Диагностика строительных машин / Средства и технологии диагностирования строительных машин / Глава 9.2
Тормоза и системы безопасности грузоподъемных механизмов
При отклонении от нормативных значений давления включения и выключения компрессора производят регулировку регулятора давления. При превышении давления в системе более 1 МПа необходимо отрегулировать предохранительный клапан.
Проверку технического состояния компрессора начинают с контроля степени натяжения приводного ремня устройством КИ-8920. При снижении производительности компрессора проверяют герметичность клапанов. Наличие масла в конденсате сигнализирует о необходимости ремонта цилиндро поршневой группы компрессора. Степень износа компрессора определяют путем прослушивания стуков с помощью стетоскопов различных конструкций.
От состояния и регулировки тормозов грузоподъемных машин зависит не только безопасность производства работ, но и производительность машины. Например, у крана недостаточный тормозной момент приводит к затягиванию цикла или к самопроизвольному опусканию и даже падению груза или стрелы. Чрезмерный тормозной момент вызывает интенсивные динамические процессы в металлоконструкциях и трансмиссиях крана и удлинение цикла из-за увеличения амплитуды и продолжительности раскачивания груза. Особенно это заметно при выполнении при помощи крана достаточно точных монтажных операций.
Для определения общего технического состояния тормозов грузоподъемных машин и механизмов в качестве диагностических, могут быть использованы следующие параметры: тормозной момент, замедление, тормозной путь, время (продолжительность) торможения.
Для локализации дефектов используют параметры, характеризующие техническое состояние сборочных единиц тормозов.
Тормозной момент
Тормозной момент является прямым параметром, характеризующим состояние (в том числе регулировку) тормозов. Статический тормозной момент определяют путем нагружения грузоподъемного механизма контрольными грузами или специальными нагружающими устройствами. В динамическом режиме тормозной момент определяют путем измерения деформаций или угла закручивания вала тормозного шкива. Из-за сложности реализации такие измерения в процессе диагностирования пока не производят.
В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» тормозной момент нормирован коэффициентами запаса торможения для четырех режимов работы.
Замедление как диагностический параметр позволяет определять состояние тормозов в динамическом режиме. Оптимальные значения замедлений для грузоподъемных машин 0,2...0,6 рад.
Из-за отсутствия простых средств измерений замедлений этот параметр редко применяют при диагностировании тормозов грузоподъемных машин.
Тормозной путь, выраженный в радианах (по тормозному шкиву), связан с тормозным моментом следующей зависимостью:
Если задаться заранее скоростью в начале торможения и массой груза, то путь торможения будет зависеть только от момента торможения, поскольку момент сопротивления в -процессе торможения является величиной постоянной.
Величина тормозного пути зависит от многих факторов, определяющих общее техническое состояние тормозов, в частности от износа шкивов и накладок колодок, степени сжатия тормозной пружины, замасливания накладок и шкива и др. Абсолютные значения тормозного пути определяет также масса груза на крюке и геометрия крана.
На показана зависимость тормозного пути от вылета крюка при отсутствии груза на крюке и при массе груза 8,8 т.
Зависимость тормозного пути
Зависимость тормозного пути грузовой лебедки от зазора между накладками и тормозным шкивом показана.
Кривая 1 получена при отсутствии груза на крюке крана, а кривая 2 - с грузом массой 8,8 т. Увеличение тормозного пути при износе тормозных накладок объясняется уменьшением усилия тормозной пружины вследствие ее удлинения при опускании штока гидротолкателя. Резкий перегиб кривых на графике объясняется уменьшением установочного хода штока гидротолкателя, что в свою очередь приводит к утиранию рычага тормоза в корпус гидротолкателя. При этом усилие тормозной пружины не передается на колодки, что резко уменьшает тормозной момент.
На показаны зависимости тормозного пути грузовой лебедки от установочной длины пружины, причем эти зависимости были получены также и при замасленных накладках (пунктирные линии на графике). Как видно из графика, величина тормозного пути при замасливании накладок существенно возрастает.
Представленные на графиках зависимости наглядно иллюстрируют возможность использования величины тормозного пути в качестве диагностического параметра для характеристики общего технического состояния грузовых тормозов.
Время торможения определяется следующей зависимостью.
Как видно из формулы, при определенных величинах нагрузки и частоте вращения тормозного шкива время торможения однозначно связано с тормозным моментом. По информационным характеристикам время торможения и путь торможения равноценны, однако по способам и средствам определения предпочтителен в качестве диагностического параметра тормозной путь, так как в конце процесса торможения частота вращения тормозного шкива очень мала, что вызывает затруднения при фиксации момента полной остановки. Кроме того, приборная реализация средств измерения тормозного пути намного проще, чем средств измерения времени торможения.
