Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Долговечность лифтовых канатоведущих шкивов – состояние вопроса 9
1.1. Краткий обзор конструкций лифтов 9
1.2. Описание конструкции типовой лифтовой лебедки с канатоведущим шкивом 12
1.2.1. Устройство и принцип работы 12
1.2.2. Канатоведущий шкив 13
1.2.3. Тяговый канат 16
1.3. Факторы, влияющие на долговечность канатоведущего шкива 21
1.3.1. Критерии работоспособности КВШ 21
1.3.2. Взаимосвязь между долговечностью КВШ и геометрическими параметрами КВШ и тяговых канатов 25
1.3.3. Влияние на долговечность КВШ технологических параметров изготовления 27
1.3.4. Влияние на долговечность КВШ условий его эксплуатации 29
1.4. Изнашивание ручьев канатоведущего шкива 29
1.5. Существующие пути повышения долговечности КВШ 31
1.5.1. Повышение долговечности КВШ на этапе проектирования 31
1.5.2. Повышение долговечности КВШ на этапе изготовления 33
1.5.3. Повышение долговечности КВШ на этапе эксплуатации 34
1.6. Взаимосвязь между долговечностью КВШ и тяговых канатов 35
1.7. Существующая методика расчета КВШ 40
1.8. Выводы по главе 42
Раздел 2. Моделирование износа канатоведущего шкива 43
2.1. Состояние вопроса 43
2.2. Моделирование изменений параметров канатоведущих шкивов в процессе изнашивания 2.2.1. Изменение параметров КВШ с ручьями полукруглой формы поперечного сечения 44
2.2.2. Изменение параметров КВШ с ручьями полукруглой формы поперечного сечения с подрезом 47
2.2.3. Изменение параметров КВШ с ручьями клиновой и клиновой с
подрезом форм поперечного сечения 49
2.3. Моделирование изменений микрогеометрии рабочей поверхности канатоведущего шкива в процессе изнашивания 53
2.4. Математическая модель износа канатоведущего шкива 55
2.4.1. Факторы, влияющие на интенсивность изнашивания 55
2.4.2. Реализация линейной интенсивности изнашивания 56
2.4.3. Реализация пути трения 59
2.5. Компьютерная модель износа канатоведущего шкива 66
2.6. Выводы по главе 72
Раздел 3. Дополнение математической модели износа КВШ 73
3.1. Состояние вопроса 73
3.2. Поправка модели, связанная с приработкой рабочих поверхностей КВШ и тяговых канатов 73
3.3. Проверка применимости выражения для учета изменения равновесной шероховатости рабочих поверхностей ручьев 75
3.4. Поправка модели, связанная с деформацией каната в ручьях клинового и клинового с подрезом профилей поперечного сечения 79
3.5. Поправка модели, связанная с изменением диаметра тягового каната при его вытяжке 84
3.6. Определение модуля упругости тяговых канатов лифта 90
3.7. Выводы по главе 97
Раздел 4. Повышение долговечности лебедки на основе выбора
рациональных геометрических параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов 99
4.1. Состояние вопроса 99
4.2. Выбор рациональных геометрических параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов 101
4.2.1. Постановка задачи 101
4.2.2. Идентификация параметров проектирования, факторов помех и их уровней 102
4.2.3. Составление плана эксперимента 105
4.2.4. Проведение эксперимента с параметрами проектирования и оценка выходной статистики 106
4.2.5. Определение новых значений параметров проектирования 108
4.2.6. Проверка факта улучшения выходной характеристики 115
4.3. Методика многовариантного расчета параметров КВШ и тяговых канатов 117
4.3.1. Расчет тяговых канатов 118
4.3.2. Расчет канатоведущего шкива 121
Общие выводы и результаты работы 124
Список литературы 126
Приложения 135
- Описание конструкции типовой лифтовой лебедки с канатоведущим шкивом
- Изменение параметров КВШ с ручьями полукруглой формы поперечного сечения с подрезом
- Проверка применимости выражения для учета изменения равновесной шероховатости рабочих поверхностей ручьев
- Проведение эксперимента с параметрами проектирования и оценка выходной статистики
Введение к работе
Актуальность темы. Лифт является безальтернативным средством вертикального перемещения людей в зданиях и сооружениях, а текущее состояние лифтового оборудования во многом определяет качество жизни населения страны. В настоящее время подавляющее большинство из 370 тысяч находящихся в эксплуатации в России лифтов состоит из кабины и противовеса, соединенных тяговыми канатами, а также привода (лебедки) и аппаратуры управления. Привод, в свою очередь, состоит из электродвигателя, тормоза, редуктора, канатоведущего шкива и защитного ограждения, смонтированных на опорной конструкции (рама и подрамник) с амортизаторами. Приводное усилие в лифтах с канатоведущими шкивами создается за счет фрикционного взаимодействия между тяговыми канатами и рабочей поверхностью ручьев ка- натоведущего шкива. Это обуславливает изнашивание последних.
