koło odchylające: 
m

KO

 [kg] 

0.420   

- masa koła odchylającego 

D

W

 [m] 

0.205   

- średnica wewnętrzna (dna rowka linowego) koła 

D

Z

 [m]             0.221   

- średnica zewnętrzna koła odchylającego 

D

p

 [m]  

0.211   

- średnica podziałowa koła odchylającego 

J

DP

 [kgm

2

0.026   

- moment bezwładności koła odchylającego 

 

m

DP

 [kg] 

0.246   

- masa zredukowana koła odchylającego