CC BY
106
Витчук Павел Владимирович, ст. преп., zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»
FACTORS AFFECTING THE TECHNICAL CONDITION AND DIAGNOSIS
OF ELEVATOR CABLES
V.I. Seroshtan, P.V. Vitchuk
Considered factors affecting the technical condition and diagnosis of elevator cables. Given typical failures of steel cables and methods of their detecting.
Key words: diagnosis, cable, cable sheave, elevator, failure.
Seroshtan Vladimir Ivanovich, candidate of technical science, docent, SWI77@yandex.ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,
Vitchuk Pavel Vladimirovich, senior lecturer, zzzVentor@ya.ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University.
Получено 28.06.2013 г.
УДК 621.86
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ РАВНОВЕСНОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РУЧЬЕВ ЛИФТОВЫХ КАНАТОВЕДУЩИХ ШКИВОВ
В.Ю. Анцев, П.В. Витчук
Рассмотрены существующие аналитические зависимости для определения величины равновесной шероховатости рабочей поверхности ручьев лифтовых канатоведущих шкивов. Проведена экспериментальная проверка их применимости.
Ключевые слова: изнашивание, канатоведущий шкив, лифт, равновесная шероховатость, ручей.
Подавляющее большинство находящихся в эксплуатации в России на сегодняшний день лифтов включают в свою конструкцию канатоведущий шкив. Усилие для подъема кабины таких лифтах создается на основе фрикционного взаимодействия между рабочими поверхностями тягового каната и ручья канатоведущего шкива. Это обуславливает изнашивание последних, что приводит к снижению точности позиционирования кабины на этажах, рывкам в процессе ее движения и к снижению долговечности канатоведущего шкива и тяговых канатов [1, 2].
На долговечность лифтовых канатоведущих шкивов оказывает влияние большое количество разнообразных факторов имеющих место на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации. В первую очередь эти факторы связаны с процессом изнашивания рабочей поверхности ручья канатоведущего шкива [3].
Первоначальные расчетные зависимости [4] для определения интенсивности изнашивания учитывали влияние на нее только твердости. Однако Крагельским И.В. показано [5, 6], что на процесс изнашивания влияют следующие факторы: удельная нагрузка (номинальное давление), упругие свойства материала (модуль упругости), прочностные свойства материала (параметр фрикционной усталости и показатель кривой фрикционной усталости при упругом контакте), фрикционные свойства сопряжения (коэффициент трения), шероховатость и волнистость поверхностей, температурно-скоростной фактор.
Выделяют три стадии процесса изнашивания: приработка, установившийся режим и катастрофический износ [6]. В процессе приработки выступы на контактирующих поверхностях меняют свою форму. При этом первыми контактируют пары противолежащих выступов, имеющие наибольшие суммы высот. С увеличением нагрузки в контакт вступают пары выступов с меньшими суммарными высотами. Деформация выступов носит сначала упругий характер, а при превышении предела упругости - упруго-пластический (сам выступ деформируется пластически, а основание материала, на котором он расположен, - упруго). Процесс приработки характеризуется более интенсивным изнашиванием контактирующих поверхностей и постоянным изменением их микрогеометрии.
После приработки трущихся поверхностей устанавливается так называемая равновесная шероховатость, характеризующая заданные условия трения и имеющая свойства не изменяться и воспроизводиться в процессе изнашивания. Исходная шероховатость при этом не оказывает влияние на равновесную шероховатость.
Согласно [6] величина равновесной шероховатости ручья канатоведущего шкива может быть определена
Ra = 32 •
а
•04 •
эф )
Pк
(1)
5
1
3
4
где То - сдвиговое сопротивление при экстраполяции нормального давления к нулю, аэф - коэффициент гистерезисных потерь при сложном напряженном состоянии, 0 - упругая постоянная материала канатоведущего шкива, pк - величина контактного давления между рабочими поверхностями тягового каната и ручья канатоведущего шкива.