Опыт эксплуатации лифтов показывает, что срок службы их канатоведущих шкивов в 2,5-5 раз меньше сроков службы электродвигателя, тормоза и редуктора, которые составляют 12-15 лет. Очевидно, что более короткие межремонтные периоды канатоведущего шкива ухудшают ремонтный цикл привода. Кроме того, ремонтные работы по восстановлению изношенных канатоведущих шкивов являются весьма продолжительными, трудоемкими и дорогостоящими.
Таким образом, очевидна необходимость улучшения ремонтного цикла привода лифта на основе повышения долговечности канатоведущего шкива до значений, сопоставимых с долговечностью электродвигателя, тормоза и редуктора, что является актуальной задачей, имеющей существенное значение для машиноведения, систем приводов и деталей машин. Решение данной задачи позволит запланировать один капитальный ремонт привода за назначенный срок службы лифта (25 лет), включающий в себя работы по замене (ремонту) канатоведущего шкива, электродвигателя, тормоза и редуктора.
Работа выполнена в соответствии с программой развития инновационно- технологического центра Тульского государственного университета, выполняемой с целью реализации Постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 219 (шифр программы 2010-219-001.073, договор № 13.G37.31.0023).
Цель работы заключается в повышении долговечности канатоведущего шкива до значений долговечности электродвигателя, тормоза и редуктора на основе выбора рациональных параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
1) на основе анализа существующих экспериментальных и расчетных методов оценки взаимодействия канатоведущего шкива и тяговых канатов выявить аналитические взаимосвязи между долговечностью и геометрическими и рабочими параметрами канатоведущего шкива;
-
разработать многопараметрическую математическую модель износа ручьев канатоведущего шкива и реализовать ее при помощи компьютерных алгоритмов;
-
разработать методику расчета ремонтного цикла привода на основе выбора рациональных геометрических параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов;
-
разработать методику многовариантного расчета канатоведущего шкива и тяговых канатов с учетом фактора долговечности;
-
осуществить практическую реализацию результатов научных исследований на предприятии, ремонтирующем лифты.
Методы и средства исследования. Для решения задач, поставленных в работе, применялись теоретические расчеты и экспериментальные исследования. Теоретические расчеты основаны на базе теории изнашивания и теории фрикционного взаимодействия канатоведущего шкива и тягового каната, а также элементах математической статистики с применением ПЭВМ и среды Lab- VIEW. Определение рациональных параметров канатоведущего шкива осуществляется при помощи методов планирования эксперимента. При проведении экспериментальных исследований применялись профилограф-профилометр «Абрис ПМ-7», а также лабораторное устройство для определения разрывной прочности проволок лифтового каната.
Объект исследования - канатоведущий шкив системы привода лифта.
Предмет исследования - выявление взаимосвязанного влияния параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов лифта на долговечность канатоведу- щего шкива.
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:
-
-
многопараметрическая математическая модель износа ручьев канатове- дущего шкива, учитывающая изменение геометрических параметров ручьев при эксплуатации;
-
методика расчета ремонтного цикла привода на основе повышения долговечности канатоведущего шкива путем выбора рациональных геометрических параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов;
-
методика многовариантного расчета канатно-блочной системы лифта с учетом фактора долговечности.
