ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ЛИФТОВ НА ОСНОВЕ КВАЛИМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ТОЧНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

a number of difficulties. Known and new properties of the gamma function are described in the article by elementary methods. A representation of the values of the gamma function for rational positive numbers is obtained. The multiplication formula is proved for these numbers. The logarithmic convexity of the gamma function is shown without the use of differential calculus. A formula is obtained that connects two values of the gamma function with arbitrary different positive real arguments. A representation of the gamma function is obtained in the form of an infinite product and having a significantly higher convergence rate compared to the Euler definition. In this case, the definition by Euler is a special case of the resulting representation.

Key words: quality management, special functions, probability theory, calculation accuracy.

Ryazansky Valery Pavlovich, leading engineer-mathematician of the reliability department, kot-aldo@yandex.ru, Russia, Moscow, JSC «GosNIIP»,

Iudin Sergey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, svjudin@rambler. ru, Russia, Tula, Plekhanov Russian University of Economics, Tula branch

УДК 621.86

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-612-617

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ЛИФТОВ НА ОСНОВЕ КВАЛИМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ТОЧНОСТИ

В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, Е.В. Славкина, НА. Витчук, Н.Д. Рейхерт

Показана целесообразность использования величины потребляемой лифтом электрической энергии как одного из критериев для обоснования технико-экономической эффективности лифта при его проектном расчете. Приведен обзор известных методов расчета электрической энергии, потребляемой лифтом. На основе методов квалиметрии произведено обоснование выбора метода расчета электрической энергии, потребляемой лифтом, предпочтительного для проектного расчета лифта. Проведена оценка точности выбранного метода расчета электрической энергии, потребляемой лифтом.

Ключевые слова: квалиметрия, лифт, расчет, электрическая энергия, энергетическая эффективность.

По данным [1] за последние 20 лет рост тарифов на электрическую энергию составил примерно 800 % (рис. 1). Учитывая, что назначенный срок службы лифта составляет 25 лет, то одним из критериев, используемых при проектировании лифта для оценки его технико-экономической эффективности, несомненно должна являться величина потребляемой электрической энергии.

Методы расчета электрической энергии, потребляемой лифтом, можно разделить на две группы: методы, базирующиеся на непосредственных измерениях на лифте, и методы теоретического расчета.

Методы первой группы регламентированы ГОСТ Р 56420.2-2015 (ИСО 25745-2:2015) [2]. Эти методы применимы для лифтов, выпускаемых в обращение, находящихся в эксплуатации, а также для повторной оценки энергопотребления лифтов после их модернизации. Получение необходимых для расчета данных осуществляется измерением в режиме движения на испытательных башнях или на действующих лифтах. Таким образом, применение методов, изложенных в [2], для проектных расчетов затруднено.

На основе анализа известной научно-технической литературы [3-10] были выделены три наиболее распространенных метода, входящих во вторую группу:

1) метод нормализованного энергопотребления [3];

2) метод, основанный на приведении движущихся и вращающихся масс к ротору двигателя, [4];

3) графоаналитический метод, использующий параметры циклограммы процесса работы лифта, [5].

В соответствии с первым методом [3] рассчитывают годовое потребление электрической энергии лифтом Е как произведение мощности электродвигателя на максимальную высоту подъема и число циклов поездки, соотнесенных к скорости лифта, а конструктивные особенности лифта учитываются соответствующими коэффициентами:

Е = Р (1)

3600V '

где Z - среднегодовой число циклов работы лифта; к\ - коэффициент загрузки; &2 - коэффициент высоты шахты; Итах - максимальная высота шахты; Р - мощность двигателя; V - скорость лифта.

Во втором методе [4] энергию, затрачиваемую на перемещение лифта, рассчитывают

через сумму кинетической и потенциальной энергий. При этом кинетическую энергию Икин

вычисляют на основе приведения масс всех движущихся частей к ротору двигателя с учетом КПД привода:

И- = ^ (2)

где /^ - суммарный приведенный ротору двигателя момент инерции канатоведущего шкива, маховика, кабины, противовеса, грузовых канатов и груза; ©р - угловая скорость двигателя.

В третьем методе [5] строят циклограмму процесса работы лифта в координатах «Сила - Расстояние» (авторские обозначения сохранены), а потребляемую электрическую энергию рассчитывают как площадь, расположенную под графиком получившейся кривой (рис. 2).

Рис. 2. Схема к расчету электрической энергии, потребляемой лифтом, графоаналитическим методом [5]

Очевидно, что каждый из методов обладает своими преимуществами и недостатками. Поэтому произведем выбор метода, предпочтительного для использования в проектном расчете лифта, на основе методов квалиметрии.

