Część 3: Dekonstrukcja podsystemu-przenoszenia obciążenia

W Części 2 ustaliliśmy, że rowek koła pasowego jest elementem ochronnym zaprojektowanym w celu ochrony liny stalowej. Teraz analizujemy sprzęt obsługujący sam krążek. Ten zespół-łożyska, osi (sworznia) i jej uszczelnienia-jest punktem obrotu dla 100% obciążenia. Jego niepowodzenie nie podlega-negocjacjom i jest katastrofalne.

1. Parametr krytyczny: łożysko (interfejs obrotowy)

Łożysko jest elementem zaprojektowanym w celu rozwiązania pojedynczego problemu fizycznego:minimalizując współczynnik tarciapomiędzy obracającym się krążkiem a nieruchomą osią. Wybór nie jest arbitralny; to jest kalkulacja.

Tryb awarii 1: Niewłaściwe zastosowanie typu łożyska.

Przyczyna:Stosowanie łożyska o niskim-obciążeniu (takiego jak zwykła tuleja z brązu) w systemie-o dużym obciążeniu i-prędkości lub odwrotnie-. Tuleje są proste, ale charakteryzują się wysokim współczynnikiem tarcia i zużycia. Łożyska wałeczkowe/kulkowe charakteryzują się niskim tarciem, ale są złożone i mogą być kruche pod ekstremalnymi obciążeniami udarowymi.

Wynik:Napad. Wysokie tarcie uszkodzonego lub niewłaściwego łożyska generuje ekstremalne ciepło. Ciepło to powoduje rozszerzalność cieplną, zespawanie koła pasowego, łożyska i osi w jeden, zapieczony element. Wtedy lina będzieciągnąćprzez zamarznięty krążek, powodując szybkie ścieranie lub sama oś podejmie próbę obrotu, niszcząc jej mocowanie.

Tryb awarii 2: Przekroczenie nośności.

Przyczyna:Określanie łożyska na podstawiestatycznyobciążenie (ciężar obiektu) bez obliczaniadynamicznyobciążenie (uderzenia, wibracje i siły przyspieszenia).

Wynik:Spalling i zapaść. Wewnętrzne elementy toczne łożyska (kulki lub rolki) lub bieżnia ulegną zmęczeniu, pęknięciom i rozpadowi. Powoduje to wprowadzenie do zespołu fragmentów metalu, co przyspiesza awarię. Rezultatem jest utrata koncentryczności, „kołysanie” koła pasowego i ostateczne załamanie się ścieżki obciążenia.

Specyfikacja inżynieryjna:Łożysko musi być zaprojektowane pod kątem specyfiki systemuobciążenie, prędkość i środowisko.

Ocena obciążenia:ŁożyskoNośność dynamiczna (C)należy obliczyć, aby zapewnić docelową trwałość L10 (liczba obrotów, przy której przetrwa 90% łożysk). W przypadku zastosowań dźwigowych często jest to wymaganełożyska stożkoweLubłożyska baryłkowektóre wytrzymują duże obciążenia promienioweIobciążenia osiowe (pchające) powodowane przez-podnoszenia pionowe.

Typ: Uszczelnione-łożyska kulkowe-na całe życiemoże być akceptowalne w przypadku „koła napinającego” o niskim-obciążeniu i-wymaganych obciążeniach.Tuleje z brązusą dopuszczalne tylko w przypadku bardzo niskiej-prędkości,-wysokiego obciążenia i sporadycznego użytkowania (np. punkt-wysięgnika), gdzie obrót jest minimalny.

2. Parametr krytyczny: oś / sworzeń (ścieżka obciążenia)

Oś (lub sworzeń koła pasowego) stanowi szkielet konstrukcyjny zespołu. Funkcjonuje jakobelka poddawana naprężeniom ścinającym i momentom zginającym. To most przenosi cały wektor obciążenia z łożyska na konstrukcję dźwigu („policzki” bloku).

Tryb awarii: Pęknięcie ścinające lub zmęczeniowe.

Przyczyna 1 (ścinanie):Obciążenie przekracza ostateczną wytrzymałość materiału na ścinanie. Jest to awaria „brutalna” spowodowana zbyt małym kołkiem lub katastrofalnym przeciążeniem.

