CC BY
362
4. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Анализ, синтез, планирование решений в экономике. М.: Финансы и статистика, 2000. 368 с.
5. Шадский Г.В., Анцев В.Ю., Ковешников В.А. Выбор транспортно-накопительной системы при проектировании автоматизированного производства // Станки и инструмент. № 6. 1989. С. 2-4.
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шафорост Александр Николаевич, аспирант, shaforost@,tsu/tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ENERGY SAVING STRUCTURES DESIGN METHOD OF TRANSPORT AND STORAGE
OF INDUSTRIAL ENTERPRISESVY
V.Y. Antsev, A.N, Shaforost
The technique to reduce energy consumption in industry by way of planning the logistics of transport storage systems are discussing.
Key words: logistics planning, logistics transport chain, reduced expenditures, morphological analysis, morphological synthesis.
Antzev Vitaly Yuryevich, doctor of technical science, professor, manager of department, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Shaforost Aleksandr Nikolaevich, post-graduate student, shaforost@,tsu/tula.ru. Russia, Tula, Tula State University
Получено 28.06.2013 г.
УДК 621.86
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРИВОДА ЛИФТА
П.В. Витчук, В.И. Сероштан, П.В. Самосьев
Рассмотрены диагностические параметры узлов привода лифта на основе анализа их характерных отказов.
Ключевые слова: диагностирование, канат, канатоведущий шкив, привод, лифт, отказ, редуктор, тормоз, электродвигатель.
Согласно данным ОАО «Калугалифтремстрой» в год в г. Калуге на ремонт лифтов и их техническое диагностирование расходуется 23,489 млн. рублей. При этом по данным за период с 2000 по 2012 гг. причинами отказов лифтов города являлись: вандальные действия пассажиров -38,13 %; неисправности электрооборудования - 32,02 % замена тормоза -
1,5 %; замена тяговых канатов - 11,43 %; замена (ремонт) КВШ - 6,76 %; замена (ремонт) прочего механического оборудования - 11,66 % (замена подвески - 1,23 %; замена редуктора привода дверей кабины - 2,12 %; замена (ремонт) редуктора лебедки - 2,76 %).
Техническое диагностирование (экспертное обследование) является одним из путей повышения эксплуатационной надежности лифтов на основе определения их технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса по установленному фактическому техническому состоянию узлов и систем. В техническое диагностирование входит полное, периодическое и частичное освидетельствование [1].
Техническое диагностирование и порядок его проведения рассмотрены в ряде как ныне действующих, так и утративших силу нормативных документах. Это: РД 10-72-94 «Методические указания по обследованию лифтов, отработавших нормативный срок службы»; РД 03-484-02 «Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах»; РД СИЦ «Экспертлифт» 05-001-2002 «Методические указания по магнитному контролю (ММП-контроль) металлоконструкций лифтов»; ПБ 10-558-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов»;
МР 10-72-04 «Методические рекомендации по обследованию технического состояния и расчету остаточного ресурса с целью определения возможности продления срока безопасной эксплуатации лифтов»; ГОСТ Р 523302005 «Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-
деформированного состояния объектов промышленности и транспорта»; ГОСТ Р 52626-2006 «Лифты. Методология оценки и повышения безопасности лифтов, находящихся в эксплуатации»; ГОСТ Р 53006-2008 «Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования»; ГОСТ Р 53783-2010 «Лифты. Правила и методы оценки соответствия лифтов в период эксплуатации».
Согласно вышеперечисленным документам диагностирование включает в себя осмотр, проверку, компьютерные исследования и испытательные работы. Диагностированию, в первую очередь, полежат металлокаркасные элементы и ответственные металлоконструкции (шахта лифта, каркасы кабины и противовеса, рамные элементы лебедки, балки, детали крепления направляющих и т.д.). При этом могут использоваться неразрушающие методы контроля: визуально-измерительный, магнитный, ультразвуковой, капиллярный и другие. При предварительном диагностировании применяется метод визуально-измерительного контроля, на основе чего определяется необходимость приборного контроля. Диагностированию также подлежат все электрические элементы лифта, включая аппаратуру связи и управления.
Рассмотрим некоторые диагностические параметры лифта и способы их определения на основе анализа характерных отказов узлов лифта.
