Record Details

Special aspects of calculation of lifting equipment reliability

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Special aspects of calculation of lifting equipment reliability
Особенности расчета показателей надежности грузоподъемных машин
 
Creator V. Ermolenko A.; Kaluga branch of the Bauman Moscow State Technical University, Kaluga, Russia
P. Vitchuk V.; Kaluga branch of the Bauman Moscow State Technical University, Kaluga, Russia
В. Ермоленко А.; Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана», Калуга, Россия
П. Витчук В.; Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана» Калуга, Россия
 
Subject probability of reliable operation; lifting equipment; lifting gear; overhead crane; reliability indices; designing; calculation
вероятность безотказной работы;грузоподъемные машины;механизм подъема;мостовой кран;показатели надежности;проектирование;расчет
 
Description Aim. When designing lifting equipment as a whole, as well as of its elements it is desirable to perform not only deterministic strength estimations, but also a probabilistic calculation of major reliability indices. Theoretical approach to the calculation of major reliability indicators of lifting equipment is described by V.I Braude. In practice the calculation of reliability of lifting equipment is usually quite difficult, because the information about values for certain indices provided in literary sources is incomplete and discordant. It causes the necessity to use average reliability indices and to introduce different assumptions to the calculation. And the calculation results turn out to be rather approximate. At the same time an approximate calculation of reliability indices allows to decide on efficient use of one or another design layout of lifting equipment and/or its structural unit.Methods. To demonstrate the logical arguments that could be used at the calculation of reliability of lifting equipment, the article describes an example of calculation of probability of reliable operation for the lifting gear of an overhead crane, executed by a “detailed” scheme and consisting of nine elements: a three-phase induction electric motor with a short-circuit rotor; a parallel shaft double-stage gear box; a block brake with locking movement actuated by a coil spring and with breaking actuated by a shortstroke alternating electromagnet; flexible bolt coupling (with brake pulley); load drum; drum axle (or shaft); drum support; load cable and its mountings; hook assembly. Structurally, the elements of a lifting gear are connected in-series, i.e. in case of a failure of any element, the operable state of the gear is violated (a failure occurs).Results. The known experience of operation of lifting equipment shows that the most probable failures of a lifting gear’s elements are the following failures: turn-to-turn short circuit of electric motor; wear out of bearings and gear teeth; turn-to-turn fault of a coil of a brake electromagnet; tearing up of a pulley of a flexible bolt coupling and break cheek wear out; fatigue breakdown of a drum and a bearing block, built into a drum; fatigue breakdown of a drum axle (or shaft); wear out of drum axle bearings, built into a drum; wear out (breakage) of wires and strands of a load cable; hook wear out and bearing freezing of a hook assembly. That is why the reference data used for calculation usually describe the probability of occurrence or a rate of these particular failures. Calculation was carried out with the following assumptions: Degradation (wear rout) failures were not taken into account, since they are anticipated during the phase of technical maintenance and repair; failures, caused by the violations of the rules of safe operation, were refer not to the crane failures, but to the failures of other systems. For descriptive reasons the elements of a lifting gear were chosen from the catalogue with a certain “margin” and without taking a loading mode into account.Conclusions. The calculation results showed that neglecting variousload-bearing factors (for instance, a gear box underload by a rotation moment) may lead to excess reliability of a crane as a whole, its machinery and structure components.
Цель. При проектировании грузоподъемных машин в целом и их механизмов желательно, кроме детерминированных расчетов по запасам прочности, выполнить вероятностный расчет основных показателей надежности. Теоретический подход к расчету основных показателей надежности грузоподъемных машин изложен В.И. Брауде. На практике расчет показателей надежности грузоподъемных машин обычно затруднен, поскольку сведения о значениях отдельных показателей, приводимые в имеющихся литературных источниках, неполны и противоречивы. Это обуславливает необходимость использования усредненных показателей надежности и введения в расчет различных допущений. При этом результаты расчета оказываются весьма приближенными. В тоже время ориентировочный расчет показателей надежности позволяет принять решение о рациональности использования той или иной компоновочной схемы грузоподъемной машины и/или ее структурной единицы.Методы. Для демонстрации логических рассуждений, которые могут быть использованы при расчете показателей надежности грузоподъемных машин, в статье приведен пример расчета вероятности безотказной работы механизма подъема мостового крана, выполненного по «развернутой» схеме и состоящего из девяти элементов: трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором; цилиндрического двухступенчатого редуктора; тормоза колодочного с замыканием от цилиндрической пружины и размыканием от короткоходового электромагнита переменного тока; муфты упругой втулочно-пальцевой (с тормозным шкивом); грузового барабана; оси (или вала) барабана; опор барабана; грузового каната и его крепления; крюковой подвески. Структурно элементы механизма подъема соединены последовательно, то есть при отказе любого элемента нарушается работоспособное состояние механизма (происходит отказ).Результаты. Известный опыт эксплуатации грузоподъемных машин показывает, что наиболее вероятными отказами элементов механизма подъема являются: межвитковое замыкание обмоток электродвигателя; износ подшипников и зубьев шестерен редуктора; межвитковое замыкание катушки электромагнита тормоза; задир тормозного шкива полумуфты и износ колодок тормоза; усталостное разрушение грузового барабана и корпуса подшипника, встроенного в барабан; усталостное разрушение оси (вала) грузового барабана; износ подшипников, встроенных в грузовой барабан; износ (обрыв) проволок и прядей грузового каната; износ крюка и заедание и износ подшипника крюковой подвески. Поэтому справочные данные, используемые при проведении расчета, обычно описывают вероятность проявления или интенсивность именно этих отказов. При проведении расчета использованы следующие допущения: постепенные (износовые) отказы не учтены, так как они предупреждаются за время технического обслуживания и ремонта; отказы, связанные с нарушением норм безопасной эксплуатации, были отнесены не к отказам непосредственного грузоподъемных машин, а к отказам других систем. Для наглядности элементы, составляющие механизм подъема, выбирали из каталога со значительным «с запасом» и без учета режима нагружения.Выводы. В результате расчета было получено, что неучет различных силовых факторов (например, недогрузка редуктора по крутящему моменту) может привести к избыточной надежности крана в целом, его механизмов и их структурных единиц.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-09-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/150
 