Параметры
Параметры, используемые для локализации дефектов тормозов. Состояние тормозных пружин может быть оценено по величине усилия, которое развивает пружина. Усилие, развиваемое пружинами постоянно-замкнутых тормозов, составляет 0,15...3 кН в зависимости от типа тормоза и требуемого тормозного момента. Для определения усилий, развиваемых пружинами, могут быть использованы различные механические и электрические измерители, а также измерители с гидравлическими передачами, специально приспособленные для установки на пружины без нарушения их регулировок.
Наиболее частый, но внешне малозаметный дефект - образование короткозамкнутых витков в катушках. При питании катушек переменным током короткозамкнутые витки ведут к быстрому отказу катушек, а при питании постоянным током - к увеличению времени срабатывания привода тормоза.
Величины начальных зазоров в магнитопроводе тормозов определяют либо механическим мерительным инструментом, либо по величине тока в цепи катушки. Размер зазора сильно влияет на величину тока в цепи катушки, поэтому, если даже путь торможения или другой параметр, характеризующий общее техническое состояние, находится в допустимых пределах, для сохранения надежности тормоза следует проверять, а при необходимости и регулировать величину зазора.
О наличии воздуха в гидросистеме электродвигателей свидетельствует (при отсутствии дефектов в других элементах тормоза увеличение (против начальной) частоты вращения тормозного шкива в начале торможения, а также самопроизвольное медленное опускание груза.
Для диагностирования двигателей электрогидротолкателей используют методы и средства диагностирования элементов электропривода.
Для сигнализации об износе тормозных накладок перспективны встроенные электрические датчики - сигнализаторы предельных взносов.
Измерение тормозного момента
Рассмотрим средства и методы измерения диагностических параметров грузоподъемных механизмов и машин.
Измерение тормозного момента производят при помощи контрольных грузов или нагружающих устройств, обеспечивающих нагрузку на крюк до (1,1...1,25) <Эп, где <Эп - номинальная нагрузка. Эти средства позволяют диагностировать как тормоза, так и ограничители грузоподъемности, а также проверять техническое состояние опорно-поворотных устройств и сопряжений металлоконструкций.
В тресте Тагилстрой для испытания кранов разработаны телескопические наборные грузы для каждой модели, кранов. Это позволяет уменьшить площадь испытательной площадки и число перестроповок контрольного груза.
Наборный груз состоит из железобетонных колец, стержня с головкой и скобой. Масса внутреннего кольца соответствует грузоподъемности крана при максимальном вылете крюка, общая масса двух колец - грузоподъемности крана при минимальном вылете. Масса стержня соответствует 10% максимальной грузоподъемности крана.
При проведении испытаний наборным грузом сначала поднимают одно или два кольца, не отрывая стержня от земли. В этот момент не должен сработать ограничитель грузоподъемности. Затем поднимают кольцо (или два) вместе со стержнем, при этом должен сработать ограничитель грузоподъемности. Если ограничитель грузоподъемности не срабатывает, производят проверку и настройку электрической схемы ограничителя или установку датчиков.
В настоящее время разрабатывают и применяют различные типы нагружателей, чаще всего с гидроприводом для создания нагрузки на крюк. Эти нагружатели позволяют создавать нагрузку до 50 кН, что обеспечивает проверку ограничителей грузоподъемности только при максимальном вылете крюка.
В состав стенда входят
В ЦНИИОМТП разработан и испытан стационарный гидравлический стенд, который позволяет определить техническое состояние тормозов грузовых и стреловых лебедок, ограничителей грузоподъемности опорно-поворотных кругов стреловых самоходных кранов грузоподъемностью до 16 т. Стенд обеспечивает создание нагрузки на крюке до 200 кН, ход крюка допускается не более 150 мм. Масса стенда с комплектом приспособлений не превышает 1250 кг. Габариты - 2110х1575х2060 мм.
Стенд позволяет плавно нагружать крановое оборудование статической нагрузкой, при- этом последовательно Происходит выбор люфтов во всех элементах трансмиссии и в местах крепления элементов металлоконструкций. При нагрузке, превышающей грузоподъемность кранов, проверяют техническое состояние тормозов и ограничителей грузоподъемности. Контроль за перемещением элементов кранового оборудования осуществляют при помощи датчиков, входящих в комплект стенда.
В состав стенда входят: нагружающее устройство, насосная станция, гидро- и электроаппаратура управления, средства измерений и сигнализации предельного состояния сборочных единиц кранового оборудования.
Нагружающее устройство включает в себя гидроцилиндр диаметром 250 мм, динамометр ДПУ-20-2 и равноплечий рычаг. Один конец равноплечего рычага через динамометр соединен со штоком гидроцилиндра, а второй (при проверке) -с крюком крана, что позволяет постоянно закрепить динамометр на стенде и отнести точку соединения крюка крана со стендом от оси силового цилиндра на 1000 мм.
