Разработка путей обеспечения безопасной эксплуатации лифтов Мечиев Аюб Вахаевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обоснование задач исследования 8

1.1. Основные свойства и показатели надежности 8

1.2. Факторы, оказывающие влияние на надежность и безопасность лифтов 10

1.3. Обзор результатов ранее выполненных исследований 17

1.4.Выводы по первой главе 22

Глава 2. Методологические основы исследования. 24

2.1. Имитационное моделирование 25

2.2. Кластерный анализ 35

2.3. Аналитический метод исследования показателей надежности лифта 40

2.4. Оценка риска обеспечения конструктивной безопасности лифтов 46

2.5. Выводы по второй главе 52

Глава 3. Разработка путей обеспечения безопасной эксплуатации лифтов и организация технического обслуживания 53

3.1. Представление процесса технического обслуживания лифта как одноканальной замкнутой системы массового обслуживания 53

3.2. Кластерный анализ лифтовой системы 56

3.3. Обработка статистических данных потока отказов и восстановления лифтов 60

3.4. Разработка методики определения уровня безопасности лифта 67

3.5.Разработка методики определения рационального количества обслуживаемых лифтов 81

3.5.1. Имитационная модель технического обслуживания лифтов 82

3.5.2. Определение рационального количества обслуживаемых лифтов с помощью критерия технико-экономической эффективности . 91

3.6. Выводы по третьей главе 102

Глава 4. Практическое применение методики определения рационального количества обслуживаемых лифтов 104

4.1.Определение рационального количества обслуживаемых лифтов в зависимости от этажности здания 104

4.2. Определение зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов 108

4.3.Опредление коэффициента использования канала обслуживания (электромеханика) при обслуживании нескольких объектов 112

4.4.Выводы по четвертой главе 115

Общие выводы и заключение 116

Список литературы 118

Приложение 129

• Факторы, оказывающие влияние на надежность и безопасность лифтов
• Обработка статистических данных потока отказов и восстановления лифтов
• Определение рационального количества обслуживаемых лифтов с помощью критерия технико-экономической эффективности
• Определение зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов

Введение к работе

Актуальность работы. Несмотря на то, что лифт должен быть безопасным в соответствии с техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 011/2011 «Безопасность лифтов», в настоящее время остро стоит проблема, связанная с безопасной эксплуатацией лифтов, о чём свидетельствуют статистические данные случаев гибели и травматизма на территории Российской Федерации за период 2005-2013 гг.

На безопасность и надежную эксплуатацию лифтов влияют такие факторы как: уровень организации труда и производства; система контроля качества и надежности; качество комплектующих изделий; качество используемого материала; квалификация рабочего персонала; техническое состояние и совершенство используемого оборудования; соблюдение технических требований на изготовление.

При принятии стратегии технического обслуживания необходимо использовать информацию о надежности каждого узла лифта и учитывать такие важные факторы как: машинное время работы лифтов; сегмент здания (административное, жилое); режимы нагружения лифтов; тип привода и т.д.

Несоблюдение вышеописанных факторов приводит к снижению надежности и безопасности лифтов.

В целом причины отказов можно разделить на 4 группы: конструктивные недостатки; некачественное изготовление; некачественный монтаж; некачественное обслуживание.

Итак, актуальность работы в научном аспекте обоснована необходимостью повышения безопасности эксплуатируемых лифтов.

Цель работы. Разработка путей обеспечения безопасной эксплуатации лифтов на основе методики оценки уровня безопасности компонентов и организации технического обслуживания.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведение анализа неисправностей и выявление наиболее опасных элементов лифта при нормальной эксплуатации.

2. Представление лифта в виде иерархической системы.

3. Проведение кластерного анализа для построения дендограммы лифта.

4. Разработка методологии оценки уровня безопасности при эксплуатации лифта.

5. Разработка статистического метода определения рационального количества обслуживаемых лифтов.

6. Разработка рекомендаций для рационального объема парка обслуживаемых лифтов.