Source Dependability; № 2 (2016); 20-25
Надежность; № 2 (2016); 20-25
1729-2646
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/150/295
http://www.dependability.ru/jour/article/view/150/305
Расчеты крановых механизмов и их деталей. Издание 4-е: В 2т. Под ред. Р.А. Лалаянца – М.: ВНИИП- ТМАШ, 1993. Т.1. 187 с.
Крановое электрооборудование. Справочник / Ю.В. Алексеев, А.П. Богословский, Е.М. Певзнер и др. Под ред. А.А. Рабиновича – М.: «Энергия» 1979. 240 с.
Приводы машин. Справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш. Под ред. В.В. Длоугого. Издание 2-е., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1982. 383 с.
Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин. – М.: Высшая школа, 1979.
Расчеты крановых механизмов и их деталей. Издание 4-е: В 2т. Под ред. Р.А. Лалаянца – М.: ВНИИП- ТМАШ, 1993.Т.2. 163 с.
Брауде В.И., Семенов Л.Н. Надежность подъемно- транспортных машин. –Л.: Машиностроение. 1986. 183 с.
Ермоленко В.А. Расчет механизмов грузоподъемных машин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 92 с.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 560 с.
Буланже А.В., Палочкина Н.В., Часовников Л.Д. Методические указания по расчету зубчатых передач и коробок скоростей по курсу «Детали машин». – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1990. 66 с.
РД 10-112-1-4. Рекомендации по экспертному обследованию грузоподъемных машин. Общие положения. М.: ОАО НТЦ Промышленная безопасность, 2006. 135 с.
Александров М.П. Грузоподъемные машины. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана – Высшая школа, 2000. 552 с.
Р 50-83-88. Рекомендации. Расчеты на прочность валов и осей. – М.: Издательство стандартов, 1989. 71 с.
Таблицы математической статистики./ Большев Л.Н., Смирнов Н.В. – М.: Наука. 1983. 416с.
Фомин М.В. Расчеты опор с подшипниками качения. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 98 с.
Проников А.С. Параметрическая надёжность машин / А.С. Проников. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М.: ПИО ОБТ. 2000. 301 с.
РТМ 24.090.23-76. Нормы надежности мостовых, козловых и портальных кранов. Руководящие технические материалы –М.: Издательство НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1978. 5 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).