Введение к работе
Актуальность темы. Лифты являются наиболее массовым средством транспортирования людей и грузов и представляют собой сложные механо-электрические системы, управляемые в процессе эксплуатации различными категориями людей: взрослыми, детьми, инвалидами. В этой связи одним из важнейших показателей лифтов являются надежность и безопасность их работы.
Однако в настоящее время проблемы обеспечения надежности и безопасности лифтов значительно опережают темпы их технического переоснащения и модернизации. Так на 1 января 2004 г. в стране эксплуатировалось 433923 лифта, а в 2012 г. количество лифтов превысило значение 500 тысяч. В то же время средний процент лифтов выработавших срок службы изменился с 35 до 40% и продолжает расти в связи с тем, что нормативный срок службы согласно техническому регламенту составляет 25 лет, а наиболее массовый ввод их в эксплуатацию пришелся на 80-е годы прошлого века.
Одним из важнейших направлений в области эксплуатации и обслуживания лифтового хозяйства, в условиях его постоянного увеличения, стала безразборная диагностика состояния лифтов по кинематическим и динамическим характеристикам движущихся внутри шахт кабин с помощью инерциального метода измерения.
Техническая диагностика лифтов в процессе их эксплуатации с использованием инерциальных измерительных систем позволяет: полнее использовать межремонтный ресурс подсистем, агрегатов и узлов лифтов, устранить необоснованную разборку механизмов, сократить простой лифтов из-за технических неисправностей за счет прогнозирования и предупреждения отказов, снизить трудоемкость ремонта и технического обслуживания лифтов путем сокращения разборочно-сборочных работ и своевременного качественного выполнения регулировочных операций, уменьшить требования к квалификации оператора, проводящего процедуру контроля.
Контроль основных параметров технического состояния подсистем лифтов в эксплуатационных условиях инерциальным, безразборным методом позволит установить закономерности их изменений в зависимости от срока эксплуатации и с достаточной точностью прогнозировать их остаточный ресурс. Это обуславливает экономическую эффективность метода и способствует повышению эксплуатационной надежности и безопасности лифтов.
Исходя из вышеизложенного, поставленная задача разработки прибора для диагностики лифтов (ПДЛ), реализующего методику безразборного контроля механизмов путем измерения кинематических параметров движения, является актуальной.
Степень разработанности темы. На сегодняшний день разработан ряд устройств, производящих измерение кинематических параметров лифтов, как с использованием инерциального метода, так и без него. Тем не менее, существующие приборы для диагностики лифтов имеют серьезные недостатки - недостаточный диапазон измеряемых параметров, высокая погрешность измерений и др. Комплексных исследований по выявлению дефектов механизмов и узлов лифтов по параметрам их движения не проводилось, однако, существуют эмпирические исследования характеристик износа отдельных элементов, представленные в работах Волкова Д.П., ЧутчиковаП.И., Ионова А.А., Архангельского Г.Г., Федосеева В.Н., Яновски Л. и др.
Объект исследования. Прибор, используемый для экспресс-диагностики состояния узлов и механизмов лифтов методом инерциального измерения кинематических параметров движения подвижных систем.
Цели и задачи работы. Целью работы является разработка, исследование и оценка технологических возможностей нового измерительного прибора для контроля состояния механизмов и узлов лифтов.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие основные задачи:
-
Провести обзор и сравнительный анализ методов и средств контроля состояния механизмов и узлов лифта, а также нормативных значений кинематических параметров движения подъемно-транспортных систем.
-
Построить математическую модель, описывающую отклонения выходных параметров движения кабины лифта от нормативных значений в зависимости от изменения состояния структурных элементов подвижной системы.
-
Выработать принцип построения диагностического прибора на основе выбора оптимальных структурных единиц.
-
Провести анализ возможных источников погрешностей измерений прибора и оценить их величину.
-
Разработать алгоритм работы программного обеспечения прибора, обеспечивающего обработку измеренных параметров движения.
-
Разработать и создать прибор для контроля состояния механизмов и узлов лифта по кинематическим характеристикам подвижной системы.
-
Осуществить апробацию прибора путем проведения экспериментальных исследований, подтверждающих заявленные технические характеристики и возможность оценки состояния структурных элементов.
-
Установить эмпирически наличие корреляционной зависимости между конкретным дефектом отдельного узла и изменением вида выходного сигнала.