Согласно [6]:
аэф = 2,5аг, (2)
где аг - коэффициент гистерезисных потерь при простом растяжении-сжатии.
0 = (3)
Е
где т и Е - коэффициент Пуассона и модуль упругости материала канатоведущего шкива соответственно.
Таким образом, изменение величины равновесной шероховатости рабочей поверхности канатоведущего шкива в процессе изнашивания можно выразить через изменение величины контактного давления между рабочими поверхностями каната и канатоведущего шкива по соответствующим зависимостям. Для шкива, изготовленного из СЧ-30, выражение (1) принимает вид [7]
1 г и-1 1
Ra = Ramin - cos a 4 = 38,5 -
T
П -
4 •cosa 4 , (4)
^ан • ^КВШ
где Ramin - равновесная шероховатость на оси симметрии профиля ручья, a - угол обхвата канатом канатоведущего шкива, П - характеристика профиля ручья, T - наибольшая сила натяжения ветви тяговых канатов, dкан - диаметр тягового каната, ^КВШ - диаметр канатоведущего шкива.
гг 16
П = —^- для полукруглого ручья;
р- (5 + sin 5) (5)
16 • cos—
П = ———---------—f——— - для полукруглого с подрезом ручья; (6)
р • (5 - b + sin 5 - sin b) W
16
П
p-
p г p ^
— g+ sin _ 2 12-g JJ
для клинового ручья.
(7)
где 8 - угол контакта тягового каната и ручья, Ь - угол подреза, у - угол клина.
Применимость выражения (4) для ручьев полукруглой формы поперечного сечения была экспериментально доказана Д.А. Сусловым [7] на основе измерения величины шероховатости рабочих поверхностей ручьев соответствующих моделей шкивов. Значения параметров шероховатости определялось по профилограммам, полученным при помощи профилогра-фа-профилометра «Калибр» мод. 252 и сравнивалось с расчетным значением (таблица).
Применимость выражения (4) для других профилей ручьев канатоведущего шкива определялась на основе измерения величины равновесной шероховатости рабочих поверхностей ручьев канатоведущих шкивов реальных лифтов.
Параметры шероховатости модели КВШ с ручьями полукруглого профиля [7]
Номер сечения Параметры шероховатости
Ra, мкм Sm, мкм % ©х
1 1,5 0,1 40
2 1,4 0,08 40
3 1,6 0,11 55
среднее значение 1,5 0,1 45
С этой целью были выбраны четыре шкива (два диаметром 770 мм от лифтов модели П-320 и два диаметром 525 мм от лифтов модели ЛП-0401 Б), находившихся в эксплуатации и не подлежащих ремонту. Шкивы данных типоразмеров составляют подавляющее большинство (порядка 80 %) всех канатоведущих шкивов, находящихся в эксплуатации. Как отмечалось ранее, форма ручья клинового профиля поперечного сечения преобразуется с течением износа в полукруглую с переменным углом подреза. В этой связи канатоведущие шкивы для исследования были выбраны со значительной неравномерностью износа ручьев. Это позволило исследовать различные профили ручьев на одном и том же шкиве.
В силу значительных габаритов и массы КВШ не могут быть непосредственно установлены на существующие средства измерения шероховатости. Поэтому исследуемые шкивы были распилены при помощи угловой шлифовальной машины. Значения параметров шероховатости определялось по профилограммам, полученным на профилографе-профилометре «Абрис-ПМ7» (рис. 1).
В силу того, что непосредственное измерение характеристик профиля ручья канатоведущего шкива практически невозможно, то они были определены следующим образом: вырезанный элемент КВШ помещался поверхностью среза на стекло сканера изображений, после чего производилось сканирование данной поверхности. Сканированное изображение импортировалось в среду КОМРЛ8 3Б У.13, после чего графическими средствами определялись параметры профиля.
