Научная статья на тему 'Расчет вероятности безотказной работы привода лифта'

Расчет вероятности безотказной работы привода лифта Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
98
17
Поделиться
Ключевые слова
ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ / ЛИФТ / ПРИВОД / ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ / ПРОЕКТИРОВАНИЕ / РАСЧЕТ / RELIABILITY FUNCTION / ELEVATOR / DRIVE / RELIABILITY INDICATORS / DESIGN / CALCULATION

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Анцев Виталий Юрьевич, Витчук Павел Владимирович, Раевский Владимир Алексеевич, Заярный Сергей Леонидович

Показано, что при проектировании лифтов, кроме кинематических и прочностных расчетов, целесообразно провести расчет основных показателей надежности. Проведение такого расчета затруднено в связи с неполнотой и противоречивостью исходных данных, приводимых в известной литературе, что приводит к необходимости введения в расчет большого числа допущений. С целью иллюстрации рассуждений, которые могут быть использованы при расчете показателей надежности лифтов, рассмотрен пример расчета вероятности безотказной работы привода лифта.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Анцев Виталий Юрьевич, Витчук Павел Владимирович, Раевский Владимир Алексеевич, Заярный Сергей Леонидович,

CALCULATION OF RELIABILITY FUNCTION OF ELEVATOR’S DRIVE

It was Shown, that when designing lift systems in general and their elements, it is desirable to perform a probabilistic calculation of the main reliability indicators in addition to deterministic calculations of the strength reserves. Calculation of reliability function of elevators is usually difficult, due to the fact that information on the values of individual indicators, cited in the literature, are incomplete and contradictory. Such initial data necessitate the introduction of various assumptions into account. To visualize the logical reasoning that can be used to calculate the reliability of elevators, the article gives an example of calculating the reliability function of the elevator’s drive.

Текст научной работы на тему «Расчет вероятности безотказной работы привода лифта»

УДК 621.86

РАСЧЕТ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ

ПРИВОДА ЛИФТА

В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, В. А. Раевский, С. Л. Заярный

Показано, что при проектировании лифтов, кроме кинематических и прочностных расчетов, целесообразно провести расчет основных показателей надежности. Проведение такого расчета затруднено в связи с неполнотой и противоречивостью исходных данных, приводимых в известной литературе, что приводит к необходимости введения в расчет большого числа допущений. С целью иллюстрации рассуждений, которые могут быть использованы при расчете показателей надежности лифтов, рассмотрен пример расчета вероятности безотказной работы привода лифта.

Ключевые слова: вероятность безотказной работы, лифт, привод, показатели надежности, проектирование, расчет.

Расчет основных показателей надежности лифтов затруднен тем, что сведения о численных значениях отдельных показателей практически отсутствуют в известной литературе, что приводит к необходимости введения в расчет большого числа допущений и использования усредненных значений этих показателей. В результате итоги расчета оказываются приближенными. Тем не менее, они позволяют провести «прикидочную» оценку надежности лифта.

Теоретические основы расчета показателей надежности грузоподъемных машин изложены В.И. Брауде и Семеновым Л.Н. [1], остановимся на практической стороне вопроса. В качестве основного показателя надежности объекта, как правило, принимают вероятность безотказной работы. Поэтому с целью иллюстрации рассуждений, которые могут быть использованы при определении основных показателей надежности лифтов, рассмотрим пример расчета вероятности безотказной работы привода пассажирского лифта (рисунок). Структурная схема привода лифта состоит из 7 элементов, соединенных последовательно, то есть в случае отказа любого из элементов происходит отказ привода.

Предположим, что требовалось рассчитать и подобрать элементы привода лифта для 9-этажного жилого здания с максимальной высотой подъема кабины 24 м (до 9-го этажа) и минимальной высотой подъема 3 м (до 2-го этажа). В результате кинематических и прочностных расчетов был получен привод лифта, обеспечивающий скорость движения кабины 1 м/с и грузоподъемность 400 кг. Привод состоит из следующих элементов: электродвигатель АС-62-6/18ТГ128, редуктор РГЛ-150-59, тормоз МП-201, муфта МУВП-Т300 (с тормозным шкивом), канатоведущий шкив 0620 мм, отводной блок 0430 мм, 5 канатов 10-ГЛ-В-Ж-Н-Т-1570 по ГОСТ 3077-80.