Научная новизна работы:
Впервые предложена новая методология анализа состояния элементов конструкции подъемных систем по кинематическим параметрам движения.
Разработана математическая модель изменения кинематических характеристик кабины лифта, которая позволяет обосновать выбор оптимального интервала времени, при котором требуется проводить регламентные ремонтные работы.
Проведены комплексные экспериментальные исследования, выявившие взаимосвязь определенного характера выходного сигнала и процессов эксплуатационного износа конкретных структурных узлов.
Разработана методика получения эмпирико-статистических данных и дальнейшего анализа полученной информации с целью выявления тенденций возникновения отказов основных механизмов.
Выработаны научно-обоснованные рекомендации по проектированию, изготовлению, калибровке и штатной эксплуатации прибора для диагностики лифтов.
Выполнена аппаратная реализация кинематической диагностики состояния узлов подвижной системы на основе микромеханических сенсоров.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическую значимость работы составляют:
математическая модель изменения кинематики движения кабины лифта под воздействием износа структурных элементов;
функциональная схема диагностического прибора и обоснование выбора его компонентов;
алгоритм проведения экспериментальных исследований состояния элементов контролируемого объекта;
выявленная корреляционная взаимосвязь между износом конкретного узла и возникновением характерных изменений показаний выходных сигналов.
Практическую значимость работы составляют:
решение проблем диагностики состояния структурных элементов лифтов и кинематических параметров движущейся кабины безразборным методом измерения без временного вывода объекта из эксплуатации с упрощением процедуры контрольных операций;
создание основанного на инерциальном методе измерения прибора для диагностики лифтов по таким параметрам, как ускорение, скорость, перемещение, значения которых меняются под воздействием износа структурных единиц;
алгоритмы и программное обеспечение системы получения и обработки информации;
результаты экспериментальной оценки технологических возможностей прибора.
Методология и методы исследования. Для достижения намеченной цели и решения поставленных задач были использованы методы: структурного и математического анализа, математического моделирования, теории принятия решений, теории измерений и измерительных преобразователей, вероятностно-статистической обработки результатов и оценивания параметров, разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения.
Положения, выносимые на защиту:
-
Научно-обоснованная методология определения и принципы диагностики состояния механизмов лифта при его эксплуатации по измеренным инерциальным методом кинематическим параметрам кабины в процессе движения.
-
Математическая модель изменения кинематики движения кабины лифта в процессе эксплуатационного износа элементов подъемной системы.
-
Расчетно-аналитический метод определения передаточных коэффициентов влияния параметров состояния узлов и механизмов лифта на выходные сигналы.
-
Принцип построения инерциальных измерительных преобразователей кинематики движения с учетом нормативных требований к определяемым параметрам.
-
Опытный образец прибора для диагностики лифтов и прогнозирования параметров состояния структурных составляющих.
-
Результаты экспериментальной апробации и оценки технологических возможностей диагностического прибора, регламентированных требованиями к данному классу измерителей.
-
Комплекс алгоритмов получения и обработки информации прибора и программное обеспечение, предназначенное для пост-обработки данных на ПК и записи в микроконтроллер прибора.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена: результатами апробации разработанного диагностического прибора, применением современных методов анализа и синтеза, экспериментальными данными и соответствием полученной информации известным проверенным результатам, построением адекватной математической модели.
Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на:
Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». Москва, МАТИ, 2010-2013 гг.
6-ой международной научно-технической конференции «Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика». Рязань, РГРТУ, 2013 г.
Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии». Москва, МАТИ, 2010, 2012 гг.
XV Международной научной конференции, посвященной памяти академика М.Ф. Решетнева. Красноярск, СибГАУ, 2011 г.
I Форуме Союзного государства ВУЗов инженерно-технологического профиля. Белоруссия, Минск, БНТУ-МАТИ, 2012 г.
Всероссийской научно-технической конференции «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами», Москва-Раменское, ГНЦ РФ ФГУП «ГосНИИАС», 2012 г.
Конкурсе инновационных проектов на тему: «Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике». Королев, ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», 2012 г.
Международном форуме «Технологии в машиностроении». Жуковский, 2012 г.
Экспозиции «ВН и АТТМ» Международного авиационно-космического салона МАКС-2013. Жуковский, 2013 г.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 печатных трудах, в том числе в трех статьях рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы из 115 наименований и приложений. Материал изложен на 236 страницах иллюстрированных 74 рисунками, графиками и 35 таблицами.
