Введение к работе
Актуальность темы. Лифты и подъемники являются одним из самых распространенных видов транспорта, предназначенного для безопасного и комфортного перемещения людей и грузов.
За последние годы существенно расширилась номенклатура лифтов и подъемников (далее по тексту лифтов), имеющих различные конструктивные исполнения, усовершенствованные системы безопасности, современные системы управления и мониторинга, и эксплуатирующихся в различных условиях.
В процессе эксплуатации лифтов происходит снижение уровня их надежности, обусловленное влиянием различных механических, физических, химических и других факторов.
К методам, повышающим надежность лифтов, относятся: мониторинг технического состояния лифтов на основе контроля параметров движения лифтов, включая штатные, нештатные и аварийные режимы торможения; совершенствование инженерных решений, связанных с конструкциями лифтов и их систем безопасности. Своевременное обнаружение отклонений характеристик движения лифтов от номинальных значений приведет к уменьшению вероятности отказов лифтов, существенному снижению числа аварий, их сложности и критичности.
Процессы движения лифтов характеризуются временными зависимостями перемещения, скорости и ускорения, а также определяющими их силами, препятствующими или способствующими перемещению. Отсюда следует, что контроль технического состояния невозможен без математических моделей процессов движения лифтов, включая все виды торможения, связывающих изменение параметров процессов торможения и измеряемые физические величины: перемещение; скорость; ускорение; коэффициент трения; сила нормального давления в тормозной паре. Имеющиеся в настоящее время математические модели не в полной мере устраивают потребителя, так как не учитывают ряд физических факторов. Следует заметить, что разработка новых и совершенствование известных способов оценки параметров движения позволит повысить достоверность информации о техническом состоянии лифтов.
Для всех существующих типов лифтов предусматриваются ограничения на максимальные значения скорости движения, ускорения, перемещения, времени торможения. Контролируемые в настоящее время параметры недостаточно характеризуют текущее техническое состояние лифтов. Для повышения достоверности оценок технического состояния необходимо дополнение существующих информативных параметров новыми, для которых должны быть разработаны соответствующие алгоритмы обработки информации.
Существенный вклад в повышение надежности лифтов и подъемников внесли кафедры «Механическое оборудование, детали машин и технология металлов» и «Строительные и подъемно-транспортные ма-
шины» МГСУ, ВНИИНМА НИО-117, ПКБ Карачаровского механического завода и Щербинского лифтостроительного завода и др. Имеющиеся в литературных источниках данные позволяют сделать вывод о том, что для обеспечения потребительских характеристик лифтов (безопасности, надежности, комфортности), соответствующих современным требованиям, необходима разработка новых и совершенствование известных конструкций лифтов, их систем управления и безопасности.
Следовательно, тема диссертационных исследований является актуальной. Актуальность работы подтверждается тем, что она выполнена в рамках тематического плана научно-исследовательских работ Томского государственного архитектурно-строительного университета по заданию Министерства образования и науки Российской Федерации (НИР № 01.2012.52782).
Объект исследования - лифты и подъемники.
Предмет исследования - методы повышения надежности лифтов и подъемников.
Целью работы является повышение надежности лифтов и подъемников за счет: качественной оценки текущего технического состояния лифтов на основе усовершенствованных математических моделей процессов аварийного торможения лифтов; новых методов оценки параметров движения лифтов; алгоритмов обработки экспериментальной информации; новых инженерных решений в области систем безопасности лифтов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Усовершенствовать математическую модель процесса экстренного торможения лифтов и подъёмников с учетом зависимости коэффициента трения соприкасающихся поверхностей от скорости и временной зависимости силы нормального давления в тормозной паре - ловитель -направляющая от времени.
-
Разработать алгоритмы оценки параметров торможения лифтов и подъемников по экспериментальному временному распределению ускорения.
-
Усовершенствовать математическую модель процесса аварийного торможения лифтов введением в неё упругого элемента.
-
Доказать возможность оценки относительных перемещений лифтов на основе анализа потока фотоизображений с высокой точностью.
-
Разработать инженерные решения в области систем безопасности лифтов.
Методология и методы исследования. При проведении исследований применялись методы решения дифференциальных уравнений, методы теоретической механики, методы статистического моделирования, статистические методы обработки экспериментальных данных.