Известно, что примерно 90% отказов электродвигателя лифта вызваны повреждением его обмоток вследствие нарушения целостности изоляции. При работе электродвигателя лифта возникают потери энергии, как электрической (на обмотках), так и механической (в узлах трения), что вызывает нагрев элементов электродвигателя. Нагрев приводит к тепловому старению изоляции обмоток, что снижает ее срок службы в два раза при перегреве на каждые 8 -12° в зависимости от класса изоляции [2]. Таким образом, возможно использование температуры, которая может быть найдена согласно постоянной времени нагрева, в качестве диагностического параметра для прогнозирования срока службы изоляции электродвигателя. Текущее состояние изоляции может быть определено на основе испытаний, заключающихся в приложении к обмоткам высокого напряжения (600 или 1000 В), или на основе определения коэффициента абсорбции при помощи мегаомметра (например, ЭСО-202/2-г) и секундомера [3].
Эксплуатационная надежность лифта в значительной мере зависит от состояния подшипниковых узлов. Наиболее распространенными причинами отказов подшипников качения являются усталостное выкрашивание дорожек и тел качения, разрешение сепараторов и износ рабочих поверхностей. В ряде случаев при некачественной сборке или техническом обслуживании в подшипниковые узлы может попадать песок. Это приводит к интенсивному износу подшипников.
К дефектам подшипников относят сколы, трещины, выкрашивание тел качения, проскальзывание и повреждение сепараторов, увеличенные радиальный и осевой зазоры и цвета побежалости на кольцах. Признаками дефектов являются нагрев свыше 70°, вибрация, повышенный шум, выбрасывание смазки [4]. Наиболее распространенным методом обнаружения дефектов подшипников качения является вибродиагностика, так как, во-первых, этот метод позволяет производить диагностирование без сбороч-но-разборочных операций, во-вторых, вибрационный сигнал подшипника содержит значительное количество диагностической информации (амплитуда, частота и начальная фаза составляющих спектра вибрации, общий уровень вибрации, уровень вибрации в определенной полосе частот, и др.). Выделяют две группы диагностирования по вибрационным сигналам: низкочастотная, определяющая наличие неисправностей в подшипниковом узле, и высокочастотная, ориентированная на определение зарождающихся неисправностей, которые могут появиться при неизменности условий эксплуатации [5]. Для вибродиагностирования в настоящее время успешно применяются множество различных приборов и комплексов, например, Vibro Vision (ООО «Вибро-Центр» г. Пермь), ВВМ-201 (ООО «РОСТЕХ» г. Таганрог) ПИОН-2 (НПП «ТИК» г. Пермь) и др.
Работоспособность червячных (глобоидных) редукторов, которые применяются в большинстве отечественных лифтов, определяется качеством смазки зацепления, состоянием подшипников и степенью износа заце-
пления червячной пары [6]. Наибольшую опасность для безопасной эксплуатации лифтов представляют отказы, связанные с разрушением зацепления (рис. 1).
Рис. 1. Разрушение зацепления вследствие износа венца колеса
Износ зацепления может быть измерен следующим образом. Плавно вращая штурвал лебедки в обе стороны, определяются моменты касания червяка и червячного колеса. В эти моменты на тормозной шкив наносятся риски. После чего измеряется расстояние между рисами. Тогда остаточный ресурс зацепления То может быть рассчитан, как [7]
То Тф
г З - З Л Зпр Зф Зф - Зн
V
(2)
5ф Зн
где Тф - срок эксплуатации редуктора, Зн, Зпр и Зф - начальный, предельно допустимый и фактически измеренный зазоры соответственно.
Муфты лебедки проверяются на отсутствие радиального зазора между полумуфтами, радиального, осевого и углового (отсутствие люфта) зазоров между осями соединяемых валов, а также целостность элементов муфты. Большие значения зазоров могут быть легко диагностированы визуально. Зазор между торцевыми поверхностями полумуфт должен находиться в диапазоне 5-8 мм для электродвигателя с подшипниками скольжения и 3-8 мм для электродвигателя с подшипниками качения [8]. При необходимости определения значений радиального и угловых зазоров по-лумуфт, которые не могут быть обнаружены визуально, могут быть использованы методы вибродиагностики [4].
Причинами отказов тормозов лебедки могут быть: неисправности тормозного электромагнита, износ фрикционных накладок, усталостное разрушение тормозных пружин, отклонение установочного тормозного усилия от номинального значения. Неисправности тормозного электромагнита связаны с нарушением целостности обмоток, нарушением кинематической связи между якорем электромагнита и системой рычагов, нарушением целостности электропроводки и клеммной коробки. В ряде случаев из-за литейных дефектов может происходить разрушение корпусных элементов тормоза или его рычагов (рис. 2).