Насосная станция смонтирована на единой рамс стенда и включает в себя бак вместимостью 120 л, шестеренный насос НШ-32 и электродвигатель мощностью 4 кВт. Насос находится внутри бака и прикреплен к его крышке. На всасывающем патрубке насоса установлен сетчатый фильтр, напорный патрубок насоса соединен с реверсивным золотником, имеющим электрогидравлическое управление. В магистрали напорного патрубка установлен клапан АПГ-52-24, а в магистралях поршневой и штоковой полости гидроцилиндра - редукционный клапан АПГ-57-24. Давление контролируют по манометру. Сливная магистраль заканчивается сетчатым фильтром.
Предельный наклон крана
Управляют стендом с пульта, закрепленного на раме стенда. На пульт управления вынесены кнопки включения и выключения электродвигателя насосной станции и переключения направления движения штока и его остановки; сигнальные лампы, регистрирующие начало движения крюка крана, прокручивания шкива- тормоза при максимальной нагрузке, наклон крана и работу электродвигателя.
Предельный наклон крана, начало движения штока гидроцилиндра и предельное прокручивание трансмиссии фиксируют конечными выключателями ВПК-2111.
Два конечных выключателя установлены на раме около плеча рычага, соединенного с динамометром. Расстояние между выключателями 100 мм. Нижний выключатель фиксирует начало движения вверх штока гидроцилиндра при испытании, а верхний - неисправность проверяемого тормоза. Третий конечный выключатель установлен па штативе и предназначен для определения наклона крана. Все конечные выключатели включены в электрическую схему стенда. Последовательно с выключателями установлены сигнальные лампы.
Техническое состояние тормозов проверяют при нагрузке на крюк, равной 1,25. Работает стенд следующим образом. Перед установкой крана для диагностирования на стенде включают электродвигатель насосной станции и при помощи редукционного клапана настраивают его па давление, соответствующее нагрузке, необходимой для проверки тормозов или ограничителя грузоподъемности для данной марки крана (настроечные данные приведены в таблице, установленной на раме стенда).
Кран устанавливают так, чтобы его крюк оказался над скобой рычага стенда. После этого фиксируют кран выносными опорами. Потом соединяют крюк со скобой и включением грузовой лебедки создают предварительную нагрузку на рычаг в пределах 10...15 кН. Величину нагрузки контролируют по динамометру стенда.
Штатив
Штатив устанавливают так, чтобы подвижной шток конечного выключателя своим роликом упирался в раму крана. Затем отключают двигатель крана, включают кнопку «Движение штока вверх» (подача рабочей жидкости происходит в штоковую полость гидроцилиндра). При движении штока вверх происходят выборка всех зазоров в кране и натяжка канатов.
Если при приложенной к крюку максимальной нагрузке 1,25 шток гидроцилиндра пройдет расстояние более 100 мм, то на пульте стенда загорится лампочка, сигнализирующая о неисправности проверяемого тормоза. Движение штока на расстояние менее 100 мм, необходимое для выбора зазоров в элементах крана, свидетельствует об исправности тормозов стреловой и грузовой лебедок.
Если по ошибке оператора задается нагрузка, превышающая контрольную, что может привести к значительному наклону крана, срабатывает конечный выключатель на штативе и на панели управления загорается лампочка «Наклон крана выше допустимого».
При проверке технического состояния ограничителей грузоподъемности должен сработать звуковой сигнал. Если ограничитель неисправен, производят проверку и настройку его при помощи прибора для проверки ограничителей грузоподъемности. Регулируя редукционным клапаном давление в гидросистеме стенда, можно определить момент срабатывания ограничителей. Для проверки опорно-поворотного круга крана снимают нагрузку с крюка, устанавливают микрометрическую головку у поворотного круга (по оси стрелы) так, чтобы зарегистрировать движение обоймы относительно ходовой рамы. Затем прикладывают нагрузку к крюку. В результате, преодолевая момент, создаваемый контргрузом, поворотная платформа занимает новое положение. При этом измеряют люфт опорно-поворотного круга.
Измерение тормозного пути. Наиболее простым прибором для измерения тормозного пути по углу поворота тормозного шкива является механический счетчик тормозного пути.
Конструкция счетчика
Конструкция счетчика показана. Счетчик включает в себя контактный ролик с резиновым ободом, подвижную и неподвижную полумуфты, счетчик оборотов, пружину, взводное устройство, спусковое устройство с прижимной пружиной, кронштейны для крепления счетчика и тросовый привод к электромагниту тормоза или к электрогидротолкателю.