Научная новизна заключается:
1. В усовершенствовании многопараметрической математической модели процесса аварийного торможения лифтов, основанном на учете зависимости коэффициента трения соприкасающихся поверхностей тор-
мозной пары от скорости и зависимости силы нормального давления в тормозной паре от времени.
-
В совершенствовании математической модели аварийного торможения лифта с посадкой на ловители, учитывающем наличие упругого элемента.
-
В разработке алгоритмов оценки параметров штатного торможения лифтов (продолжительности переходных процессов, продолжительности интервала равнозамедленного движения, максимального ускорения, уровней флуктуации ускорения) для временного распределения ускорения лифта для режима с ограничением по ускорению.
-
В доказательстве возможности оценки относительного перемещения лифтов на основе анализа потока фотоизображений оптического маяка с погрешностью 1-2 мм в диапазоне от 0 до 4 метров.
-
В разработке новых инженерных решений в области систем безопасности лифтов.
Практическая ценность работы заключается в математических соотношениях параметров, связующих параметры торможения (скорость, перемещение, ускорение) и характеристик систем аварийного торможения, в доказательстве возможности оценки относительных перемещений лифтов по анализу временного потока фотоизображений оптического маяка, что позволяет осуществлять мониторинг лифтового оборудования без дополнительного вмешательства в конструкцию, в разработке систем безопасности лифтов, ловителей, ограничителей скорости (патенты РФ 110364, 2010119975, 102000, 85154, 127053, 132430), позволяющих повысить безопасность и надежность лифтов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследования, основанной на фундаментальных теоретических положениях, с соблюдением основных принципов математического моделирования, проверкой адекватности построенных моделей, совпадением расчетных данных, полученных предложенными методами, с собственными экспериментальными данными и данными других авторов, измерением физических величин с погрешностью не превышающей 0,5 %.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований используются ООО «Союзлифтмонтаж» г. Томск и АНО ИКЦ «Котлонадзор» при обследовании лифтов и подъемников различных типов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются при чтении курсов лекций «Лифты и подъемники», «Нераз-рушающие методы испытаний», а так же при проведении практических и лабораторных работ студентами на механико-технологическом факультете в ФГБОУ ВПО «ТГАСУ» (направления подготовки: 190100 - Наземные транспортно-технологические комплексы; 270800 - Строительство).
Личный вклад автора. Автору принадлежит поиск путей решения задач, поставленных научным руководителем, разработка математических моделей процессов торможения лифтов, планирование и проведение экспериментов, интерпретация и обобщение результатов расчетов, натурных и численных экспериментов.
Все основные результаты в работе получены впервые и являются оригинальными.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Многопараметрическая математическая модель процесса аварийного торможения лифтов и подъёмников, учитывающая зависимость коэффициента трения соприкасающихся поверхностей тормозной пары от скорости и зависимость силы нормального давления в тормозной паре от времени.
-
Математическая модель процесса аварийного торможения лифтов с учётом упругого элемента.
-
Алгоритмы оценки параметров торможения лифтов по временному распределению ускорения лифта для режима с ограничением по ускорению.
4. Доказательство возможности оценки параметров торможения
лифтов и подъёмников на основе анализа потока фотоизображений.
5. Инженерные решения на основе систем безопасности аварийного
торможения лифтов и подъемников.
Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты обсуждались на международных конференциях студентов и молодых ученых. «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, ТПУ, 2011, 2013 г.г.); на международных научно-технических конференциях «Интер-строймех» - 2009, 2011-2013 г.г., на семинарах кафедр: строительных и дорожных машин ТГАСУ (2013 г.); строительных и подъемно-транспортных машин МГСУ (2013 г.).
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует пункту 1 «Теория и методы исследования процессов, влияющих на техническое состояние объектов машиностроения, способы управления этими процессами», пункту 3 «Теория и методы обеспечения надежности объектов машиностроения», пункту 4 «Методы исследования и оценки технического состояния объектов машиностроения, в том числе на основе компьютерного моделирования» паспорта специальности 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин», технические науки.
Публикации. Результаты выполненных исследований отражены в 15 печатных работах, включая 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. По теме диссертации получено 5 патентов на полезные модели и 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 113 страниц машинописного текста состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка использованных источников из 100 наименований, 20 рисунков, 13 таблиц и 8 приложений.