Рис. 2. Разрушение рычага тормоза вследствие литейного дефекта
Тормоз лебедки проверяется на: отсутствие повышенного износа (не более 20% толщины обода), трещин, сколов и масла на рабочей поверхности тормозного шкива, отсутствие повышенного износа фрикционных накладок (не более 50% толщины накладки), соответствие зазора его допустимым значениям между фрикционными накладками и рабочей поверхностью тормозного шкива, отсутствие повышенного износа рычагов и толкателей тормоза и шарнирных соединений, соблюдение установочных размеров тормозных пружин [7].
Основным критерием работоспособности тормоза лебедки является величина его тормозного момента, непосредственное измерение которой затруднено. Поэтому тормозной момент косвенно оценивается на основе измерения тормозного пути (по точности остановки кабины) и сопоставления его с заданным значением. Непосредственное измерение тормозного момента возможно с использованием тензометрических, индуктивных и фотоэлектрических датчиков [3].
Основными диагностическими параметрами канатоведущего шкива является неравномерность просадки тяговых канатов по ручьям и глубина радиального износа ручья. При эксплуатации лифтов достаточно часто возникает явление неравномерного износа отдельных ручьев, которое в большинстве случаев вызвано неисправностью подвески. При этом на один из тяговых канатов приходится большее усилие, чем на остальные. Это вызывает повышенную скорость изнашивания как самого каната, так и ручья. В этом случае долговечность канатоведущего шкива лимитируется долговечностью указанного ручья.
Согласно [7] неравномерный износ ручьев КВШ определяется по неравномерности просадки канатов в ручьях (рис. 3). Предельно допустимая величина неравномерности износа ручьев указывается в технической документации лифта и составляет не более 0,5 мм.
На основании опыта эксплуатации лифтов было установлено, что расстояние между нижней поверхностью каната и дном ручья канатоведущего не должно превышать 2 мм [8]. При достижении указанной степени изношенности канатоведущий шкив подлежит замене или ремонту.
Непосредственное измерение износа ручьев канатоведущего шкива достаточно затруднено, а в условиях эксплуатируемого объекта практически невозможно. Поэтому на практике используется метод естественных баз, который заключается в измерении глубины врезания каната в ручей и сопоставлении измеренной величины с начальной. Измерение глубины врезания каната в ручей осуществляется при помощи наборов специальных щупов, которые представляют собой металлические калиброванные пластины толщиной от 0,02 до 2 мм. Такой метод имеет ряд существенных недостатков: его точность значительной мере зависит от относительного положения щупов и каната, он неудобен в применении, а случае лебедок, имеющих защитные ограждения вообще неприменим.
Рис. 3. Определение неравномерности просадки канатов в ручьях
канатоведущего шкива
Поэтому измерение износа возможно следующим образом: в ручей закладывается пластилин, его поверхность смазывается машинным маслом (для исключения прилипания к канату), после чего канатоведущий шкив совершает один оборот. Толщина оставшегося в ручье пластилина, которая может быть измерена при помощи штангенциркуля с глубиномером, соответствует расстоянию от нижней поверхности каната до дна ручья (рис. 4).
Остаточный срок службы КВШ лимитируется величиной износа наиболее изношенного ручья и может быть определен [7]
То Тф
кп
р
к
1
ф
(3)
где Тф - срок эксплуатации канатоведущего шкива, кпр и кф - предельно допустимая и фактически измеренная величины износа соответственно.
Рис. 4. Измерение износа ручьев при помощи пластилина и штангенциркуля с глубиномером
Основным критерием работоспособности канатоведущего шкива является величина его тяговой способности, которая зависит от приведенного коэффициента трения между рабочими поверхностями тягового каната и канатоведущего шкива, а также угла обхвата тяговым канатом канатоведущего шкива. Приведенный коэффициент трения, в свою очередь, зависит от: материалов, из которых изготовлены тяговые канаты и канатоведущий шкив, профиля поперечного сечения ручьев, а также степени их изношенности. Величина тяговой способности канатоведущего шкива аналитически оценивается коэффициентом тяговой способности. Коэффициент тяговой способности канатоведущего шкива, в том числе изношенного, может быть найден на основе расчетов [9-11] или на основе натурных испытаний по методике, разработанной МГУП «Мослифт» [12].
При эксплуатации тяговых канатов лифта возникают растягивающие, изгибающие, скручивающие и сдвигающие нагрузки как при статическом нагружении, так вследствие динамических явлений, возникающих при движении лифта [12]. Это приводит к абразивному износу тяговых канатов и снижению их запаса прочности. В результате чего проявляются следующие неисправности: обрывы проволок, прядей и каната в целом, а также перетирание канатов.