Научная новизна результатов исследования заключается в раскрытии зависимости между долговечностью канатоведущего шкива и изменениями геометрических параметров его ручьев и равновесной шероховатости их рабочих поверхностей в процессе изнашивания.
Теоретическое значение результатов работы заключается в том, что разработанная методика многовариантного расчета дополняет теорию фрикционного взаимодействия канатоведущего шкива и тяговых канатов.
Практическое значение результатов работы заключается в создании методического и программного обеспечения, предназначенного для определения долговечности и тяговой способности канатоведущего шкива и расчета канатно-блочной системы лифта, которые нашли практическое применение в органи- зации ОАО «Калугалифтремстрой» и используются при подготовке студентов специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» на кафедрах «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» и «Детали машин и подъёмно-транспортное оборудование» Калужского филиала ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана». Результаты исследования могут найти широкое применение в региональных инженерных центрах, обследующих лифты, в региональных управлениях Ро- стехнадзора, а также в организациях, производящих лифтовое оборудование.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором опубликовано 15 научных работ (2 - единолично, остальные - в соавторстве), в том числе 5 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобр- науки России.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ и Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2010-2013 гг.; XIV Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (г. Москва, 2010 г.); 16 Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Тула, 2011 г.); XV Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии - Техника 2012» (г. Орел, 2012 г.); 3 Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологии» (г. Тула, 2012 г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и общих выводов, библиографического списка из 104 наименований и приложений. Объем диссертационной работы составляет 140 страниц, в том числе 56 рисунков и 19 таблиц. Объем приложений составляет 5 страниц.
Описание конструкции типовой лифтовой лебедки с канатоведущим шкивом
В настоящее время в Российской Федерации находятся в эксплуатации более 370 тыс. различных лифтов [49, 81]. Существует три основные группы их классификации: по назначению, эксплуатационным свойствам и конструктивным признакам [14, 18, 21, 25, 49, 56, 76, 89].
По назначению выделяют: пассажирские, грузопассажирские, больничные, грузовые, грузовые малые, специальные (нестандартные) лифты.
По эксплуатационным свойствам лифты подразделяются на две классификационные группы: по скорости (тихоходные, быстроходные, высокоскоростные) и по точности остановки кабины (с точной остановкой и без точной остановки).
По конструкции лифты классифицируются по нескольким признакам, наиболее важным из которых считается устройство приводной системы. Согласно данному признаку выделяют следующие группы классификации: по типу привода (электрические с электродвигателем переменного или постоянного тока, гидравлические с гидроцилиндром или гидродвигателем вращательного типа, пневматические), по конструкции механизма передачи движения кабине (канатные, цепные, винтовые, реечные, со специальными лентами), по расположению машинного помещения (верхнее, промежуточное, нижнее); и др. В книге [89] по типу привода помимо вышеперечисленных выделяют еще два типа лифтов: с линейным индукционным двигателем (LIM) и Schindler Mobile.
Наиболее распространенными являются канатные лифты, которые в свою очередь подразделяются [49]: по способу передачи движения от привода к тяговым канатам (барабанные и канатоведущими шкивами); по схеме запасовки канатов (с прямой, полиспастной и мультипликаторной подвеской); по конструкции привода лебедки (безредукторные и редукторные).