Научная новизна заключается в:

7. получении уравнений оценки безопасности эксплуатации лифта, учитывающих машинное время работы лифта, расположение обслуживаемых объектов, влияние каждого узла на безопасность, объем парка обслуживаемых лифтов;

8. развитии статистического метода определения рационального объема парка обслуживаемых лифтов, учитывающего машинное время работы лифта, количество остановок и технико-экономический параметр эксплуатации лифта;

9. установлении зависимостей интенсивности восстановления работоспособности лифта от среднего времени ожидания ликвидации отказа, рационального количества обслуживаемых лифтов от среднего времени ожидания, коэффициента использования обслуживающего персонала от количества обслуживаемых лифтов для различных действующих объектов, коэффициента готовности лифта от их количества, позволяющих повысить надежность и безопасность работы лифта.

Обоснованность и достоверность основных теоретических положений и результатов работы обеспечиваются использованием законов надежности, методов аппроксимации данных, а также соответствующего математического аппарата;

апробацией результатов исследований перед научной общественностью;

удовлетворительной согласованностью экспериментальных и расчетных данных.

Практическая значимость работы

На основании результатов выполненных исследований разработаны:

10. программное обеспечение модели технического обслуживания лифтов;

11. рекомендации по срокам модернизации лифтов с учетом уровня безопасности;

12. рациональное значение коэффициента использования канала обслуживания (электромеханика);

13. рекомендации по количеству обслуживаемых лифтов;

14. результаты статистической выборки, позволяющие определять интенсивность отказов и интенсивность восстановления лифтов;

15. результаты экспериментальных исследований, проведенных на базе имитационного моделирования с учетом различного количества обслуживаемых лифтов.

Реализация результатов работы. Разработанная методика и программа имитационного моделирования была принята к использованию в компании АО «Коне лифтс», что подтверждено соответствующим актом использования, а также в учебном процессе при подготовке бакалавров, специалистов и магистров на кафедре механизации строительства НИУ МГСУ.

Апробация полученных результатов. Основные положения результатов работы докладывались на XVIII Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва, 2014); XIX Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва, 2015); заседаниях кафедры механизации строительства МГСУ (Москва, 2014-2015).

Личный вклад автора:

16. проведен анализ неисправностей лифтов, лифт предложено рассматривать как систему с последовательно соединенными элементами, для каждого элемента было установлено наработка на отказ, время восстановления и количество отказов за определенный промежуток времени;

17. разработана методика оценки безопасности эксплуатации лифта, учитывающих машинное время работы лифта, расположение обслуживаемых объектов, влияние каждого узла на безопасность, объем парка обслуживаемых лифтов;

18. методом имитационного моделирования определены зависимости коэффициента использования лифтов от количества обслуживаемых лифтов, интенсивности восстановления от времени ожидания.

19. систему эксплуатации лифтов следует рассматривать как одноканальную систему массового обслуживания.

20. определено рациональное количество обслуживающих лифтов в зависимости от интенсивности отказов.

Публикации. Тема и содержание диссертационной работы полностью отражены в 7 научных работах, из них в изданиях Перечня ВАК РФ – 4, общим объемом 1,42 п.л.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав основного текста, общих выводов, библиографического списка и приложений. Основной текст изложен на 132 листах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 38 таблиц и списка литературы из 125 источников.

На защиту выносятся:

1) рекомендации по срокам модернизации лифтов с учетом безопасности работы лифта;

2. методика определения уровня безопасности лифта;

3. методика по определению рационального количества лифтов, обслуживаемых одним электромехаником с учетом различных условий обслуживания, по критерию технико-экономической эффективности;

4. зависимости интенсивности восстановления от среднего времени ожидания перед началом устранения неисправности, рационального количества обслуживаемых лифтов от среднего времени ожидания;

5. коэффициент использования электромеханика от количества обслуживаемых лифтов для различных действующих объектов;

6. зависимость рационального количество обслуживаемых лифтов от машинного времени, зависящего от этажности рассматриваемого здания.

Факторы, оказывающие влияние на надежность и безопасность лифтов

Повышение надежности лифтов способствует экономической выгоде благодаря снижению интенсивности отказов элементов лифта, что приводит к снижению затрат, связанных с их ремонтом и заменой.

