Исследование износа подшипников асинхронных двигателей в эксплуатации и определении времени профилактической их замены Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

им. С. М. КИРОВА

Том 200 1974

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ ИХ ЗАМЕНЫ

А. Г. ВЭРЭШ, О. П. МУРАВЛЕВ

Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей

электротехники

Надежность и долговечность асинхронных двигателей определяется в основном надежностью и долговечностью обмоток и подшипниковых узлов. Основные работы в области расчета, обеспечения и повышения надежности ведутся применительно к обмоткам, а подшипниковым узлам уделяется недостаточно внимания. На заводах и в институтах подшипниковой промышленности проводятся механические, сравнительные испытания подшипников на долговечность и испытания консистентных смазок. Основным видом исследований работоспособности подшипников являются стендовые испытания по методике [1], разработанной ВНИИ,ГШ.

Методика испытаний имеет ряд существенных недостатков:

— подшипники качения испытьгваются вне рабочих механизмов, в которые они встраиваются;

— на стенде невозможно имитировать многообразие воздействий, которым подвергаются подшипниковые узлы асинхронных двигателей в эксплуатации;

— для сокращения времени испытаний подшипников до 200-^-500 часов нагрузки выбираются ¡весьма большие, Поэтому испытания проходят в зоне пластической деформации (аИсп>400 кг/мм2).

Результаты испытаний в последующем распространяются на область упругих деформаций. Указанные недостатки методики стендовых испытаний подчеркивают ее, частный характер. Поэтому для определения надежности и долговечности подшипников необходимы испытания подшипниковых узлов на реальных двигателях. В качестве критерия, характеризующего состояние подшипникового узла, наиболее целесообразно принять величину радиального зазора подшипника, которая определяет неравномерность воздушного зазора в эксплуатации.

Для определения работоспособности подшипниковых узлов в реальных условиях в лаборатории надежности СКВ завода «Сибэлекцро-мотор» были поставлены на испытания 24 двигателя серии А02 3 и 4 габаритов. Двигатели были изготовлены с шарикоподшипниками класса П и Н и заполнены смазкой 1—13 и ЦИАТИМ-203. В каждый подшипниковый узел двигателей закладывалось следующее количество смазки: для А02-32—14 г, для А02-42—24 г, причем 50% смазки было равномерно заложено в подшипниках и 50% — (в камеру подшипниковой крышки. Замер температуры подшипников осуществлялся с помощью термопар. В случае возрастания температуры подшипников выще до-

7—136

97

пустим ой снимались (подшипниковые крышки и устранялись причины; превышения.

На рабочий конец вала посредством тяг создавалась радиальная нагрузка с усилием, указанным «в табл. 1. Частота включений двигателя была равна 2 вкл/час.

Таблица 1

»8

О «

О

О со (Я

СО

5 о

о. г

СО Е о-

5 ° §

5 ж а

ЬГ л

^ ^ со

^ к а

Л х О

РЭ со

С

со в5с « л о

а я аГ

аз 5

§ 3 « £

Й «=( и

О 3*

с; Я со

СО с; а

О и О

X И Я —.

со са <<.

н к X

и со со Я

3

С* О Я

^ СО

с X

Примечание

А02-32-2 72641 42 37,0 7,5 п 203 У электродвига-

А02-32-2 88827 68 37,0 7,5 п 203 теля № 81220'

А02-32-4 81240 44 58,5 15,0 п 203 имеются следы

А02-32-4 81210 34 58,5 15,0 п 203 задевания рото-

А02-32-4 81206 . 48 58,5 15,0 п 203 ра за статор

А02-32-4 81250 37 58,5 15,0 п 203

А02-32-4 81259 38 58,5 15,0 п 1 — 13

А02-32-4 61249 59 58,5 30,0 н 1—13

А02-32-4 81220 92 58,5 15,0 п 203

А02-32-4 81218 46 58,5 30,0 н 203

А02-32-4 81258 49 58,5 30,0 н 203

А02-42-2 81474 28 58,5 7,5 п 203

А02-42-2 41670 36 58,5 7,5 п 203

А02-42-4 41952 30 74,0 15,0 п 1—13

А02-42-4 44896 34 74,0 30,0 н 203

А02-42-4 41936 68 74,0 30,0 н 203

А02-42-4 41951 46 74,0 15,0 п 1 — 13

А02-42-4 44895 29 74,0 30,0 н 1-т13

А02-42-4 41935 28 74,0 30,0 н 1 — 13

А02-42-4 41938 29 74,0 30,0 н 203

А02-42-4 41947 35 74,0 30,0 н 203

А02-42-4 41949 86 74,0 15,0 Г1 203

По установленному регламенту, через 1000 часов наработки подшипниковые узлы пополнялись смазкой.

После наработки двигателями 10 000 часов они были сняты с испытаний. Из 24 поставленных на испытания двигателей принятый ресурс наработки прошли 22. Два двигателя были сняты с испытаний по причине поломки сепаратора, один — через 1100 часов, а другой — после 9000 часов наработки. У всех подшипников были произведены замеры радиальных зазоров, которые представлены в табл. 1. Результаты замеров показали возрастание величины радиального зазора, что свидетельствует об износе бего-вых дорожек. В связи с этим неравномерность воздушного зазора та1кже увеличилась и повысилась вероятность задевания ротора за статор у испытанных двигателей. Доля двигателей, у которых ротор задевает за статор, может быть найдена на основании закона распределения эксцентриситета [2]:

Це)

ехр

2а,

(1>

где е — эксцентриситет двигателя, ох —'параметр распределения.