Вероятность безотказной работы полученного привода будем рассчитывать за один год.

Схема механизма подъема лифта:

1 - электродвигатель; 2 - червячный глобоидный редуктор; 3 - тормоз колодочный с электромагнитом; 4 -муфта типа МУВП-Т (с тормозным шкивом); 5 - канатоведущий шкив; 6 - отводной блок;

7 - канат; 8 - кабина; 9 - противовес

Количество часов работы в год механизмов грузоподъемных, строительных и дорожных машин принято определять по формуле [2]

^8760-^-^-ПВ, (1)

где Кш и КИС - коэффициенты использования календарного времени года и суток соответственно; ПВ - продолжительность включения.

Для лифтов значения этих коэффициентов в литературе отсутствуют. Поэтому для расчета количества часов работы привода лифта в год воспользуемся рекомендациями [3]

г = 365?,

СС :

где ?СС - среднесуточное время работы лифта, час.

Получим

?СС = ?СРПСР

(2)

(3)

где ?СР - среднее время рейса лифта, час; ПСР - среднее количество рейсов лифта в сутки;

и

(4)

СР

и

3600К

Н

где иСР - средний пробег лифта за один рейс, м; УН - номинальная скорость лифта;

И + И

ИСР = тах ^ тт , (5)

где Итах и Ит1п - максимальная и минимальная высота подъема лифта соответственно, м.

После подстановки формул (3)-(5) в формулу (2) получим

И + И I » 0,0507-^-^ПСР .

V СР

КН

В [3] даны сведения, что количество рейсов лифта в сутки, установленного в 9-этажном жилом здании, составляет 420, тогда

24 + 2

г = 0,0507---420 » 575 час.

1

1. Электродвигатель. В приводах серийно выпускаемых отечественных лифтов наиболее часто применяют двухскоростные электродвигатели серий АС, 4АМН, 5АН, 5АН(Ф) с червячным редуктором, односкоро-стные двигатели с червяным редуктором (АЧ13286, АЧ180М6, АЧ132М4 и др.), также механизм подъема может быть выполнен с односкоростным электродвигателем по безредукторной схеме (АЧ200ЬБ8, АЧ200ЬС8 и др.) [4, 5]. Для рассматриваемого в данном примере электродвигателя АС-62-6/18ТГ128 в [6] приводятся сведения, что вероятность его безотказной работы равна 0,9 при 10000 час. наработки. Пусть справедлив экспоненциальный закон надежности, тогда получим

( 1Л4 Л

Р (104 ) = ехр

104

V

0,9, (6)

Т ,

где Т1 - средняя наработка на отказ электродвигателя, час.

По формуле (6) найдем

= 104 = 9,5 .ю4.

1 1п0,9 (-0,105)

2. Редуктор. Для расчета вероятности безотказной работы редуктора могут быть использованы значения гамма-процентных ресурсов его элементов. В соответствии с [7] 90 %-ный ресурс глобоидного зацепления и подшипников, устанавливаемых на валах редукторов с глобоидным зацеплением, составляет Т2 = 10000 час. Вероятность безотказной работы редуктора за один год получим на основе расчета значений вероятностей безотказной работы подшипников, установленных на быстроходном и тихоходном валах, а также червячного зацепления. Доля использованного ресурса подшипников и зацепления, рассчитанных на 10000 часов, но отработавших один год, составит [8 - 10]

у = */Т2 = 575/10000 = 0,0575.

2.1. Подшипники быстроходного вала. Вероятность безотказной работы подшипников определяют по закону Вейбулла [8 - 10]

118

P2.1 (T2 ) = eXP

g

. 1,34

5,35

exp

0,0575 5,35

,1,34

0,986.