Одним из наиболее распространенных квалиметрических методов оценки сравниваемых объектов по выделенным критериям является экспертный метод [11, 12]. Существует 2 основных экспертных метода: метод Дельфи и метод Паттерн. При использовании метода Дельфи минимальное число экспертов должно быть 5-7. Главная особенность метода заключается в получении индивидуальных оценок сравниваемых объектов. Метод Паттерн основан на коллективном обсуждении вопроса и присвоении единой оценки. Минимально допустимое число экспертов - 20. В данном случае воспользуемся методом Дельфи ввиду простоты его применения, минимальных затрат времени на получение оценок и обработку итоговых результатов.

Для проведения экспертной оценки были привлечены 5 экспертов, компетентных в решении поставленной задачи, а также определены критерии оценивания. К ним отнесены: трудоемкость расчета, количество используемых данных для расчета, наглядность, охват параметров оцениваемых объектов. По каждому критерию каждый эксперт проводит сопоставление сравниваемых методов, в результате чего получаем количество предпочтений каждого метода по определенному критерию.

Полученные частоты предпочтений могут быть скорректированы на соответствующую величину коэффициента весомости. Для определения коэффициента весомости для каждого выделенного критерия эксперты оценивали их значимость по заданной балльной шкале: 1 балл - самый незначимый критерий; 2 балла - незначимый критерий; 3 балла - значимый критерий; 4 балла - наиболее значимый критерий; 5 баллов - самый значимый критерий. Результаты проведенного экспертного оценивания критериев, выделенных для сравнения методов, и полученные коэффициенты весомости представлены в табл. 1.

Таблица1

Определение коэффициентов весомости критериев_

Критерий Эксперты Сумма оценок экспер- Коэффициенты весомо-

1 2 3 4 5 тов сти

Трудоемкость расчета 5 4 5 5 5 24 0,31

Количество используемых данных для расчета 4 3 4 4 3 21 0,27

Наглядность 2 1 2 3 2 10 0,13

Охват параметров оцениваемых объектов 5 5 5 4 4 23 0,29

Итого 78 1,00

Коэффициенты весомости были определены по формуле:

к / к ,т

а = 1Щ I Щ-, (3)

1=1 / 1=1,-=1

где Щ - оценка эксперта, выставленная критерию по установленной шкале; к - количество

критериев; т - количество экспертов.

На основе результатов экспертного оценивания, полученных при сопоставлении методов одним экспертом, и коэффициентов весомости определяются количественные значения показателей для каждого метода с учетом весовых коэффициентов:

к

= I • а, (4)

1=1

где - частота предпочтений метода, данная экспертом по выделенным критериям; а^ - коэффициент весомости критерия; к - количество критериев.

Результаты количественной оценки значимости каждого метода на основе определения величины предпочтений всех экспертов и коэффициентов весомости сведены в табл. 2.

Таблица2

Результаты количественной оценки значимости сравниваемых методов

Методы Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3 Эксперт 4 Эксперт 5 Итого

1 метод 1,45 1,29 0,87 1,58 1,45 6,64

2 метод 0,71 1,16 0,98 0,85 0,71 3,70

3 метод 0,84 0,55 1,15 0,57 0,84 3,95

Если сравнивать значения итоговых показателей экспертного оценивания, представленных в табл. 2, то, по мнению экспертов, наиболее предпочтительным для использования в проектном расчете лифта является метод нормализованного энергопотребления.

Оценим точность выбранного метода на основе сравнения результатов, получаемых расчетом по формуле (1), с величиной фактической электрической энергии, потребляемой лифтами. Для определения величины фактической электрической энергии, потребляемой лифтами, были собраны ежемесячные показания счетчиков электрической энергии в течение года более чем с 1000 лифтов, находящихся в эксплуатации в г. Калуга. Полученные данные были сгруппированы таким образом, чтобы в каждой группе было не менее 30 однотипных лифтов, после чего рассчитана величина среднемесячной электрической энергии, потребляемой лифтами данной группы. Результаты даны в табл. 3.

