Анализ способов уменьшения упругих механических колебаний в лифтовых подъемных механизмах

Стремление к обеспечению требуемой производительности лифтов и увеличение их быстродействия привело к тому, что на работу их подъемных механизмов стало оказывать влияние упругости трансмиссий и возникающие, вследствие этого, упругие механические колебания. Упругие механические колебания отрицательно сказываются на качестве управления, увеличивают динамические нагрузки на лебедку, способствуют накоплению усталостных напряжений в кинематических цепях, что приводит к преждевременным отказам и незапланированным простоям оборудования, возрастанию стоимости ремонтов и эксплуатации. Динамические усилия, возникающие в упругих элементах кинематических цепей, особенно вредны для механизмов, работающих в условиях резкопеременных нагрузок, что характерно для пассажирских лифтов. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что фактические нагрузки в элементах механизмов подъема лифтов различных конструкций превышают расчетные, что вызывает их дополнительный износ. Проблема усугубляется тем, что наиболее опасные частоты, ведущие к разрушению механических конструкций, находятся в диапазоне от 1 до 10 Гц. Допустимые величины амплитуд колебаний кабин лифтов не должны превышать значений, приведенных в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Допустимые величины амплитуды колебаний кабины лифта

Экспериментально установлено, что при переходе от средних частот нагрузки 30-50 Гц к низким частотам 0, 15-0, 25 Гц происходит снижение долговечности работы лифтовых подъемных механизмов в 4-6 раз. Установлена прямая связь между частотой отказов деталей и упругими механическими колебаниями. На механическую часть лифтов приходится 60-65% от всех отказов. Простои, связанные с ликвидацией этих отказов, составляют 70-80% от всех простоев в аварийных ремонтах. Расходы на ремонт и обслуживание пассажирских лифтов за весь период их эксплуатации в 3-5 раз превышают их первоначальную стоимость. Поэтому устранение колебательного характера нагрузок способствует повышению долговечности и эффективности эксплуатации оборудования.

Анализу и расчету динамических нагрузок пассажирских лифтов, обусловленных наличием упругих механических связей, в канатных передачах, посвящен ряд литературных источников. На основании исследований предложен ряд критериев оценки влияния упругостей на переходные процессы, позволяющих без громоздких расчетов оценить это влияние, а так же предлагаются различные способы демпфирования колебаний. Ряд авторов предлагают подбирать параметры лифтовых подъемных механизмов, при которых устраняются колебания. Однако в большинстве случаев, это оказывается малоэффективным или невозможным для реализации. Уменьшение механических колебаний возможно с помощью диссипативных сил или специальных механических демпфирующих устройств (гасителей). Для снижения амплитуды колебаний нагрузок в механических системах предлагаются демпферы с поглощением энергии (гидравлические, пружинные), муфты предельного момента, ослабленные шпонки в кинематических цепях механизмов. С помощью подобных устройств можно получить снижение максимальных нагрузок на 30-40%, что в большинстве случаев не достаточно эффективно. К тому же, реальное внедрение демпферов и муфт предельного момента в механизмах лифтов связано с усложнением конструкции и ограниченным сроком их службы. Целесообразным и актуальным, большинством исследователей видится разработка способов демпфирования колебаний средствами систем управления лебедок [10]. Отмечается, что применение быстродействующих полупроводниковых преобразователей создает предпосылки решения проблемы отрицательного влияния упругих механических колебаний. Усилиями научных коллективов были выполнены исследования, которые составили основу теории колебаний электромеханических систем с упругими механическими связями. Влияние упругих механических связей часто делает практически невозможным применение для механических систем с упругими связями оптимальных для жесткой системы корректирующих устройств, поскольку качество переходного процесса оказывается неудовлетворительным. Поэтому, показатели качества переходного процесса после наладки системы управления могут в десятки раз отличаться от расчетных. Вследствие этого, для обеспечения надежной и высокопроизводительной работы лифтовых подъемных механизмов необходимо соблюдать соответствующие законы движения упруго-связанных масс и разрабатывать новые законы управления и способы их формирования. Наиболее просто ограничение динамических нагрузок при разомкнутой системе управления лебедки достигается набором заданных параметров, таких, как соотношение масс, электромагнитных и электромеханических постоянных времени, частот собственных колебаний, видов механических характеристик. Однако, по мере отклонения параметров от оптимальных, демпфирующее действие ослабляется и становится незначительным. Кроме того, в реальных пассажирских лифтах получить указанные параметры не всегда возможно при заданных параметрах механизма подъема. Как следствие, наиболее эффективным способом является применение замкнутых систем управления, которые обеспечивали бы заданные динамические свойства с необходимым ограничением нагрузок.