Проектирование и изготовление лифтового оборудования регламентируется следующими нормативными документами: ГОСТ Р 53770-2010 (ИСО 4190-1:1999) «Лифты пассажирские. Основные параметры и размеры»; ГОСТ Р 53771-2010 (ИСО 4190-2:2001) «Лифты грузовые. Основные параметры и размеры»; ГОСТ Р 51631-2008 (EH 81 70:2003) «Лифты пассажирские. Технические требования доступности, включая доступность для инвалидов и других маломобильных групп населения»; ГОСТ Р 52624—2006 «Лифты пассажирские. Требования вандалозащищенности»; ГОСТ Р 52383-2005 «Лифты. Пожарная безопасность»; ГОСТ Р 52382-2005 (EH 81-72:2003) «Лифты пассажирские. Лифты для пожарных»; ГОСТ Р 53296-2009 «Установка лифтов для пожарных в зданиях и сооружениях. Требования пожарной безопасности»; ГОСТ Р 53387-2009 (ИСО/ТС 14798:2006) «Лифты, эскалаторы пассажирские конвейеры. Методология анализа риска»; ГОСТ Р 53781-2010 «Лифты. Правила и методы исследований (испытаний) и измерений при сертификации лифтов. Правила отбора образцов»; ГОСТ 22011-95 «Лифты пассажирские и грузовые. Технические условия»; ГОСТ 26334-84 «Лифты электрические. Ряды грузоподъемности и скорости»; СТ СЭВ 726-85 «Техника безопасности. Лифты электрические. Требования к кабине, противовесу, направляющим»; ГОСТ 28911-98 «Лифты и грузовые малые лифты. Устройства управления, сигнализации и дополнительные приспособления» и др.
Большинство функционирующих в России на сегодняшний день лифтов являются пассажирскими с редукторным приводом, включающим в свою конструкцию канатоведущий шкив (КВШ). Усилие для подъема кабины в их канатах создается трением между канатов и ручьем КВШ. В жилых домах массовой застройки обычно применяются недорогие лифты отечественных производителей – ОАО «Щербинский лифтостроительный завод», ОАО «Карачаровский механический завод» и др., а также РУП «Могилевский завод лифтового машиностроения» (Республика Беларусь). Такие лифты имеют грузоподъемность 400, 630 и 1000 кг при номинальной скорости 1 и 1,6 м/с. Некоторые из описанных лифтов могут комплектоваться лебедками производства зарубежных фирм – Otis, Montanari и др. Особо стоит отметить тот факт, что интенсивное строительство многоэтажного жилищного фонда страны в 70-80-х годах выразилось вводом в эксплуатацию большого количества пассажирских лифтов. Это привело к тому, что на момент 2011 в разных регионах страны от половины до четверти парка лифтов выработали свои нормативные сроки службы [81] и подлежат замене или модернизации. Эти лифты имеют грузоподъемность 320, 500 и 1000 кг при номинальной скорости 0,71 и 1 м/с.
Лифты, устанавливаемые в офисных зданиях и бизнес-центрах, отличаются высокой стоимостью и большим разнообразием конструкций. Это обусловлено приоритетностью обеспечения должного уровня комфорта для пассажиров. Такие лифты обладают большой вместимостью, бесшумностью работы, плавностью хода и высоким качеством внутренней отделки. В-основном, применяются лифты зарубежных фирм производителей: Otis, Kone, Schindler, Mitsubishi и др.
Монтаж и эксплуатации всех типов лифтов регламентируется следующими документами: положение «О порядке организации эксплуатации лифтов в Российской Федерации», утвержденное Приказом Государственного комитета Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.99г. № 158; ПБ 10-558-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов» (ПУБЭЛ); ГОСТ 22845-85 «Лифты электрические пассажирские и грузовые. Правила организации, производства и приемки монтажных работ»; СТ СЭВ 291-76 «Техника безопасности. Лифты электрические. Паспорт»; СТ СЭВ 632-77 «Техника безопасности. Лифты электрические. Графические символы»; ГОСТ Р 52626-2006 «Лифты. Методология оценки и повышения безопасности лифтов, находящихся в эксплуатации»; МР 10-72-04 «Методические рекомендации по обследованию технического состояния и расчету остаточного ресурса с целью определения возможности продления срока безопасной эксплуатации лифтов» и др.