Таблица 3

Сравнение результатов измерений и расчета электрической энергии, _потребляемой лифтами___

Параметры лифта Измерение, кВт-ч/мес Расчет, кВт-ч/мес Погрешность, %

Электродвигатель 4АМН 160S 6\18 (Р=3,0 кВт), редуктор Л 125-38, 0=320 кг, 7=0,63 м/с, 9 этажей 270 250 7,41%

Электродвигатель АН 180 S 6\18 (Р=3,55 кВт), редуктор РГЛ 160-50, 0=320 кг, 7=0,71 м/с, 9 этажей 230 263 13,9%

Электродвигатель 4АН 160S 6\18 (Р=3,0 кВт), редуктор РГЛ 160-40, 0=400 кг, 7=1,0 м/с, 9 этажей 178 158 11,5%

Электродвигатель АДЛ-5,2ЧР (Р=5,2 кВт), редуктор SGR11ЧР 138,6х48, 0=400 кг, 7=1,0 м/с, 12 этажей 425 382 10,1%

Электродвигатель АИН 180 М (Р=4,5кВт), редуктор РГ 160-40, 0=500 кг, 7=1,0 м/с, 7 этажей 166 138 17,0%

Электродвигатель 4АИН 180S 6\24 (Р=4,5 кВт), редуктор ЛЧ 160-40, 0=500 кг, 7=1 м/с, 9 этажей 200 177 11,4%

Электродвигатель ДАЛ-8,5(Р=8,5кВт), редуктор ^ТР-М 160х48, 0=630 кг, 7=1,0 м/с, 12 этажей 303 288 4,95%

Электродвигатель 5АН(Ф)225 МА6/24 (Р=9,0 кВт), редуктор РЧ 160-18, 0=1000 кг, 7=1,0 м/с, 7 этажей 597 505 15,4%

Полученные на основе измерений значения среднемесячной электрической энергии, потребляемой лифтами, хорошо согласуются с результатами измерений на лифтах, приведенными в работе [9], а также с результатами, полученными на стенд-башне ОАО «Щербинский лифтостроительный завод» [13].

Предельно допустимое ГОСТ Р 56420.2-2015 (ИСО 25745-2:2015) расхождение результатов измерения и расчета составляет 20%. Сравнение измеренных и рассчитанных значений электрической энергии, потребляемой лифтами (табл. 3), выявило расхождение результатов менее 20%. Это позволяет рекомендовать метод нормализованного энергопотребления [3] для расчета электрической энергии, потребляемой лифтом, на стадии проектного расчета.

Список литературы

1. Официальный сайт компании «Энерго-консультант». [Электронный ресурс]. URL: https://www.energo-konsultant.ru (дата обращения: 14.11.2021).

2. ГОСТ Р 56420.2-2015 (ИСО 25745-2:2015). Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Часть 2. Расчет энергопотребления и классификация энергетической эффективности лифтов. М.: Стандартинформ, 2015. 20 с.

3. Nipkow J., Schalcher M. Energy consumption and efficiency potentials of lifts // Swiss agency for efficient energy use S.A.F.E. [Электронный ресурс] URL: http://www.arena-energie.ch/d/ data/EEDAL-ID131 Lifts Nipkow.pdf. (дата обращения: 09.10.2021).

4. Антропов А.Т., Рикконен С. Сравнительный анализ энергозатрат лифтовых лебедок // Itech, 2010. №15. С. 24-30.

5. Бос Д. Энергия - это силахрасстояние // Лифт, 2010. №10. С. 43-47.

6. Селик Ф. Потребление энергии малоиспользуемыми лифтами в режиме ожидания // Лифт, 2010. №1. С. 47-51.

7. Барни Д. Эффективность использовании энергии в лифтах - предложение по классификации с точки зрения потребления энергии // Лифт, 2010. №5. С. 25-28.

8. Афонин В.И. Параметры двигателей привода массовых лифтов // Лифт, 2008. №6. С.

63-67.

9. Афонин В.И. Вопросы энергопотребления массовых лифтовых приводов // Лифт, 2010. №9. С. 21-25.

10. Грачева Е.В., Витчук П.В. Анализ методов определения энергопотребления лифта // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные и путевые машины и робототехнические комплексы: Матер. межд. науч.-техн. конф. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. С. 44-46.

11. Азгальдов Г.Г. Квалиметрия для всех. М.: ИД ИнформЗнание, 2012. 165 с.

12. Анцев В.Ю., Витчук Н.А. Методика квалиметрической оценки качества производственных процессов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 8. Ч. 1. С. 324-331.

13. Энергосбережение и надежность работы лифтов. Официальный сайт компании «Европейские подъемные машины». [Электронный ресурс]. URL: http://superlebedka.ru/article2.htm (дата обращения: 14.11.2021).

Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Anzev@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk@bmstu.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»,

Славкина Екатерина Викторовна, старший преподаватель, Slavkina@bmtu.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»,

Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk.Natalya@mail.ru, Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,

Рейхерт Надежда Дмитриевна, студент, reikhert.nadia@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»

JUSTIFICATION METHOD OF CALCULATING THE ENERGY CONSUMPTION OF ELEVATORS BASED ON QUALIMETRIC ESTIMATES AND DETERMINATION OF ITS ACCURACY

V.J. Anzev, P.V. Vitchuk, E.V. Slavkina, N.A. Vitchuk, N.D. Reihert

The expediency of using the amount of electrical energy consumed by the elevator as one of the criteria for substantiating the technical and economic efficiency of the elevator in its design calculation is shown. An overview of the known methods for calculating the electrical energy consumed by the elevator is given. On the basis of qualimetry methods, the substantiation of the choice of the method for calculating the electric energy consumed by the elevator, which is preferable for the design calculation of the elevator, has been made. An assessment of the accuracy of the selected method for calculating the electrical energy consumed by the elevator has been carried out.

Key words: qualimetry, elevator, calculation, electric energy, energy efficiency.

Anzev Vitaliy Jur'evich, doctor of technical science, professor, manager of department, An-zev@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, docent, zzzVentor@yandex.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Slavkina Ekaterina Viktorovna, senior lecturer, Slavkina@bmstu.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical science, docent, vitchuk.natalya@mail.ru, Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky,

616

Reykhert Nadezhda Dmitriyevna, student, reikhert.nadia@yandex.ru, Russia, Kaluga, Bau-man Moscow State Technical University Kaluga Branch

УДК 629.488.2

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-617-621

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВАГОНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ

БУКС

АН. Шмойлов

Настоящая статья посвящена вопросам повышение качества технического обслуживания грузовых вагонов (на примере технологии работы парка "приема" пункта технического обслуживания вагонов). В работе выделены недостатки в существующей технологии технического обслуживания в парке "приема" при осмотре заходящего состава на пункт технического обслуживания вагонов. Предложена система контроля для выявления неисправностей буксовых узлов вагонов в автоматическом режиме. Уточнена комплектация основных элементов предлагаемой автоматизированной системы контроля технического состояния буксовых узлов грузовых вагонов.

Ключевые слова: неисправности грузовых составов, ходовые части, осмотр, контроль неисправностей, автоматизированная система контроля.

Задача организации технического обслуживания и ремонта вагонов - бесперебойное обеспечение перевозок технически исправным подвижным составом с минимальными затратами на его текущее содержание. Эффективность работы вагонного парка во многом определяется высокой надежностью его технических средств. Постоянно совершенствуется его структура, он пополняется более совершенными по конструкции и надежности вагонами, увеличивается доля специализированного подвижного состава. С повышением объемов перевозок повышается интенсификация эксплуатации вагонов в перевозочном процессе, вместе с тем появляется необходимость увеличивать нагрузку на ось вагона. Все это ведет к ускоренному старению вагонного парка и необходимости совершенствования системы технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов. В настоящее время система технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов призвана обеспечить поддержание их технико-экономических показателей на должном уровне, однако, несмотря на принимаемые в последнее время меры эксплуатационная надежность вагонов грузового парка пока не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к железнодорожному транспорту. Необходимо научно обосновать и практически реализовать такое количество обслуживаний, ремонтов и их объемов, которые бы обеспечивали заданную эксплуатационную надежность (вероятность безотказной работы, параметр потока отказов, наработку на отказ, затраты труда на восстановление работоспособности и т. д.) при минимальных экономических показателях [1].

Как известно, наибольшее количество аварий, крушений происходит из-за неисправностей ходовых частей подвижного состава, перегрева и разрушения буксовых роликовых подшипников, колес и литых деталей тележек, обрывов клина тягового хомута и хвостовиков автосцепок, саморасцепа автосцепок, обрыва и падения деталей вагонов на путь [1].

Было изучено количество отцепленных вагонов в текущий отцепочный ремонт за 2020г. и 2021г. по эксплуатационному вагонному депо. Преобладают неисправности по следующим основным узлам ходовых частей грузовых вагонов: колесная пара и буксовый узел.

Буксы являются важнейшими элементами ходовых частей вагона, от надежности которых во многом зависит безопасность движения поездов.

При движении поезда из-за трения подшипника об ось выделяется тепло, которое рассеивается несколькими путями: через шейку оси на колесо и ось и через подшипник на корпус буксы [2].

При неисправностях подшипников температура повышается.

Поэтому работоспособность буксовых узлов определяется главным образом температурой нагрева подшипников и шейки оси.