Необходимость повышения надежности и безопасности лифтов также связана с ростом случаев травматизма и гибели при их эксплуатации. Статистические данные по лифтам, приведенные Комитетом по аналитике и статистике Национального лифтового союза [18] за последние 9 лет, показывают, что в Российской Федерации имеется тенденция роста случаев гибели и травматизма при эксплуатации лифтов (Таблица 1). Так, количество летальных исходов увеличилось в 1,5 раза, а случаев травматизма более чем в 3 раза. По-прежнему основными причинами остаются большая изношенность отечественного лифтового парка, а также грубое нарушение правил пользования и эксплуатации лифтов.

Высокая надежность лифта ведет к положительному социальному эффекту, который заключается в комфортности вертикального передвижения конечного пользователя. Существуют различные факторы, которые могут влиять на надежность и безопасность лифтов, как в положительном направлении, так и в отрицательном. Надежность лифтов определяется в основном надежностью:

электрического оборудования (трансформаторы, электромагниты, электродвигатели, контакторы, электромеханические реле и т.д.);

механического оборудования (КВШ, тяговые канаты, ограничитель скорости, тормоз и т.д.);

электронного оборудования (частотный преобразователь, кодер и т.д.). Например, при оценке безотказной работы лифт рассматривается как система, состоящая из последовательно соединенных элементов, а как итог, выход из строя любого из названных элементов приводит к отказу лифта в целом, поэтому вероятность безотказной работы является одним из важнейших показателей надежности [4].

Правила безопасности к устройству и установке лифтов строго регламентируются европейскими [15] и российскими [12, 16] стандартами, состоящие из:

требований к шахте лифта;

требований к размещению оборудования для лифтов с машинным помещением и без;

требований к механическому оборудованию лифтов (двери шахты; направляющие; лебедка; кабина; противовес и уравновешивающее устройство кабины; ловители; ограничитель скорости; буферы; тяговые элементы и подвеска);

требований к электрическому оборудованию (электропривод; система управления; электрические устройства и цепи безопасности; электропроводка и электрооборудование).

В целом причины отказов можно разделить на следующие группы:

конструктивные недостатки;

некачественное изготовление;

некачественный монтаж;

некачественное обслуживание;

Для повышения надежности лифта при его конструировании необходимо обращать внимание на следующие факторы:

унификация и стандартизация;

контролепригодность и доступность деталей, а также сборочных единиц;

взаимозаменяемость однотипных деталей и сборочных единиц;

возможность проведения ремонтных работ и т.д.

Показатели надежности лифта, заложенные на стадии конструирования, реализуются при его изготовлении. Качество изготовления характеризуется такими факторами как [2]:

уровень организации труда и производства;

система контроля качества и надежности;

качество комплектующих изделий;

качество используемого материала;

квалификация рабочего персонала;

техническое состояние и совершенство используемого оборудования;

соблюдение технических требований на изготовление.

Низкое качество монтажа, приводящее к частым отказам в первое время работы лифта, может свидетельствовать о несоблюдении технологий монтажа завода-изготовителя, а также о низкой квалификации рабочего персонала.

Под обслуживанием лифта подразумевается целый комплекс работ, предназначенных для поддержания лифтового оборудования в исправном состоянии. Он включает в себя периодическое техническое обслуживание и ремонт. Периодическое техническое обслуживания предназначено для снижения интенсивности изнашивания деталей путем регулировочных, смазочных и крепежных работ, а также для превентивного обнаружения отказов. При принятии стратегии технического обслуживания необходимо использовать информацию о надежности каждого узла лифта и учитывать такие важные факторы как: количест во этажей; сегмент здания (административное, жилое); режимы нагружения лифтов; тип привода и т.д. Низкая квалификация рабочего персонала также приводит к частым отказам, что может свидетельствовать о проведении некачественного технического обслуживании и ремонта.

Несоблюдение вышеописанных факторов приводит к снижению надежности и безопасности лифтов.