Лебедка составляет основу конструкции лифта и представляет собой силовую установку, которая состоит из (рис. 1.1): червячного (глобоидного) редуктора 1, приводимого в действие электродвигателем 2, тормоза 3 и муфты 4, установленных на раме 5 с подрамником 6. С целью снижения вибрации и шума используются амортизаторы 7. Канатоведущий шкив 8 является ведущим звеном фрикционного действия. В случае если значение расстояния между осями кабины и противовеса превышает величину диаметра КВШ, используется отводной блок 9. Для предотвращения спадания каната с КВШ используется ограничитель сбрасывания каната 10. Лебедка также оборудуется ограждением 11 и штурвалом 12, служащим для ручного подъема и опускания кабины.
Лифтовые лебедки с КВШ различных фирм-производителей имеют конструкцию в значительной степени схожую с рассмотренной выше. Однако конкретная реализация тех или иных узлов может иметь особенности, связанные со спецификой применения и назначения.
Основные требования, предъявляемые к лифтовым лебедкам с целью обеспечения безопасной эксплуатации лифтов, изложены в ПБ 10-558-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов».
Изменение параметров КВШ с ручьями полукруглой формы поперечного сечения с подрезом
За время работы лифтовой лебедки канат контактирует с поверхностью обода КВШ на некоторой длине L. Предположим, что износ протекает равномерно по всей длине обода, то есть за любое количество рейсов лифта его КВШ совершает целое число оборотов. В этом случае путь трения составит:
Для определения величины L за период эксплуатации лифта необходимо знать непосредственное время работы лифтовой лебедки и долю этой величины в общем времени эксплуатации лифта. В этой связи требуется аналитически оценить характеристики пассажиропотока здания. Основными такими характеристиками являются: интенсивность пассажиропотока, время ожидания кабины на этаже и время кругового рейса кабины. Сложностью при определении указанных параметров является факт, что загрузка лифтового оборудования зданий и сооружений изменяется во времени по случайному закону. Однако здания и сооружения схожего типа и назначения характеризуются общностью так называемых всплесков интенсивности использования лифтов. Например, в административных зданиях и учебных заведениях расписание рабочего и учебного дня предопределяет характерные всплески интенсивности пассажиропотоков в начале и конце рабочего дня (рис. 2.10) [30]. Напротив, в жилых домах массовой застройки утренние и вечерние всплески интенсивности пассажиропотоков менее четко выражены [49].
Очевидно, что если лифт (группа лифтов) обеспечит критический пассажиропоток, то она обеспечит и любой другой пассажиропоток в любое время суток. Критический поток определяется некоторым «часом пик», т.е. временем, когда количество пассажиров лифта, поступающих на основной посадочный этаж (обычно первый) за единицу времени, максимально. Если «час пик» значителен (10-12 часов), то это сути не меняет. Если же пассажиропоток относительно постоянен в течение суток, задача существенно упрощается, так как лифт (группа лифтов) призван обеспечить именно этот постоянный по величине поток. Количество и грузоподъемность лифтов определяются исходя из условия достаточной пропускной способности [30, 49]: где: Nj - количество лифтов і-го типа; Ґ и Т" - время кругового рейса лифта для различных высот подъема; Т - максимальное время кругового рейса лифта; qt - грузоподъемность лифта і-го типа; 2тах - количество пассажиров, поступающих за единицу времени в течение «часа пик». ЛИФТ 15141312101 t4 1 1 K\G K\ШІ tk1-"VfA. t 1 S- [f1"A.--І "7t - ік. --Іі.tж/ж 15ь 1121 7і }- . 6 4" Vі- 2+ Г j, і/Ш ЛД Gшшшштш,
Типичное распределение загрузки группы из шести лифтов 15-этажного административного здания В настоящее время применяются два метода оценки характеристик пассажиропотока здания: метод моделирования и метод калькуляции. Исходной информацией для обоих методов является [30, 37, 61, 78, 79, 82, 84, 85]:
1. Характеристики здания: количество жильцов на верхних этажах (исходя из предположения об одинаковом среднем количестве жильцов на этаже); количество обслуживаемых этажей; расстояние, которое проходит лифт от основного посадочного до последнего этажа и от основного посадочного до первого верхнего этажа; требуемая пропускная способность лифта (группы лифтов).