Обрывы проволок, прядей и каната в целом могут быть вызваны естественным износом каната в процессе эксплуатации, преждевременным износом каната из-за нарушений условий смазывания или работы в абразивной среде, перегрузкой лифта, а также повреждением каната при транспортировании, монтаже или при производстве ремонтных работ лебедки. Перетирание тягового каната происходит при его неправильной запасовке, что приводит к касанию канатом элементов лебедки и металлоконструкции лифта или другого каната (при небольшом расстоянии разводки канатов).
К причинам, вызывающим отказ канатов, относят [13-16]:
1. Вмятины проволок канатов в местах контакта прядей между собой или (при наличии металлического сердечника) в местах контакта проволок сердечника с проволоками основного слоя прядей. Глубина вмятин проволок может достигать 1/3 их номинального диаметра. При этом проволоки (за исключением вмятин) могут сохранять свой первоначальный вид.
2. Истирание наружных проволок (в том числе из-за абразивного износа). Приводит к утончению проволок наружного слоя навивки каната и снижению запаса его прочности.
3. Обрывы проволок (наиболее характерный вид повреждения канатов). Возникают вследствие значительного их утончения и усталости металла под действием знакопеременного циклического нагружения. Обрывы проволок имеют выраженный усталостный характер.
4. Коррозионная усталость. Является видом усталостного разрушения.
5. Скрытый внутренний износ каната. Вызывается абразивным и коррозионным износов проволок внутренних слоев навивки каната.
6. Потеря формы поперечного сечения тягового каната вследствие раздавливания внутреннего слоя навивки каната на барабан при многослойной навивке, а также потеря формы ветвями каната при их зажатии между лобовиной и другими витками.
Правилами безопасности определены критерии и нормы браковки канатов из-за поверхностного и внутреннего абразивного износа, коррозии, количества обрывов наружных и внутренних проволок на длине шага свивки каната. Канат подлежит замене в случае: уменьшения его диаметра в результате поверхностного износа или коррозии, уменьшения начального диаметра внешних проволок или наличия числа обрыва проволок в наружном слое навивки свыше норм, изложенных в Приложении 13 к ПУБЭЛ.
Наиболее простыми и часто используемыми методами контроля канатов являются их визуальный осмотр и инструментальные замеры. При визуальном осмотре определяют деформации и нарушения конструкции каната, наличие наружных обрывов проволок, видимых следов температурных воздействий, коррозии и абразивного износа наружных проволок. В ряде случаев используется ветошь, которую прижимают к канату. Оборванные проволоки захватывают нити ветоши, показывая, тем самым, места обрывов. При инструментальных замерах определяют диаметр канатов и отдельных проволок с помощью инструментов для линейных измерений (штангенциркуль, микрометр).
В ряде случаев проведение визуального осмотра не дает объективной картины о техническом состоянии тягового каната. Например, если канат загрязнен, то невозможно оценить степень повреждения проволок его наружного слоя навивки. Кроме того, исследования, проведенные К. Фейрером, показали, что в случае применения канатов односторонней свивки или футеровке канатоведущего шкива полимерными материалами обрывов проволок в наружном слое навивки не наблюдается, хотя имеется значительное число обрывов на внутренних слоях навивки [17]. В этих случаях должны применяться методы неразрушающего контроля.
На практике для определения технического состояния каната по всей длине с учетом внешних и внутренних дефектов по количественным критериям получил распространение метод магнитной дефектоскопии [18]. Оценку технического состояния и остаточный ресурс каната при этом производят по относительной потери сечения каната по металлу и количеству локальных дефектов на длине свивки каната. Потерю сечения определяют как уменьшение площади поперечного металлического сечения распределенной по длине каната относительно номинального значения, вызванное истиранием, коррозией и другими причинами.
К локальным дефектам относятся обрывы наружных и внутренних проволок каната, а также локальная коррозия проволок. Данный метод имеет целью обнаружение локальных дефектов стальных канатов на основе следующих критериев: характера и числа обрывов проволок на фиксированной длине; наличия мест сосредоточения обрывов проволоки прядей; поверхностного и внутреннего износов; поверхностной и внутренней коррозии; разрыва одной или нескольких прядей; местного уменьшения диаметра каната, включая разрыв сердечника; уменьшения площади поперечного металлического сечения прополок каната (потери внутреннего сечения); установление места нахождения дефектов по длине каната, и их и идентификация (распознавание) [19].