Przyczyna 2 (zmęczenie):Sworzeń wytrzymuje miliony cykli obciążenia (podnoszenie i opuszczanie). Mikro-pęknięcia powstają w punktach koncentracji naprężeń (np. ramionach, otworach smarowych) i rosną z każdym cyklem, aż sworzeń ulegnie uszkodzeniu pod obciążeniemdaleko poniżejswoją pierwotną wytrzymałość konstrukcyjną.

Wynik:Całkowite, natychmiastowe odłączenie zespołu krążka od dźwigu. To jest definicja katastrofalnej awarii.

Specyfikacja inżynieryjna:Oś jest elementem-poddawanym dużym naprężeniom i nie może być przedmiotem „towaru”.

Tworzywo:Musi to być stal stopowa o wysokiej-wytrzymałości i odporności na zmęczenie-(np.4140Lub4340). Standardowa stal-o niskiej zawartości węgla (np. A36) jest nieodpowiednia i niebezpieczna.

Projekt:Średnicę sworznia oblicza się bezpośrednio na podstawie maksymalnego obciążenia i szerokości podpór (płyt policzkowych), aby uwzględnić naprężenia ścinające i zginające.

Zatrzymanie:Sworzeń musi być mechanicznie zablokowany na swoim miejscu. Proste-wciśnięcie nie wystarczy. Należy go zabezpieczyć apłytka ustalająca, zawleczka lub pierścień zabezpieczającyaby zapobiec „chodzeniu” (ruchom bocznym), które mogłoby spowodować wysunięcie sworznia z jego podpory konstrukcyjnej.

3. Parametr krytyczny: smarowanie i uszczelnianie (protokół środowiskowy)

Łożysko i oś to podukład-obrobiony precyzyjnie. Podsystem ten prawie zawsze jest wdrażany w najgorszym możliwym środowisku: kurz, piasek, piasek i woda. Smarowanie i uszczelnianie to jego sprawasystem operacyjnyIzapora sieciowa.

Tryb awarii: zanieczyszczenie i głód.

Przyczyna:Awaria uszczelek. Pojedyncze ziarnko piasku lub kropla wody dostaje się do zespołu łożyska. Piasek staje się ścierną pastą szlifierską. Woda powoduje korozję (rdzę).

Wynik:Wewnętrzna geometria łożyska jest zniszczona. Skoki tarcia, narasta ciepło, a smar (środek smarny) ulega rozkładowi lub jest wydalany. Ten „brak smarowania” prowadzi bezpośrednio do uszkodzenia zatarcia opisanego w parametrze 1.

Specyfikacja inżynieryjna:Żywotność zespołu jest w 100% zależna od jego szczelności.

Opieczętowanie:Zespół musi posiadać solidny system uszczelniający. Może to być prosteuszczelki wargoweza skomplikowanepieczęcie labiryntowedla ekstremalnych środowisk. Pieczęć nie jest kwestią przemyślenia; jest to podstawowy element projektu.

Smarowanie:System musi mieć przejrzysty protokół ponownego-smarowania (smarowany-sworzeń ze złączką Zerk) lub musi być certyfikowanym„zapieczętowane-na-życie”jednostka (powszechna w mniejszych krążkach). Jeśli wymagane jest-smarowanie, specyfikacja musi określaćrodzaj smaru(np. kompleks litowy EP-2) iprzerwa serwisowa.

Wniosek: Zgromadzenie jako pojedyncza jednostka

Zespół-przenoszący obciążenie nie jest zbiorem wymiennych części. Jest to pojedynczy, zaprojektowany podsystem.

Thetyp łożyskadyktujekonstrukcja osi. Themateriał osidyktujeładowność. Theprotokół plombowaniadyktujeżywotność funkcjonalną systemu.

Awaria któregokolwiek z tych trzech parametrów zagraża całemu łańcuchowi przenoszenia obciążenia, przesuwając system z przewidywalnego elementu-i-zniszczenia w nieprzewidywalny, katastrofalny sposób.

W części 4:Zdekonstruujemy ostatnie ogniwo łańcucha:Integracja strukturalna, analizując sposób połączenia bloku krążka linowego, haka lub punktu mocowania z konstrukcją dźwigu oraz typowe tryby awarii w tych-punktach mocowania charakteryzujących się wysokimi naprężeniami.