Параметр в?, распределения эксцентриситета может быть определен по числу (доли) задеваний ротора за статор при заводских контрольных испытаниях

& доп

2\пц

где 8доп— наименьшая величина эксцентриситета, при котором происходит задевание ротора за статор; д—доля задеваний ротора за статор по данным ОТК-

Рис. 1

Кривая распределения эксцентриситета двигателей А02-32-4 представлена на рис. 1.

Вероятность задевания ротора за статор после проведения испытаний

= ехр(-^£?1) = 0,022, (3)

где е'доп — наименьшая величина эксцентриситета, при котором происходит задевание ротора за статор после проведения испыта-

' ний.

Изменение вероятности безотказной работы двигателя Р(1) из условия задевания ротора за статор приведено на рис. 2. Характер кривой показывает, что вероятность безотказной работы двигателей уменьшается с течением 'времени, так как возрастает вероятность задевания ротора за статор.

Для повышения вероятности безотказной, работы двигателей в эксплуатации целесообразно заменять подшипники после наработки определенного ресурса времени ¿замены < ¿табл., где ¿табл- — расчетная долговечность подшипника. В частности, на повышение надежности двигателей в эксплуатации путем периодической замены подшипников указывал [3].

Рассмотрим определение времени профилактической замены под-шип ник® в.

Пусть Сз.п — затраты на профилактическую замену подшипников включают в себя стоимость подшипника и затраты на разборку и сборку двигателя, руб.;

С0 — средняя 'величина эксплуатационных затрат, приходящихся на один отказ двигателя, руб.

7*

99

Величину Сэ можно определить выражением

Сэ = Су + С-пр + Св, (4)

где Су— величина ущерба, вызванного повреждением оборудования и механизмов, поломкой инструмента, браком продукции, порчей сырья и материалов при отказе, руб. СПр — величина ущерба, обусловленного простоем оборудования и машин при отказе, руб. Св — величина затрат на восстановительный ремонт двигателя при отказе, руб. Тогда затраты при отказе двигателей

С, = С9[1 - P(t)]N, (5)

где P(t) — вероятность безотказной работы двигателей за время t в функции от вероятности задевания ротора; N — количество выпускаемых двигателей данного типоразмера для данной отрасли потребителя. Оптимальное время профилактической замены подшипников будет при равенстве затрат, связанных со сменой подшипников Сзль и затрат при отказе двигателей в эксплуатации С\

С3.п-п, =С3[1 -P(t3)]N. (6)

Здесь

ri\ —количество заменяемых подшипников.

Статистические данные об износовых отказах подшипниковых узлов в эксплуатации и [3, 4] свидетельствуют о том, что для описания отказов следует использовать распределение Вейбулла

P(t) = exp (7)

где а и t(, — параметры закона Вейбулла.

. Тогда, подставляя (7) в (6) и сделав небольшие преобразования, получим

Ь

-t0 In

1

nt: С

зп

N-C3

(8)

На основе полученного уравнения (8) в качестве примера определим время профилактической замены шарикоподшипников № 60306 двигателей А02-32-4.

Уравнение безотказной работы данных двигателей из условия задевания ротора за статор имеет вид

Средняя величина эксплуатационных затрат, приходящихся на один отказ двигателя, равна Сэ=38,38. Расходы, связанные с профилактической заменой двух подшипников двигателя, составляют С3.п= 1,77 руб.

Тогда, подставляя параметры а =1,483, ¿0=3,98-Ю7 час уравнения (9) и найденные величины затрат Сэ и С3.п в (8), получим ¿3= 16600 часов. То есть, по истечении наработки двигателями 16 600 часов, необходимо произвести замену подшипников, так как при повышении этого времени затраты при отказах двигателей по причине задевания ротора за статор будут преобладать над затратами, связанными с заменой подшипников.

Результаты проведенных исследований позволяют сформировать следующие выводы:

1. При проведении испытаний подшипниковых узлов асинхронных двигателей на надежность и долговечность предлагается в качестве критерия, характеризующего степень износа подшипника, использовать его радиальный зазор.

2. Разработана методика определения оптимального времени профилактической замены подшипников по условиям проведенных испытаний.

1. Методика испытаний подшипников качения на долговечность. ГП90-56, ЦКБ ВНИИПП, М., 1966.

2. X. Б. К о р д о н с к и й. Приложения теории вероятностей в инженерном деле. M.-JL, Изд-во Физмат, 1963.

3. Т. A. Harris, S. F. А а г о n s о n, R. Р i а п t е. The effect of partial replacement on the reliability of a closed group of rolling bearings. ASLE. Annual meet Prep1 rint, 1966, 31, N 11.

4. Обеспечение качества на фирмах США. M., Изд-во стандартов, 19-70.

(9)

ЛИТЕРАТУРА