2.2. Подшипники тихоходного вала. На тихоходном валу редуктора установлен канатоведущий шкив, на котором при помощи канатов подвешены кабина с грузом и противовес. Поэтому при выборе редуктора привода лифта помимо значений требуемого передаточного отношения и передаваемого крутящего момента учитывают также величину действующей консольной нагрузки [5, 11]. При таком расчете, как правило, имеется недогрузка редуктора. Пусть консольная нагрузка по каталогу составляет [ Р ] = 32 кН, а фактическая консольная нагрузка, полученная в результате расчета равна ^ = 28 кН. В этом случае получается, что подшипник взят с запасом, то есть его ресурс увеличивается в соответствии с кубической зависимостью, так как показатель степени кривой выносливости подшипника т = 3 [8 - 10]

32

Т = 1 2.2

f F *

Отношение Т

есть получим 0,0575

2.2 / Т: новое

[ F ]

Т=

Т2

Т0 » 0,67Т0

g

0,67 ходного вала

в 0,67 раза меньше, чем g = t/T2 = 0,0575, то значение доли использованного ресурса

0,0858. Вероятность безотказной работы подшипников тихо-

P2.2 (T2.2 ) = eXP

g

/ Л

1,34

5,35

= eXP

0,0858 5,35

1,34

0,99.

2.3. Глобоидное зацепление. В целях упрощения считаем, что зацепление равнонадежно подшипникам быстроходного вала:

Р2.3 (Т ) = Р2л (Т2)» 0,986.

2.4. Общая вероятность безотказной работы редуктора

P ■ P ■ P

' 2.1 2.2 2.3

0,986 ■ 0,99 ■ 0,986 » 0,96.

3. Тормоз. В конструкции тормозов пассажирских лифтов МП-201 применяют короткоходовые электромагниты с допустимой частотой включений 720 1/час [11]. Однако по соображениям износостойкости частоту включений электромагнита ограничивают [12]. В этом случае при колебаниях напряжения сети в пределах 85...105 % от номинального электромагниты имеют вероятность безотказной работы около 0,95 за один год эксплуатации [11]. Как правило, в приводах лифтов тормоза имеют ПВ=40 % [13]. Лифт используется круглогодично, возможные задержки в работе лифта учитывают коэффициентом к1 = 1,05...1,1 [14].

В предположении об экспоненциальном законе распределения

Р (575) = ехр

575Л

Т Т3

= 0,95 ^ Т3 »1,12 -104 час.

Наиболее вероятные отказы электромагнита - пробои межвитковой изоляции катушки. Они возникают в результате старения изоляции, появления трещин, осыпания лака и ткани. Этому способствуют нагрев и вибрация катушки. Если тормоз настраивают на меньший тормозной момент М т, то усилие пружины уменьшится, ток катушки, ее нагрев и вибрация также уменьшатся, а наработка на отказ катушки увеличится в соответствии с квадратичной зависимостью [1, 11] Т33 = Т3 (Мт /Мт) . Пусть (гипотетически) М Ттах = 2М т, тогда Т3 = Т3 (2МТ / Мт )2 = 4Т3. В результате

получим т3 = 4 -1,12 • 104 » 4,48 • 104.

4. Муфта МУВП с тормозным шкивом и колодками тормоза. Полагаем, что при проведении технического обслуживания производят периодическую замену изношенных втулок муфты и колодок тормоза. Задир тормозного шкива, приводящий к преждевременному износу колодок, считаем внезапным отказом, вероятность которого распределена по экспоненциальному закону с параметром Т4. Условно считаем муфту и фрикционную пару равнобезотказными катушке электромагнита Т4 »т3 = 4,48 • 104.

5. Канатоведущий шкив. При проведении технического обслуживания измеряют износ ручьев канатоведущего шкива. При достижении предельного износа ручьев канатоведущий шкив подлежит замене или ремонту. Случайные отказы (образование сколов и трещин, преждевременный износ, обусловленный разрушением пружин подвески) считаем маловероятными [15, 16], поэтому примем Р5 (1 год)» 0,99.

