Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий

..pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
33.6 Mб
Скачать

Вероятность того, что в момент времени t , отсчитываемый от момента восстановления блока после предыдущего отказа (замены всех отказавших роликов), в блоке появится z отказав­ ших роликоопор данного вида [8]:

p ( 0 = e - v ( v L .

2 z\

По формуле полной вероятности безусловная вероятность безотказной работы блока из N роликоопор

(п .5 )

г=0

Использование модели системы с накоплением рассеянных повреждений применительно к системе роликоопор как дис­ кретной системе требует учета того факта, что отрезки, на кото­ рые мы разбили блок, имеют ограниченную емкость по накоп­ ленным повреждениям: на каждом отрезке, включающем N ро­ ликоопор, возможно не более т накопившихся отказов. Пре­ дельным уровнем поврежденности блока, когда еще наступает отказ, является наличие через каждые - 1) соседних отказав­ ших роликоопор хотя бы одной, не отказавшей, т.е.

I т )

Здесь учтено, что N » т и величина ^ может считаться

близкой к целому числу. Поэтому в формуле (11.5) следует счи­ тать Prj(z) = 0 при z > ^ (m -1) и, следовательно, суммирование

должно производиться до верхнего предела, равного 4 (^ -1 ).

Точное значение: п р

= N - Т л Г , где

" N Т — целая часть

 

L т_

_т_|_

числа (N/m).

Если каждый очередной отказ роликоопоры в блоке прихо­ дится именно на рассматриваемую группу из т роликоопор, ве-

т

1

роятность его составляет, очевидно, р, = — = —. Тогда, считая

N

4

отказы роликоопор независимыми, вероятность, что в этой группе имеется i отказавших роликоопор при общем количестве отказов в блоке, равном z , имеет вид

Р {И г )= С [р [ (\ - р ,Т \

( 11.6)

где С' — число возможных сочетаний из г объектов по i штук [8]. Емкость группы из m роликоопор по возможным отказам ограничена числом т, как указывалось выше. То есть значения / = 0,1,..., m в формуле (11.6) образуют полную группу возмож­

ных исходов при случайном потоке отказов:

2 > 0 '/г ) = 1.

/= 0

Тогда вероятность отказа для одной группы роликоопор, означающего наличие в группе т отказов:

Fri(z) = 1 - Pri(z) = С > Г 0 - РхГ "

(11-7)

Поскольку при всех z < т С” = 0 [31], то в формуле (11.7)

Pri(z) = 1 при всех z <т. Это означает, что при наличии на ста­ ве всего z < т отказов ни одна из групп роликоопор отказать не может. Учитывая это, а также приведенное выше замечание, что Pri(z) = 0 при всех z > £ (m -1), формулу (11.5) запишем в виде

т-1

£>(т-1)

 

 

I

(Ц .8)

z = 0

z=m

 

Оценки слагаемых в формуле (11.8), выполненные при со­ четании всех крайних возможных значений т и z , показывают, что при достаточно больших значениях N (например, N > 100) члены второй суммы ничтожно малы и можно считать, что ве­ роятность безотказной работы рассматриваемой системы под­ чиняется закону Эрланга т -го порядка:

458

I ' M ,

(Н.9)

г=о г!

а средняя наработка между отказами в этом случае

тТи

ср.с

= т—- .

( 11. 10)

 

rN

 

Это эквивалентно m-кратному резервированию каждой роликоопоры.

Заметим, что формулы (11.9) и (11.10) верны для системы ли­ нейных роликоопор грузовой ветви и системы роликоопор порож­ няковой ветви, количество которых достаточно велико. Если N не столь велико (например, блок роликоопор загрузочной секции), то, как указывалось выше, рассматриваемое число групп роликоопор в использованной нами модели надежности става необходимо при­ нять равным более точному числу (N - т +1), а предельное значе­

ние индекса суммирования Znp= N - а

, где двойные скобки

т

 

означают целую часть дроби (N/m).

 

Таким образом, средний срок службы блока до отказа зави­ сит от среднего срока службы ролика, числа роликов в ставе и допускаемого числа отказавших рядом расположенных роликов в разных роликоопорах.

11.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РОЛИКОВ

11.2.1. Особенности условий работы уплотнительных узлов роликов ленточных конвейеров в горной промышленности

Расчету надежности и выбору рациональных параметров уплотнений опор качения посвящено большое количество работ [26, 40 и др.], разработаны подробная классификация уплотне­

ний, методы расчета их конструктивных параметров, утечки смазки, износа трущихся элементов. Однако практически все эти результаты непригодны для выбора и расчета надежности уплотнений роликов ленточных конвейеров, эксплуатируемых на горных предприятиях.

При обычных условиях работы уплотнений опор качения предполагается невысокая запыленность окружающей среды, отсутствие прямого воздействия атмосферных осадков, большо­ го суточного перепада температуры окружающего воздуха и на­ личие системы поддержания давления смазки в уплотнении.