Перед диагностированием счетчик устанавливают так, чтобы контактный ролик резиновым ободом был плотно прижат к поверхности тормозного шкива. Тросовый привод спускового устройства соединяют с подвижной частью сердечника электромагнита или со штоком электрогидротолкателя. Включают диагностируемый механизм, например лебедку подъема. Подвижную полумуфту счетчика взводным устройством отводят от неподвижной полумуфты, разъединяя таким образом контактный ролик и счетчик оборотов. Показания счетчика сбрасывают на ноль. При достижении диагностируемым механизмом номинальной частоты вращения его останавливают. В момент начала торможения спусковое устройство освобождает подвижную полумуфту, благодаря чему последняя входит в зацепление с неподвижной полумуфтой и Соединяет вал контактного ролика с валом счетчика числа оборотов. Таким образом, регистрируется тормозной путь шкива тормоза от начала торможения до полной остановки шкива.
Схема электромеханического счетчика тормозного пути показана. Этот прибор включает в себя импульсный датчик количества оборотов тормозного шкива, электромеханический счетчик, датчик начала торможения, состоящий из реле, присоединенного параллельно катушке тормозного электромагнита или обмотке электротолкателя. В качестве датчика начала торможения может быть также использовано бесконтактное электромагнитное устройство, устанавливаемое вблизи катушки электромагнита и реагирующее на магнитный поток, образуемый при его включении. В момент начала торможения при сжатии колодок тормоза с обмотки электрогидротолкателя снимается напряжение.
Измерение времени торможения
При этом контакты нормально замкнутого реле соединяют электромеханический счетчик с импульсным датчиком углового перемещения. Счетчик при этом регистрирует число импульсов, соответствующее угловому перемещению тормозного шкива с начала торможения до полной его остановки.
В датчике углового перемещения данного прибора применяют контактные или фотоэлектрические преобразователи. Наиболее удобны для установки на объекте диагностирования фотоэлектрические преобразователи, основанные на измерении инфракрасного отраженного излучения. Импульсные индукционные преобразователи в этом приборе применять не следует, поскольку в конце торможения при малой частоте вращения тормозного шкива импульсы, генерируемые индукционным преобразователем, будут иметь недостаточную амплитуду для приведения в действие электромеханического счетчика.
Измерение времени торможения. Для измерения времени торможения можно использовать прибор, схема которого показана. Прибор основан на измерении интервала времени между началом торможения, когда частота вращения тормозного шкива соответствует номинальной и концом торможения, когда частота вращения тормозного шкива близка нулю. В качестве датчика частоты вращения в приборе используют тахогенератор постоянного тока, вал которого через контактный ролик связывают во время диагностирования с тормозным шкивом. Момент начала торможения, так же как и в электромеханическом счетчике тормозного пути, фиксируют по снятию напряжения с тормозного электромагнита или электрогидротолкателя.
При наличии напряжения на обмотке электромагнита тормоза или на обмотке электрогидротолкателя генератор импульсов (частота генератора 100 Гц) заперт. В момент начала торможения снимается напряжение, запирающее генератор, и на его выходе появляются импульсы, которые через ключевую схему поступают на электромеханический счетчик.
Пороговое устройство
Пороговое устройство, установленное в приборе, имеет два входа, на один из них поступает напряжение от тахогенератора, а на второй - с потенциометра, при помощи которого устанавливают уровень срабатывания порогового устройства. После того, как напряжение от тахогенератора станет равным напряжению, снимаемому с движка потенциометра, пороговое устройство срабатывает и при помощи ключевой схемы отключает счетчик числа импульсов от генератора. Таким образом, счетчик регистрирует число импульсов, пропорциональное интервалу времени от начала торможения до достижения тормозным шкивом минимальной частоты вращения, значение которой устанавливают регулировкой опорного напряжения.
Стрелочный прибор, установленный на выходе тахогенератора, позволяет получать дополнительную информацию о динамике процесса торможения. В частности, увеличение частоты вращения тормозного шкива в начале торможения свидетельствует о наличии воздуха в электрогидротолкателе.
Измерение замедления. Для измерения замедления при торможении могут быть использованы жидкостные и механические деселерометры, устанавливаемые во время диагностирования на контрольном грузе. Более эффективны электрические низкочастотные деселерометры. В качестве деселсрометров можно использовать акселерометры, например МП-02. Акселерометр через тензометрический усилитель соединяют с самописцем или электронно-лучевым осциллоскопом. При торможении можно не только определять абсолютную величину замедления, но и динамику его изменения. Непосредственно на тормозных шкивах можно устанавливать во время диагностирования датчики угловых ускорений (замедлений), в том числе контактные, отрегулированные на фиксированные значения замедлений.