6. Отводной блок. Условно считаем отводной блок равнобезотказ-ным канатоведущему шкиву Р6 (1 год) » 0,99.

7. Канат с креплениями. При подконтрольной эксплуатации обрывы проволок каната подсчитывают и фиксируют. При достижении браковочного числа обрывов проволок каната его меняют. В таком случае внезапные отказы каната считаем маловероятными. Примем Р7 (1 год)» 0,99.

Результаты расчета основных показателей надежности привода лифта сведем в таблицу.

8. Вероятность безотказной работы привода в целом

Наработка на отказ элементов 1, 3 и 4:

1 = 1 ■ 1 ■ 1 = 1 ■ 1 ■ 1 »0,55-10-4.

Т134 Т Т3 Т4 9,5 -104 4,48 -104 4,48 -104

Откуда Т134 »1,8 10 час.

Вероятность безотказной работы элементов 1 и 3

575 л

Р1,3,4 (?) = Р1,3,4 (1 год) =Р1,3,4 (575 час) =еХР

1,8 104

0,97.

Тогда вероятность безотказной работы привода лифта РП = Р134 • р2 • р5 • Р6 • р7 = 0,97 • 0,96 • 0,994 » 0,9.

Результаты расчета показателей надежности привода лифта

Элемент Наиболее вероятные отказы Проявление отказа Р или Т

Электр одвигатель Межвитковое замыкание обмоток Нагрев, запах Т = 9,5 -104 час

Редуктор Износ подшипников и зацепления Шум, вибрация, нагрев Р2 = 0,96

Электромагнит тормоза Межвитковое замыкание катушки Не растормаживается шкив Т3 = 4,48 -104 час

МУВП и колодки тормоза Задир шкива износ колодок Увеличен тормозной путь Т4 = 4,48 -104 час

Канатоведущий шкив Сколы, трещины - Р5 = 0,99

Отводной блок Сколы, трещины - Р6 = 0,99

Канат Обрыв пряди Образование петли Р7 = 0,99

Тогда средняя наработка на отказ привода лифта

575

РП (1 год) = ехр

575

Т

V ТП у

0,9 ^ Т

П

1п (0,9)

5460 час.

Параметр потока отказов привода лифта в целом составит

о»п = —=

575

ТП 5460

0,11 1/год.

В результате проведенных расчетов можно сделать следующие выводы.

1. Вероятность безотказной работы рассмотренного привода лифта в течение 1 года эксплуатации составляет 0,9.

2. Привод лифта будет иметь показатель отказов, равный 0,11. Это означает, что привод лифта будет иметь примерно один отказ за 10 лет эксплуатации. Поэтому считаем показатель безотказности привода достаточно высоким.

3. Расчетная вероятность безотказной работы привода лифта столь высока по ряду причин:

- элементы, из которых составлен привод лифта, выбирали из каталога «с запасом»;

- постепенные (износовые) отказы не учитывали, так как они предупреждаются за время технического обслуживания и ремонта;

- отказы, связанные с нарушением норм безопасной эксплуатации лифтов и вандальными действиями пассажиров, были отнесены не к отказам лифтов, а к отказам других систем.

Список литературы

1. Брауде В.И., Семенов Л.Н. Надежность подъемно-транспортных машин. Л.: Машиностроение, 1986. 183 с.

2. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин. М.: Высшая школа, 1979. 400 с.

3. МР 10-72-04. Методические рекомендации по обследованию технического состояния и расчету остаточного ресурса с целью определения возможности продления срока безопасной эксплуатации лифтов. М., 2004. 37 с.

4. Афонин В.И. Параметры двигателей привода массовых лифтов // Лифт. 2008. №6. С.63-67.

5. Витчук П.В. Расчет механизма подъема лифта. Калуга: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2017. 72 с.

6. Шлет Н.А. Прогнозирование эксплуатационной надежности асинхронных двигателей для лифтов: дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2015. 214 с.

7. ГОСТ Р 50891-96. Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. 25 с.