Негативное воздействие на электромеханическое и микропроцессорное оборудование лифта создают высокие и низкие температуры. Температура в машинном помещении должна поддерживаться в пределах между 5С и 40С за счет естественной и принудительной вентиляции, которая должна быть спроектирована таким образом, чтобы исключалась возможность вихреобразования, которое может приводить к проникновению пыли и увлажнению воздуха [9].

Большие перепады температуры приводят к образованию конденсата, который, попадая на механические поверхности, может приводить к образованию коррозии на их поверхности. Влага также оказывает негативные последствия на электропроводку, электромеханические и электронные устройства лифта.

Пыль ухудшает изоляционные свойства электроустановок, что приводит к выходу их из строя. При оседании пыли на электрических контактах повышается переходное сопротивление в месте их замыкания, что вызывает их нагрев и обгорание. Из-за попадания пыли на механическую часть контактора может произойти неравномерное и не одновременное замыкание фаз полюсов, а, следовательно, привести к отказу трехфазного электродвигателя.

Интенсивное увеличение температуры может влиять на структуру металла, вызывающее разрушение бронзового червячного колеса редуктора [9].

Отрицательно на надежность и безопасность лифта влияет вибрация, которая приводит к ослаблению сварных и болтовых соединений, а также к усталости металла. Снижению вибронагрузок, а значит и повышению надежности и безопасности лифта, может способствовать использование системы управления с частотно-регулируемым электроприводом. Частотно-регулируемый привод в отличие от двухскоростного асинхронного двигателя позволяет значительно уменьшать износ двигателя за счет осуществления плавного пуска. С помощью частотно-регулируемого привода формируется диаграмма движения кабины, близкой к оптимальной, что дает возможность обеспечить плавность при разгоне и торможении, а также высокую точность остановки. Все это способствует снижению вибронагрузок на оборудование лифта. Также значительно уменьшается износ тормозных колодок, так как тормоз накладывается лишь после того, как кабина совмещается с уровнем порога двери шахты и полностью останавливается [8].

Как было сказано выше, лифт представляет собой кинематическую систему с последовательно соединенными узлами. Выход из строя любого из узлов приводит к отказу всей системы. Сокращение количества узлов приводит к повышению надежности лифта, однако, не всегда согласуется с повышением безопасности.

В настоящее время большое применение находят безредукторные лебедки с частотным регулированием. Данные лебедки являются выгодными не только с точки зрения повышения надежности, но и за счет экономической составляющей, так как отсутствие редуктора ведет к понижению стоимости технического обслуживания – простой двигатель практически не требует технического обслуживания. Также уменьшается уровень шума за счет отсутствия зубчатой передачи.

Обработка статистических данных потока отказов и восстановления лифтов

Для проведения статистического эксперимента и дальнейшего расчета интенсивности отказов и интенсивности восстановления, а также для корректности проводимого эксперимента нами были выбраны 3 объекта по различным адресам в г. Москва, обслуживаемых компанией KONE, с одинаковыми техническими характеристиками лифтов, сегментом здания и режимом работы:

1. Ленинградское шоссе, 39А;

2. Преображенская площадь, 8;

3. ул. Лесная, 5.

Отличие данных объектов заключается в их отдаленности, и соответственно, в различном времени ожидания перед началом устранения возникающих неисправностей, то есть Tож.

Все 3 объекта относятся к зданиям административного сегмента и имеют одинаковую загруженность лифтов. В каждом из зданий используется по 10 лифтов, имеющих следующие технические характеристики

Данные о количестве заявок, времени ожидания Tож, времени устранения неисправности Тр, количестве лифтов, вышедших из строя за рассматриваемый период взяты из статистических данных, предоставленных компанией KONE. Данные были предоставлены за 1 календарный год в период с 05.05.2014 по 04.05.2015 [115].

Отказов по узлам №2, №3, и №6 за указанный период не было.

Номера таблиц соответствуют адресам, обслуживаемых компанией KONE, объектов, обозначенных выше, т.е.:

- Таблица 7 - Ленинградское шоссе, 39А;

- Таблица 8 - Преображенская площадь, 8;

- Таблица 9 - ул. Лесная, 5.

