2.2. Режимы работы машины и типовые режимы нагружения

Для назначения исходных данных при расчете механизмов грузоподъемных устройств производят анализ группы режимов работы (таблица 2.1), которые устанавливаются по классу классу использования (таблица 2.2) и классу нагружения (таблица 2.3).

Таблица 2.1 – Группа режима работы механизмов по ГОСТ 25835 – 83

Класс использо-вания	Группа режима работы механизма для класса нагружения				Класс использования	Группа режима работы механизма для класса нагружения
	В1	В2	В3	В4		В1	В2	В3	В4
А0	1М	1М	1М	2М	А4	3М	4М	5М	6М
А1	1М	1М	2М	3М	А5	4М	5М	6М	6М
А2	1М	2М	3М	4М	А6	5М	6М	6М	6М
А3	2М	3М	4М	5М

Класс использования механизма (таблица 2.2) устанавливают по времени t его работы

t =36524 Т_гk_гk_сk_р ПВ /100 , (2.1)

где Т_г - срок службы (требуемый), лет

k_г - коэффициент годового использования, который при числе дней в году T _г

k_г=T _г/365, (2.2)

k_с - коэффициент суточного использования механизма, который при количестве работы часов в сутки t_с равен

k_с=t _с/24, (2.3)

k_р – коэффициент часового использования механизма, который при количестве минут работы механизма в течение часа t_р равен

k_р =t_р /60, (2.4)

ПВ_техн - относительная продолжительность включения, характеризующая интенсивность использования механизма и определяемая отношением той части времени t_в цикла, когда механизм работает к полному времени технологического цикла t_ц, равному сумме времени t_п пуска, времени t_уст движения с установившейся скоростью, времени t_т торможения и времени t_пауз пауз (t_ц =t_п+t_уст +t_т +t_пауз)

ПВ=(t_в/t_ц)100% . (2.5)

Для механизмов принимают t_ц не более одного часа. При этом ПВ может принимать значения 15, 25, 40, 60.

Для двигателей повторно – кратковременного режима допустимое время цикла установлено равным 10 мин. Если t_ц 10 мин, то режим работы двигателя считается продолжительным ПВ=100%.

Таблица 2.2 – Классы использования механизмов (ГОСТ 25835-83)

Класс использования	А0	А1	А2	А3	А4	А5	А6
Общее время работы механизмов, ч	До 800	800… 1600	1600 … 3200	3200 … 6300	6300 … 12500	12500… 25000	25000… 50000

Норма времени работы механизма назначается исходя из наибольшей экономичности для ожидаемых условий использования механизма и с учетом группы режима работы агрегата. Для механизмов, у которых предусмотрен капитальный ремонт норма устанавливается до капитального ремонта. Для механизмов, у которых капитальный ремонт не предусмотрен норма устанавливается до списания.

Класс нагружения механизмов (таблица 2.3) устанавливают по коэффициенту нагружения К

К=[(F_i/F_max)³(t_i/t_i)], (2.6)

где F_i – нагрузка, действующая на механизм в течение времени t_i;

F_max – наибольшая нагрузка, действующая на механизм в течение времени его работы;

t_i – продолжительность времени действия нагрузки F_i;

t_i – суммарное время действия нагрузок на механизм.

Значения нагрузок F_i , F_max определяют для концевого звена кинематической цепи механизма (канатный барабан и т.п.), с учетом всех факторов, включая и процессы неустановившегося движения.

Таблица 2.3– Класс нагружения механизма и его характеристики (ГОСТ 25835-83)

Класс нагружения	Коэффициент нагружения К	Качественная характеристика класса нагружения
В1	До 0,125	Работа при нагрузках значительно меньшей номинальной и в редких случаях с номинальной нагрузкой
В2	0,125…0,25	Работа при средних и номинальных нагрузках
В3	0,25…0,5	Работа преимущественно при номинальных и близких к номинальным нагрузкам
В4	0,5…1,0	Постоянная работа при номинальных и близких к номинальным нагрузкам

Нагрузки бывают постоянными и переменными во времени. Переменные нагрузки могут иметь случайный и циклический характер.

При циклическом нагружении нагрузка одной и той же величины повторяется через постоянный промежуток времени.

Число циклов N_сi нагружения элемента вращающим моментом Т_i (или другим каким – либо силовым эквивалентом) за время t_i при частоте вращения n_i устанавливается по формуле

N_сi=60 n_it_i, (2.7)

Суммарное число циклов нагружения N_с за полное время t_h нагружения элемента равно

N_с= N_с1 + N_с2+…+ N_ск, (2.8)

где N_с1, N_с2,…, N_ск - число циклов нагружения элемента моментами Т₁ , Т₂, …,Т_к за периоды времени t₁, t₂,…,t_к соответственно (t₁ +t₂ +…+t_к =t_h).