В соответствии с вышеперечисленными диагностическими параметрами узлов привода лифта должны выбираться средства технического диагностирования и разрабатываться соответствующие методики оценки текущего технического состояния привода лифта с целью прогнозирования
его остаточного ресурса и расчета ремонтного цикла, что особенно актуально для лифтов, отработавших свои нормативные сроки эксплуатации.
Список литературы
1. ПБ 10-558-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов. Введ. 16.05.03. Москва, 2003. 176 с.
2. Таран В.П. Справочник по эксплуатации электрооборудования. Киев: Техника, 1985. 184 с.
3. Диагностирование грузоподъемных машин / В.И. Сероштан [и др.] / Под. ред. В.И. Сероштана, Ю.С. Огаря. М.: Машиностроение, 1992. 192 с.
4. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: учебное пособие. СПб.: СПбТМТУ, 2004. 156 с.
5. Хабаров В.Н., Вершинский А.В., Мокин Д.Г. Вибродиагностика подшипников буксовых узлов // Путь и путевое хозяйство. 2007. №5. С. 2122.
6. Сероштан В.И., Сероштан Д.В. Параметры диагностирования лебедки лифта // Известия ТулГУ. Серия подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 1999. С. 184-191.
7. МР 10-72-04. Методические рекомендации по обследованию технического состояния и расчету остаточного ресурса с целью определения возможности продления срока безопасной эксплуатации лифтов. Введ. 19.03.04. Москва, 2004. 37 с.
8. Волков Д.П., Чутчиков П.И. Диагностирование узлов и подсистем лифтов. М.: Стройиздат, 1981. 132 с.
9. Анцев В.Ю., Витчук П.В. Расчет параметров канатоведущего шкива лифта в процессе износа // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 2-6 (292). С. 112 - 118.
10. Витчук П.В., Абрамов Д.Ю. К вопросу о долговечности канат-
но-блочной системы лифта // Наука и образование: электронное научнотехническое издание. Инженерные науки. #11,
ЦЕЬ: http://technomag.edu.ru/doc/234034.html (дата обращения: 19.04.2013).
11. Анцев В.Ю., Сероштан В.И., Витчук П.В. Многовариантный подход к определению параметров канатно-блочной системы лифта // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 71-79.
12. Лифты: Учебник для вузов / под общей ред. Д.П. Волкова. М.: изд-во АСВ, 1999. 480 с.
13. Дворник А.П., Дакуко Н.А., Микула С. Исследование несущей способности шахтных канатов и разработка методики расчета их предельного состояния // Горная механика. 1998. № 1. С. 3-7.
14. Комиссаров В.Я., Сухоруков В.В., Хомченко С.В. Роль дефектоскопии канатов в обеспечении безопасности лифтов // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 10. С.33-35.
15. Котельников В.С., Сухоруков В.В. Дефектоскопия канатов грузоподъемных машин // Безопасность труда в промышленности. 1998. №5. С.34-38
16. Малиновский В. А. Стальные канаты. Одесса: Астрапринт, 2001.
190 с.
17. Feyrer K. und andere. Stehende Drahtseile und Seilendverbindungen. - Expert Verlag. 1990. 201 S.
18. Цуканов В.В, Шпаков И.И. Дефектоскопия канатов - гарант безопасности эксплуатации лифтов // Лифт. 2006. № 10. С. 2-4.
19. РД 03-348-00. Методические указания по магнитной дефектоскопии стальных канатов. Введ. 20.03.00. М.: ОБТ, 2000. 24 с.
Витчук Павел Владимирович, ст. преп., [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»
Сероштан Владимир Иванович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»
Самосьев Павел Валентинович, зам. главного инженера, [email protected], Россия, Калуга, ОАО «Калугалифтремстрой»
DIAGNOSIS OF ELEVA TOR DRIVE P.V. Vitchuk, V.I. Seroshtan, P.V. Samos ’yev
Considered diagnostic parameters of elevator dive’s units on the based on analysis of their specific failures.
Key words: diagnosis, cable, cable sheave, drive, elevator, failure, reducer, brakes, electric motor.
Vitchuk Pavel Vladimirovich, senior lecturer, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Seroshtan Vladimir Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Samos’ev Pavel Valentinovich, Deputy Chief Engineer, [email protected], Russia, Kaluga, JSC «Kalugaliftremstroy».
Получено 28.06.2013 г.