Исходя из имеющихся данных, нами был произведен расчет интенсивности отказов А, и интенсивности восстановления /л (что приведено в Таблицах 7-9), как для каждого отдельного лифтового узла, так и для всего лифта в целом по формулам (3.1) и (3.2) [115].

При среднем времени, затрачиваемом на устранение одной неисправности Jp=768,76 минут, максимальное отклонение между всеми объектами составляет лишь 8,97%. При этом максимальное отклонение среднего времени ожидания ТОЖ=901,96 мин для одной заявки составляет 241,75%, что говорит о значительном влиянии времени ожидания на конечную величину интенсивности восстановления.

Поэтому, используя общие интенсивности отказов X и общие интенсивности восстановления для всей лифтовой системы по данным трём объектам, был построен график зависимости интенсивности восстановления от среднего времени ожидания Тож (Рис. 3.3) [115].

С помощью программы математического моделирования [108-110], используя метод наименьших квадратов, строится аппроксимация данной зависимости, которая в дальнейшем позволяет определять интенсивности восстановления /л при различных значениях среднего времени ожидания Тож (Рис. 3.4). Рассматривается приведенное среднее время ожидания к одному часу.

При этом величина достоверности аппроксимации Ri = 0,9957 Полученное уравнение аппроксимации позволяет нам определить интенсивность восстановления в зависимости от времени ожидания. Зависимость носит степенной характер, которая показывает, что с увеличением времени ожидания интенсивность восстановления уменьшается.

Определение рационального количества обслуживаемых лифтов с помощью критерия технико-экономической эффективности

Обзор нормативной документации [12-17, 84-89, 92-97] показал, что требования по коэффициенту использования канала обслуживания отсутствуют, поэтому проведем обоснование обслуживания рационального количества лифтов на основании технико-экономического показателя, определяемого по формуле (3.7) Используя в качестве критерия технико-экономический показатель, определим рациональное количество обслуживаемых лифтов с помощью системы Mathcad.

1. Задание исходных данных:

СВР=2500

СВП=2500

СК=243

G=0,2

SB=70500

SK=5221000

Тг=2460

ЕН=0Д5

z=40-50

=0,012

д=0,633

2. Построение математической модели - y(z) в зависимости от искомого параметра - z:

Определим коэффициент загрузки и вероятность простоя канала обслуживания P0(z) при различном числе обслуживаемых лифтов - z.

Таким образом, для интенсивности отказов А,=0,012 и интенсивность восстановления д=0,633, что соответствует объекту №1, рациональное число обслуживаемых лифтов составляет 44, что соответствует коэффициенту использования канала обслуживания 0,771.

Аналогичным образом построим графики зависимости технико-экономического эффективности от количества обслуживаемых лифтов, а также определим рациональное количество обслуживаемых лифтов для объектов №2 и №3, а также для этих же объектов построим графики зависимости уровня безопасности от количества обслуживаемых лифтов.

При интенсивности отказов Л,=0,013 и интенсивность восстановления д=0,895 на объекте №2 по (3.32) коэффициент загрузки \/=0,015. Тогда по (3.33) зависимости от количества обслуживаемых лифтов z внесем значения вероятности простоя канала обслуживания в Таблицу 28

По аналогии с предыдущими уравнениям (3.34)-(3.37) находим рациональное количество обслуживаемых лифтов при интенсивности отказов и интенсивности восстановления, соответствующих объекту №2. Получаем, что zopt=57, а коэффициент использования канала обслуживания при этом составит 0,775.

При интенсивности отказов А=0,012 и интенсивность восстановления =1,285 на объекте №3 по (3.32) коэффициент загрузки =9,33910"3. Тогда по (3.33) в зависимости от количества обслуживаемых лифтов z внесем значения вероятности простоя канала обслуживания в Таблицу 30

По уравнениям (3.34)-(3.37) находим рациональное количество обслуживаемых лифтов при интенсивности отказов и интенсивности восстановления, соответствующих объекту №3. Получаем, что zopt=85, а коэффициент использования канала обслуживания при этом составит 0,766.