Значение величины равновесной шероховатости, измеренной при помощи профилографа-профилометра сравнивалось с расчетным значением шероховатости. Результат измерения оценивался наиболее распространенной мерой - средним значением Ra. Результаты сравнения представлены на рис. 2.
Рис. 1. Снятие профилограмм шероховатости рабочей поверхности
2,3
2,1
%
<£
1,9
1,7
80 85 90 95
в, градусы
Рис. 2. Результаты определения величины равновесной шероховатости рабочей поверхности ручья канатоведущего шкива
Отклонения измеренных величин от расчетных составили от -6,2 до 15 % , что, в-целом, приемлемо, так как влияние данных отклонений на результат конечного счета величины износа не превышает 1 %. То есть для расчета равновесной шероховатости рабочих поверхностей ручьев лифтовых КВШ можно рекомендовать зависимости (4-7).
Список литературы
1. Витчук П.В., Абрамов Д.Ю. К вопросу о долговечности канатно-
блочной системы лифта // Наука и образование: электронное научнотехническое издание. Инженерные науки. #11,
URL: http://technomag.edu.ru/doc/234034.html (дата обращения: 19.04.2013).
2. 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.
3. 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.
4. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. М.: Машгиз, 1955. 186 с.
5. Крагельский И.В, Михин И.П. Узлы трения машин: Справ. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
6. Трение, изнашивание и смазка. Справ. В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. 400 с.
7. Суслов Д.А. Увеличение долговечности канатоведущих лифтовых шкивов // Качество машин: Сб. тр. 4-й междунар. науч.-техн. конф. Т. 2. Брянск: БГТУ, 2001. С.241-245.
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой Anzev@tsu.tula.ru, Россия, Тула, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный
университет »,
Витчук Павел Владимирович, ст. преп., zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана».
DETERMINA TION OF EQUILIBRIUM ROUGHNESS OF SURFACE OF ELEVA TOR
CABLE SHEA VE ’S GROOVES
V.J. Anzev, P.V. Vitchuk
Considered the existing analytical expressions for determining the quantity of the equilibrium roughness of surface elevator cable sheave’s grooves. The experimental verification of their applicability is carry out.
Key words: wear process, cable sheave, elevator, the equilibrium roughness, groove.
Anzev Vitaliy Jur ’evich, Doctor of Technical Science, Professor, Head of Department, Anzev@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Vitchuk Pavel Vladimirovich, senior lecturer, zzzVentor@yandex.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
Получено 28.06.2013 г.
УДК 621.86/87
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТКАЗОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ
В.Ю. Анцев, А.С. Толоконников, А. Д. Горынин
Представлена методика количественной оценки риска возникновения отказа грузоподъемных кранов, базирующаяся на логико-вероятностных методах анализа риска и методе экспертных оценок. На её основе разработана автоматизированная система оценки риска отказа крана.
Ключевые слова: безопасность, мостовой кран, анализ риска, дерево отказов, автоматизация.
В настоящее время в России существует устойчивая тенденция роста числа и тяжести техногенных и природно-техногенных катастроф, основной причиной которых является использование физически изношенного технологического оборудования, в частности грузоподъемных кранов. В связи с этим возникает необходимость в создании комплексной системы управления безопасностью, составной частью которой является оценка их безопасности методами риск - анализа.
До последнего времени анализ безопасности проводился на основе методологии «абсолютной безопасности». Однако многочисленные техногенные катастрофы, показали, что концепция «абсолютной безопасности» неадекватна вероятностной природе аварий [1].
Таким образом, в сфере практической деятельности произошло осознание того, что абсолютно безопасный промышленный объект создать невозможно. В связи с этим, безопасность предлагается понимать как пребывание анализируемого опасного производственного объекта в условиях приемлемого (допустимого) риска, т. е. расчетный риск, определяемый вероятностными методами не должен превышать уровень приемлемого (допустимого) риска.