Условия эксплуатации уплотнительных узлов роликов лен­ точных конвейеров на горных предприятиях характеризуются

высокой запыленностью внешней среды (до 10— 15 г/м3 [40]), высокой вероятностью попадания влаги в зазоры уплотнений из-за значительного суточного перепада температуры внешней среды в виде «дыхания» вследствие изменения давления во внутреннем объеме роликов, отсутствием системы поддержания давления смазки в уплотнительных узлах и поддержания и об­ новления объема смазочного материала. В связи с этим специ­ ально для таких условий необходимо оценить роль капилляр­ ных, центробежных и других сил в рабочих процессах уплотни­ тельных узлов.

Использование консистентных смазок, высокая запылен­ ность внешней среды и дороговизна системы технического об­ служивания уплотнений конвейерных роликов вследствие их большого количества на конвейерах привели к значительному распространению различных видов лабиринтных уплотнений [43]. При этом контактные элементы уплотнений также часто используются в комбинации с лабиринтными элементами [44], однако лабиринтные уплотнения допускают утечку жидких ма­ сел через зазоры в уплотнениях. Известно, что через год экс­ плуатации в условиях открытых горных разработок в смазке подшипников конвейерных роликов накапливается от 12 до 27 % загрязнений в виде частиц пыли размером до 0,05 мм и до 7 % воды [25], вследствие чего имеет место абразивный износ колец подшипников качения, достигающий за тот же срок

(0,20—0,33) мм. Поэтому представляется необходимым рас­ сматривать при теоретическом исследовании работы уплотне­ ний конвейерных роликов не вопросы утечки смазки, а процесс проникновения загрязнений через уплотнительную систему.

11.2.2. Оценка факторов, определяющих пылепроницаемость уплотнительного узла конвейерного ролика

В качестве основных факторов, определяющих проникно­ вение частиц пыли в смазку подшипникового узла конвейерного ролика, обычно рассматривают «дыхание» вследствие суточного перепада температуры воздуха [25], центробежные силы, дейст­ вующие на смазку и частицы пыли в лабиринтном уплотнении [18], и диффузию частиц пыли в смазочный материал. При этом нужно отметить, что последний фактор, весьма актуальный для узлов, заполненных жидким маслом, применительно к уплотне­ ниям конвейерных роликов можно исключить из рассмотрения вследствие очень высокой вязкости, а главное — плохой смачи­ вающей способности консистентной смазки.

Оценим количество воздуха, проникающее при «дыхании» в ролик через уплотнение.

При нормальных условиях воздух близок по своим свойст­ вам к идеальному газу и значения его термических коэффициен­ тов расширения и давления практически равны друг другу [17]:

а„ = а р « 0,00367 град'1

При нормальном атмосферном давлении воздуха (р0 = 105 Па) изменение температуры на 10 °С приводит к изменению давления воздуха в полости ролика при неизменном объеме на величину

Ар = а рР0 = 3,67 • 103 Па,

что на порядок выше порогового избыточного давления, кото­ рое равно (200 — 400) Па и при оценке «дыхания» ролика мож­ но не учитывать.

Объем свободной полости ролика 0 159 мм составляет не более 11-10-3 м3 Следовательно, при «дыхании» через один уп­ лотнительный узел проходит количество воздуха, равное

ДV = -1 0 • а,У0 = -1 0 • 0,00367 • 4 • 10’3 м3 « 73,4 см3,

что составляет при трехсменной 18-часовой работе в сутки при­ мерно 11 см3/ч, или 0,17 мм3 на один оборот ролика при скоро­ сти движения ленты 3 м/с.

Для оценки значимости инерционных сил, действующих на смазку, рассмотрим давление, создаваемое этими силами в тор­ цевом зазоре лабиринтного уплотнения, имеющем форму плос­ кого кольца толщиной b с внутренним и внешним радиусами соответственно /?„ и RH(рис. 11.3) При этом в целях грубой оценки считаем, что вся масса, заключенная в торцевом зазоре смазки, вращается вместе с вращающейся частью уплотнения.

Сила, действующая на бесконечно малый элемент поверх­ ности уплотнения, ограничивающей торцевой зазор со стороны

Рис. 11.3. К определению давления в смазке подшипникового узла от инерци­ онных сил

внешнего радиуса, представляет собой суммарную силу инерции вращающейся массы смазки в соответствующем секторе зазора:

Л,

 

р иЬШ= |Р А b(d<pR)dR

(11.11)

Я.

 

где р„ — давление на рассматриваемой поверхности, создавае­ мое центробежными силами инерции; рс — плотность смазки; dl — элемент дуги внешней окружности торцевого зазора; dtp — элемент центрального угла, соответствующий элементу дуги dl(dl = RMdiр); аи — центральное ускорение; R — текущий ра­ диус в системе полярных координат (R, <р).

Величина центробежного ускорения зависит от текущего

радиуса R :

 

 

R

v

я R.РУ

~R

R

где v — окружная скорость на расстоянии R от оси вращения ролика; ул — скорость движения ленты конвейера; Rp— радиус ролика.