2. Характеристики лифта: грузоподъемность кабины; коэффициент заполнения кабины; скорость лифта; время срабатывания тормоза; задержка при пуске привода; величина ускорения/замедления кабины; рывок (темп изменения ускорения/замедления); тип дверей (открывающиеся в середине или телескопические); ширина дверей; время открытия/закрытия дверей; время блокировки дверей (время задержки перед закрытием дверей после того, как в них прошел последний пассажир); предварительное время открытия дверей (инициация открытия дверей, прежде чем кабина достигла уровня этажа);
3. Статистическая информация: средний вес пассажира (68–80 кг, зависит от действующих строительных нормативов); время входа-выхода пассажира и др.
4. Особые факторы: этажи с ресторанами, банками, конференц залами, клубами, парковочными стоянками, подвальными помещениями, местами для курения и т.п.
Применение метода моделирования целесообразно для анализа пассажиропотока высотных домов, где требуется индивидуальный логистический подход к характеристикам лифтового оборудования для повышения комфортности поездок и снижения затрат энергопотребления. Зарубежными учеными проводилось значительное число исследований, посвященных как непосредственно анализу пассажиропотока зданий, так и разработке методик его определения и моделирования [78, 79, 82, 84, 85]. При моделировании весь предполагаемый поток людей переносится в виртуальный. Это достигается путем генерации случайных чисел и использовании идентичных реальным алгоритмов управления группой лифтов (рис. 2.11) [37].
Блок-схема к моделированию пассажиропотока лифта В случае оценки пассажиропотока для жилых зданий массовой застройки такой подход неприменим в силу затратности времени, поэтому используется метод калькуляции. В отечественной литературе по лифтам приведены расчетные зависимости [30, 37, 49, 61], соответствующие, в свою очередь, методическим основам расчета пассажирского вертикального транспорта, изложенным в «Пособии по проектированию общественных зданий и сооружений» (приложение к СНиП 2.08.02) и ГОСТ Р 52941-2008. В этом случае рассчитывается время кругового рейса кабины - время между двумя последовательными отправлениями вверх кабины одного и того же лифта с основного посадочного этажа, включает в себя время на движение вверх до этажа назначения, поворота и вниз до основного посадочного этажа, а также время на остановки и стоянку на этажах [49]: е— + l,\St, (2.41) V где: Нв- вероятная высота подъема лифта; h- путь, проходимый лифтом при разгоне до номинальной скорости и торможения от номинальной скорости до полной остановки; NB- число вероятных остановок лифта за круговой рейс выше основного посадочного этажа; St- время, затрачиваемое на разгон, торможение, пуск лифта, открывание и закрывание дверей, вход и выход пассажиров. - при нормальной работе: Нв = КнНт2&, (2.42) - при работе с экспрессной зонойНв =НЭ + КНН3, (2.43) где: Ятах - высота подъема лифта от уровня пола основного посадочного этажа до уровня пола верхнего обслуживаемого этажа; Нэ- высота экспрессной зоны от уровня пола основного посадочного этажа до уровня пола нижней остановки зоны, обслуживаемой лифтами; Н3- высота зоны, обслуживаемой лифтами, от уровня пола нижней остановки до уровня пола верхней остановки; Кн- коэффициент вероятной высоты подъема лифта
Проверка применимости выражения для учета изменения равновесной шероховатости рабочих поверхностей ручьев
После некоторого периода эксплуатации тяговый канат может достигнуть такого состояния, при котором его удлинение под действием нагрузки резко увеличивается, что сопровождается значительным уменьшением диаметра и увеличения числа обрывов проволок. Это состояние характеризируется потерей упругости и возможным разрывом каната. В этом случае канат подлежит немедленной замене [51].
В источнике [89] приводится зависимость относительного удлинения тягового каната от величины растягивающей нагрузки (рис. 3.9). Можно видеть, что зависимость носит линейный характер, начиная с силы растяжения, составляющей порядка 15% от разрушающей нагрузки. При меньших растягивающих нагрузках зависимость близка к линейной. Такое значение величины нагрузки характерно для работы тяговых канатов лифта, имеющих минимальный коэффициент запаса по разрывному усилию равный 12 (соответствует ГОСТ Р 53780-2010 и EN 81-1:1998).