При рациональном количестве обслуживаемых лифтов, которое для объекта №1 составит 44 единицы, для объекта №2 - 57 единиц и для объекта №3 – 100 единиц, коэффициент готовности будет иметь соответственно значения 0,837 (объект №1), 0,797 (объект №2) и 0,732 (объект №3). Исходя из полученных графиков, представленных на Рис. (3.5), Рис. (3.10), и Рис. (3.13), и значений показателя технико-экономической эффективности из Таблиц 26, Таблицы 29 и Таблицы 31 можно сделать вывод, что обслуживание большего количества лифтов приведет к уменьшению коэффициента готовности, что приведет к снижению надежности оборудования, а уменьшение количества обслуживаемых лифтов – к увеличению финансовых расходов, связанных с обслуживанием.

Средний коэффициент использования канала обслуживания равен 0,77, при этом максимальное отклонение по трём рассмотренным объектам составляет 0,65%.

Используя значения коэффициентов использования канала обслуживания и соответствующие им рациональные значения обслуживаемых объемов лифтов, можно построить график зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от времени ожидания перед началом устранения неисправности Тож (Рис. 3.26).

Значения среднего времени ожидания Tож и соответствующие им рациональные объемы обслуживаемых лифтов по трём рассмотренным объектам представлены в Таблице 32

Аналогично предыдущему построим аппроксимацию зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от времени ожидания перед началом устранения неисправности Тож с помощью программы математического моделирования [108-110], используя метод наименьших квадратов (Рис. 3.27).

Определение зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов

Известно, что длительный срок эксплуатации лифтов ведет к понижению их надежности и, следовательно, к увеличению интенсивности возникновения отказов, а также к уменьшению наработки на отказ [107]. Данная обусловленность свидетельствует о том, что рациональное количество лифтов, обслуживаемых электромехаником, необходимо уменьшать с увеличением эксплуатационного срока их службы.

С помощью математической модели (3.27) определяется рациональное количество обслуживаемых лифтов при увеличении интенсивности отказов . Значения интенсивностей отказов и соответствующего им рационального количества обслуживаемых лифтов для объекта №1 представлены в Таблице 36

По полученным результатам, которые были сведены в Таблицу 36, можно построить график зависимости количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов. График зависимости представлен на Рис. 4.4.

С помощью программы математического моделирования [108-110], используя метод наименьших квадратов, строится аппроксимация данной зависимости, которая в дальнейшем позволяет определять рациональной количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов для объекта №1.

Уравнение аппроксимированной кривой имеет вид:

y1 = 1,2113x1-0,805 (4.4)

где x1 – интенсивность отказов

y1 – рациональное количество обслуживаемых лифтов. При этом величина достоверности аппроксимации R1 = 0,9979

Аналогичным образом определим зависимости рационального количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов для объектов №2 и №3.

Значения интенсивностей отказов и соответствующего им рационального количества обслуживаемых лифтов, рассчитываемого с помощью математической модели (3.3), для объекта №2 представлены в Таблице 37

По полученным значениям для объекта №2 строится график зависимости количества обслуживаемых лифтов от интенсивности отказов

Уравнение аппроксимированной кривой имеет вид:

y2 = 1,5068x2-0,828 (4.5)

где x2 – интенсивность отказов

y2 – рациональное количество обслуживаемых лифтов. Величина достоверности аппроксимации R2 = 0,998

Значения интенсивностей отказов и соответствующего им рационального количества обслуживаемых лифтов для объекта №3 представим в Таблице 38

Величина достоверности аппроксимации R3 = 0,997.

Полученные уравнения аппроксимаций позволяют нам определить рациональное количество обслуживаемых лифтов в зависимости от интенсивности отказов. Зависимость носит степенной характер, которая показывает, что с увеличением интенсивности отказов рациональное количество лифтов, обслуживаемое одним электромехаником, уменьшается.

В процессе длительной эксплуатации интенсивность возникновения отказов возрастает и для обеспечения безопасной работы лифтов необходимо уменьшать количество обслуживаемых единиц, приходящихся на одного электромеханика.