С учетом сказанного выражение (11.11) можно записать в виде

P»dl = Рс^ i ^ R

' d R

= р,

(я; - R\) =

 

ЛР

Rh

К Р

J

 

 

1- r R. V

5

откуда

 

 

 

 

/>И =-РЛ

1 - 4Y

( 11.12)

1

2

 

 

 

Если принять рс = 0,8-103кг/м3 ул = З м/ с ;

2Rp =0,133 м;

2Rt = 0,025м;

R^-Я , =0,008 м (обычная

высота

торцевого

зазора для

стандартных уплотнений

[18]),

то

получим

Рк ~ 176 Па.

 

 

 

 

Таким образом, даже завышенная оценка показывает, что инерционные силы значительно меньше сил, вызываемых пере­ падом температуры, равным 1 °С, и практически не проходят минимального порогового давления, необходимого для движе­ ния смазки в зазорах лабиринтных уплотнений. При этом мы полагаем, что весь слой смазки вращается вместе с вращающи­ мися частями уплотнения, что при обычной толщине торцевого зазора b = (2,5 ±1) мм [17] практически невозможно.

Представляется целесообразным рассмотреть такой посто­ янно действующий и практически неустранимый фактор, как изменение кольцевых и торцевых зазоров в уплотнениях вслед­ ствие радиальной и осевой игры в подшипниках, а также неточ­ ности изготовления деталей уплотнений.

Проанализируем влияние радиального зазора в подшипни­ ках на пылепроницаемость уплотнений, для чего рассмотрим поведение консистентной смазки в кольцевой щели лабиринтно­ го уплотнения с учетом радиального зазора в подшипнике (рис. 11.4). Отметим, что при обычной величине радиального зазора в лабиринтном уплотнении (0,2—0,3) мм радиальный зазор в подшипниках имеет порядок 0,02 мм, что составляет примерно 10 % зазора в уплотнении.

Допустим, что вращающейся является наружная деталь уп­ лотнения, имеющая радиус R0. Радиус внутренней детали — г0, расчетное значение зазора в уплотнении Л0 = R0 - го. При ради­ альном зазоре в подшипнике вращающиеся части ролика, в том числе и уплотнения, под действием веса и внешней вертикаль­ ной нагрузки опускаются вниз, выбирая зазор в подшипнике. При этом вращение происходит с эксцентриситетом относи­ тельно оси ролика, равным е = Gp, где Gp — радиальный зазор в подшипнике. Для подшипников 0 18— 40 мм однорядных ша­ риковых радиальных нормальной группы зазоров начальный за-

464

зор Gp = (5—20) мкм [16]. Действительная величина зазора рас­ пределена в пределах этого поля допуска обычно по нормаль­ ному закону. Среднее значение Gp можно принять равным при­ мерно 10 мкм. Для роликовых радиально-упорных конических подшипников, которые иногда применяются в конвейерных ро­ ликах, среднее значение Gp может составлять от 20 до 110 мкм [39] в зависимости от диаметра внутреннего кольца. Рабочий за­ зор в подшипнике отличается от первоначального:

(11.13)

где AD 1 и Ad\ — изменения диаметров наружного и внутренне­ го колец вследствие посадочного натяга; AGP — уменьшение или увеличение зазора вследствие перепада температуры меж­ ду валом и корпусом подшипника; 6у — радиальное смещение от упругой деформации в контакте наиболее нагруженного тела качения с дорожками качения внутреннего и наружного колец.

Рис. 11.4. Влияние радиального зазора в подшипнике на поведение смазки в кольцевой щели лабиринтного уплотнения

Кроме того, вследствие износа дорожек и тел качения в процессе эксплуатации подшипников радиальный зазор в них может увеличиваться до (200—300) мкм, т.е. достигать величи­ ны зазора в уплотнении.

При наличии эксцентриситета е между неподвижной и под­ вижной поверхностью уплотнения образуется клинообразный слой смазки. Поскольку часть смазки движется вместе с вра­ щающейся поверхностью уплотнения, при вхождении в зону сжатия давление в смазке повышается, а при выходе из нее - снижается. В точках, разделяющих зоны сжатия и разрежения, давление в смазке можно принять равным нулю. На рис. 11.4 показана эпюра давления в смазке, построенная в соответствии с гидродинамической теорией смазки [40], наиболее адекватно отражающей описанный выше процесс движения смазки в кольцевом зазоре лабиринтного уплотнения. Будем считать, что подвижна наружная деталь уплотнения, а скорость движения смазочного материала изменяется по ширине зазора по закону квадратичной параболы [40]:

, f 5 У

где vmax — максимальное значение окружной скорости смазоч­ ного материала, равное скорости внешней детали уплотнения; 5о — ширина зазора; 8 — текущее расстояние от вращающейся детали уплотнения.

При этом представляет интерес лишь значение средней по

ширине зазора скорости; как известно, при параболическом за-

2 2 #

коне изменения vcp = - v max = —v„— (Rp — радиус ролика; v„ — 3 3 Rp

скорость движения конвейерной ленты). При вращении внут­ ренней детали уплотнения вместо R Q в формулу следует подста­ вить Го.

Согласно гидродинамической теории смазки, изменение давления вдоль гидродинамического клина описывается в по­ лярной угловой координате 0 (см. рис. 11.4) уравнением [40, 26]

466

Соседние файлы в папке книги