Зависимость относительного удлинения каната от величины нагрузки Согласно данным компании Gustav Kocks GmbH [89] относительное удлинение канатов при растягивающей нагрузке, равной 14% от разрушающей составляет: 0,5% (конструкция каната 6х19+FC), 0,6% (8х19+FC), 0,4% (DRAKO 300T).
Для поправки модели, связанной с уменьшением диаметра тяговых канатов при их вытяжке, было принято произвести измерение фактических диаметров канатов различных лифтов, находящихся в эксплуатации в г. Калуга. С этой целью случайным образом были выбраны 30 лифтов (10 лифтов с канатами 10,5 мм ГОСТ 3077-80, 10 с канатами 10 мм DIN 3062 FE, 5 с канатами 12,0 мм ГОСТ 3077-80 и 5 с канатами 11,0 мм DIN 3062 FE) со сроками службы от 0,5 до 30 лет. Измерение диаметра тяговых канатов осуществлялось между наиболее удаленными точками пряди (рис. 3.10) штангенциркулем ГОСТ 166-89 с ценой деления 0,1 мм (согласно ПУБЭЛ). Фактический диаметр измерялся на каждом из канатов подвеса в двух точках: вблизи подвески противовеса (трение каната о КВШ исключено) и в середине канатного подвеса (участок, подвергающийся наиболее интенсивному влиянию трения). В каждой точке измерение производилось в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Интенсивность изнашивания во многом определяется соотношением между модулями упругости материалов пары трения. В случае с КВШ определение его модуля упругости не составляет проблем, так он равен модулю упругости материала, из которого изготовлен. В случае стального каната такой подход неприемлем, так как канат является сложной стержневой системой с винтовой анизотропией свойств, и его состояние описывается системой уравнений упругости с несколькими упругими константами [23, 51]. Поэтому модуль упругости тягового каната лифта может значительно отличаться от модуля упругости материала проволок, его составляющих. Так, в соответствии с данными Schweizerische Seil-industrie AG [89] модуль упругости проволоки составляет 1,96-105 МПа и отличается от модуля упругости стальных канатов: от 1,05105 до 1,31105 МПа для проволочных канатов двойной свивки со стальным сердечником и от 0,735-105 до 1,05-105 МПа для проволочных канатов двойной свивки с органическим сердечником из волокнистых материалов.
Обычно при проектировании лифтовых установок используется практика выбора пары трения «КВШ - тяговый канат» на основе соотношения твердости по Бринеллю рабочей поверхности шкива и разрывной прочности проволок каната (табл. 3.7) [58].
В ходе исследования было решено экспериментальным путем определить значения разрывной прочности проволок лифтовых канатов, рассчитать модуль упругости проволок по формуле (3.17) для фактически измеренной и табличной разрывных прочностей проволок, рассчитать модуль упругости каната по формуле П.П. Нестерова (3.11), после чего сравнить полученные результаты.
Исследования разрывной прочности проволок тягового каната осуществлялись на экспериментальном устройстве (рис. 3.11), которое состоит из основания 7, закрепленного на верстаке, и воротов 2 для закрепления концов исследуемой проволоки 3. При растяжении проволоки возникает деформация тензометрической пластины 4. Деформация измеряется индикатором 5, после чего переводится в единицы силы с помощью тарировочного графика. Тарировка пластины осуществляется путем последовательного навешивания грузов 8, огибающих блок 6, через гибкий подвес 7, состоящий из проволочного каната диаметром 4 мм, двух коушей, двух зажимов для каната и карабина (рис. 3.12).
Устройство создает максимальное разрывное усилие до 500 Н, достаточное для разрыва проволок диаметром до 2 мм. Поэтому на данном устройстве можно определить суммарное разрывное усилие каната диаметром до 20 мм.