8. Приводы машин: справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш; под ред. В.В. Длоугого. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1982. 383 с.

9. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 560 с.

10. Фомин М.В. Расчеты опор с подшипниками качения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 98 с.

11. Крановое электрооборудование: справочник / Ю.В. Алексеев [и др.]; под ред. А.А. Рабиновича. М.: Энергия, 1979. 240 с.

12. ГОСТ 19264-82. Электромагниты управления. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1988. 32 с.

13. Архангельский Г.Г., Ионов А. А. Основы расчета и проектирования лифтов. М.: МИСИ, 1985. 74 с.

14. ГОСТ Р 52941-2008 (ИСО 4190-6:1984). Лифты пассажирские. Проектирование систем вертикального транспорта в жилых зданиях. М.: Стандартинформ, 2008. 15 с.

15. Анцев В.Ю., Сероштан В.И., Витчук П.В. Многовариантный подход к определению параметров канато-блочной системы лифта // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 10. С. 71-78.

16. Витчук П.В., Сероштан В.И., Самосьев П.В. Диагностирование привода лифта // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 7. С. 184-194.

Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой An-zev@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доц., zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),

Раевский Владимир Алексеевич, канд. техн. наук, доц., var-77@,mail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),

Заярный Сергей Леонидович, канд. техн. наук, доц., texnakon@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)

CALCULA TION OF RELIABILITY FUNCTION OF ELEVA TOR- 'S DRIVE V.J. Anzev, P. V. Vitchuk, V.A. Raevskij, S.L. Zajarnyj

It was shown, that when designing lift systems in general and their elements, it is desirable to perform a probabilistic calculation of the main reliability indicators in addition to deterministic calculations of the strength reserves. Calculation of reliability function of elevators is usually difficult, due to the fact that information on the values of individual indicators, cited in the literature, are incomplete and contradictory. Such initial data necessitate the introduction of various assumptions into account. To visualize the logical reasoning that can be used to calculate the reliability of elevators, the article gives an example of calculating the reliability function of the elevator's drive.

Key words: reliability function, elevator, drive, reliability indicators, design, calculation.

Antsev Vitaliy Jur 'evich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, An-zev@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

123

Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, zzz Ventor@yandex. ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (Kaluga Branch),

Raevskiy Vladimir Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, var- 7 7amail. ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (Kaluga Branch),

Zajarnyj Sergej Leonidovich, candidate of technical sciences, docent, texnakon 'a yandex. ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (Kaluga Branch)

УДК 621.315.1 (083.96)

О ГАСИТЕЛЕ ПЛЯСКИ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛЭП

А. А. Виноградов, А.Н. Данилин, Е.Л. Кузнецова, Н.Н. Курдюмов, С.С. Тарасов

Приведено краткое описание конструкции и принципа действия гасителя пляски TDD (Torsional Damper and Detuner), предназначенного для установки на расщепленные провода воздушных ЛЭП 330-500-750 кВ. Дано описание стенда для определения эффективности энергорассеяния гасителя. Представлены некоторые результаты экспериментальных исследований.

Ключевые слова: провода расщеплённой фазы, пляска, гаситель пляски, эффективность энергорассеяния, экспериментальный стенд

Введение. Ветровой поток вызывает колебательные движения проводов воздушных ЛЭП и появление в них переменных динамических напряжений. Для защиты проводов от колебаний используют специальные устройства - демпферы, основным назначением которых являются снижение и рассогласование (расстраивание) динамических нагрузок на провода вследствие частичного рассеяния и перераспределения энергии колебаний.

Разработка гасителей низкочастотных колебаний, обеспечивающих эффективное демпфирование и рассогласование связанных изгибно-крутильных колебаний проводов, представляет значительный практический интерес. Прежде всего, это актуально в разработках систем энергобезопасности и надёжности для воздушных ЛЭП, которые подвергаются воздействию ветра в условиях обледенения. Не менее важными являются задачи, связанные с уменьшением динамических нагрузок на провода и кабели воздушных линий информационно-телекоммуникационного обеспечения.