Величины t₁, t₂,…,t_к представляют собой совокупное время действия нагружающих воздействий Т₁, Т₂, …,Т_к в различные периоды в течение всего срока службы. Эксплуатационные нагрузки Т₁ , Т₂, …,Т_к можно сгруппировать по величине в относительных единицах, сопоставив с максимальной Т_max величиной (Т₁/Т_max, Т₂/Т_max, …,Т_к/Т_max) и установить их время действия относительно всего срока службы (t₁/t_h, t₂/t_h,…, t_к/t_h) или относительно общего числа циклов нагружения (N_с1/N_с, N_с2/N_с,…, N_ск/N_с).

Удельный вклад каждой совокупности нагрузок в сочетании со временем их действия относительно общей загрузки механизма является основанием для назначения типа режима нагружения.

В Правилах Госгортехнадзора различают режимы работы механизма легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т) и весьма тяжелый (ВТ).

На рисунке 2.18 приведена циклограммы нагруженности механизма подъема груза.

1 – легкий режим; 2 – средний режим; 3 – тяжелый режим

Рисунок 2.18 – Графики загрузки механизма подъема по режимам

На основе статистической обработки реальных эксплуатационных режимов получены типовые режимы нагружения механизмов.

ГОСТ 21354 – 87 предлагает следующие типовые режимы нагружения: постоянный П, тяжелый Т ( - распределение), средний равновероятный Р (равновероятное распределение), средний нормальный Н (нормальное распределение), легкий Л ( - распределение) и особо легкий Л_о (( - распределение).

В таблице 2.4 и на рисунке 2.19 представлена упорядоченная зависимость между нагружающими моментами и числом циклов нагружения в относительных координатах T/T_max и N_с/N_с.

Таблица 2.4 - Типовые режимы нагружения (ГОСТ 21354 –87)

Виды режимов нагружения	Функция распределения	Параметры функции распределения
1) Тяжелый режим – интегральная функция - распределения	i Ф(i)=ia-1(1-i)b-1di/B(a,b) 0	a=6 b=2 ср=0,77
2) Средний – равновероятный, интегральная функция равновероятного распределения	i Ф(i)= di 0	ср=0,5
3) Средний – нормальный, интегральная функция нормального распределения	 -(i-ср) 2 /2s2 Ф(i)=e di/[s(2)1/2] -	ср=0,5 s=0,19
4) Легкий – интегральная функция  - распределения	i Ф(i)=ia-1 (1-i)b-1di] B(a,b) 0	а=2,2 b=3,0 ср=0,42
5) Особо легкий - интегральная функция - распределения	i Ф(i)=ia-1 (1-i)b-1di/B(a,b) 0	a=1,8 b=4,0 ср=0,31
Примечание - Коэффициенты: i= Тi / Tmax ; ср= Tср / Tmax, где Ti – текущий вращающий момент на ведущем элементе, соответствующий числу циклов нагружения Nсi; Тmax – максимальное значение вращающего момента; Tср - среднее значение вращающего момента

0 – постоянный; 1 – тяжелый ; 2 – средний равновероятный;

3 – средний нормальный; 4 – легкий ; 5 – особо легкий

Рисунок 2.19 - Типовые режимы нагружения (ГОСТ 21354 – 87)

Особенности циклограмм отражает коэффициент интенсивности , который характеризует интенсивность типового режима при базовом числе циклов N_lim:

- для ступенчатой циклограммы (рисунок 2.18)

 =( Т_i / Т_max )³(N_ci/N_lim). (2.9)

- при плавном характере циклограммы (рисунок 2.19)

_Tmax

 =( Т_i / Т_max )³(N_ci/N_lim), (2.10)

^Tmin

Эквивалентное число циклов нагружений определяется по формуле

N_Е=N_с, (2.11)

Этот показатель используют для установления эквивалентности реальных режимов типовым.

Соответствие режима нагружения механизма одному из типовых режимов устанавливается по подобию форм кривых и по среднему значению нагрузок. В расчетах следует принимать типовой режим наиболее близкий к фактическому в области больших нагрузок путем сравнения реальной циклограммы с типовыми или эквивалентными режимами нагружения.

Соотношения групп режимов работы механизмов грузоподъемных машин по ГОСТ –25835-83 и типовых режимов (ГОСТ 21354 – 87) согласно Правилам Госгортехнадзора приведены в таблице 2.5

Таблица 2.5 – Соответствие групп режимов работы механизма

Режим эксплуатации по ГОСТ 21354-87	«0» непрерывный	«1» тяжелый	«2» средний равновероятностный	«3» средний нормальный	«4» легкий	«5» Особо легкий
Режим работы по ГОСТ 25835-83	6М	5М	4М	3М	2М	1М
Режим по правилам Госгортехнадзора	«ВТ» ПВ63-100%	«Т» ПВ40-63%	«Срв» ПВ25-40%	«Сн» ПВ25-40%	«Л» ПВ16-25%	«Ло» ПВ<16%