Проведение эксперимента с параметрами проектирования и оценка выходной статистики
При расчете канатоведущего шкива определяется его диаметр, а также тип и параметры ручья. При этом должны обеспечиваться достаточная тяговая способность КВШ и как можно более низкая величина расчетного контактного давления между рабочими поверхностями Полученное значение округляют до ближайшего большего числа, кратного пяти. На практике величина диаметра КВШ зачастую бывает больше расчетной, особенно в канатных системах, которые имеют высокое число перегибов. Поэтому целесообразно вести расчет КВШ с вариацией диаметров:
Увеличение диаметра более, чем на 50%, не всегда оправдано, так как это может привести к значительному увеличению металлоемкости и, как следствие, стоимости КВШ.
Целесообразность применения того или иного типа ручья КВШ определяется по результатам много вариантных расчетов количественных показателей тяговой способности КВШ и соответствующих значений максимально возможных расчетных величин контактного давления между рабочими поверхностями тягового каната и ручья КВШ.
Расчет строится на зависимостях, изложенных во втором разделе. При этом: 1) рассчитывается приведенный коэффициент трения для ручьев клинового профиля поперечного сечения с углом профиля у = 35, 37, 40; для ручьев полукруглого профиля поперечного сечения;
В случае, если ни один из вариантов не подходит, можно увеличить диаметр КВШ или применить схему привода с двойным обхватом, после чего произвести расчет по вышеприведенной методике заново.
В работе решена актуальная задача улучшения ремонтного цикла привода лифта на основе повышения долговечности канатоведущего шкива до значений, сопоставимых с долговечностью электродвигателя, тормоза и редуктора, имеющая существенное значение для машиноведения, систем приводов и деталей машин. При этом получены следующие основные результаты и сделаны выводы:
1. В результате обобщения опыта эксплуатации лифтов и анализа трудов отечественных и зарубежных исследователей установлено, что задача повышения долговечности канатоведущего шкива не нашла своего окончательного решения, так как: срок службы канатоведущих шкивов значительно ниже долговечности прочих элементов привода: электродвигателя, тормоза и редуктора; существующие математические модели и методики расчета канатоведущих шкивов не учитывают изменение геометрических и рабочих характеристик канатоведущего шкива в процессе его изнашивания.
2. Разработана многопараметрическая математическая модель, позволяющая определять прирост величины износа ручьев во времени на основе следующих исходных данных: скорость и грузоподъемность лифта, массы кабины, противовеса и тяговых канатов, кратность подвески, угол обхвата канатом канатоведущего шкива, диаметр канатоведущего шкива, профиль ручьев, номинальный диаметр и число канатов и назначенный срок службы.
3. С использованием разработанной методики повышения долговечности привода на основе выбора рациональных геометрических параметров канатоведущего шкива и тяговых канатов установлено, что для 8-12-этажных жилых зданий массовой застройки следует использовать лифты со следующими геометрическими параметрами канатоведущего шкива и тяговых канатов: диаметр канатоведущего шкива – 620 мм, профиль ручья клиновой с углом профиля 37, диаметр тяговых канатов – 11,5 мм, число тяговых канатов – 4. В этом случае долговечность канатоведущего шкива должна составить 13-14 лет, что сопоставимо с долговечностью прочих элементов привода. Для уже находящихся в эксплуатации лифтов с целью повышения долговечности их канатоведущих шкивов примерно в полтора раза рекомендуется при проведении ремонтных работ увеличить диаметр тяговых канатов с 10,5 до 11,5 мм и увеличить угол профиля ручьев с 40 до 45.
4. На основе разработанной методики многовариантного расчета канатоведущего шкива и тяговых канатов возможно определять тип, число и диаметр тяговых канатов, а также диаметр канатоведущего шкива и профиль его ручьев, обеспечивающие достаточную тяговую способность канатоведущего шкива при максимально возможной долговечности.
5. Результаты данной работы внедрены в ОАО «Калугалифтремстрой» и используются в учебном процессе при подготовке студентов на кафедрах «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» и «Детали машин и подъмно-транспортное оборудование» Калужского филиала ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана».
Похожие диссертации на Обеспечение долговечности лифтовых канатоведущих шкивов
-
