Certyfikacja hamulców opartych na pakietach sprężyn talerzowych stosowanych w urządzeniach dźwigowych

Transkrypt

1 LONKWIC Paweł 1 SZYDŁO Kamil 2 LONGWIC Rafał 3 LOTKO Wincenty 4 Certyfikacja hamulców opartych na pakietach sprężyn talerzowych stosowanych w urządzeniach dźwigowych WSTĘP Certyfikacja nadająca odpowiedni status produkowanym urządzeniom polega na sprawdzeniu ich zgodności z obowiązującymi przepisami a zwłaszcza normami. Przykładami certyfikacji są między innymi: badanie typu WE, świadectwo odpowiedniości, weryfikacja WE, deklarowanie zgodności. W przedstawionym opracowaniu pokazano sposób certyfikacji hamulców bezpieczeństwa tzw. chwytaczy będących autorską konstrukcją LWDO Lift Service w Lublinie. W literaturze mało jest wzmianek dotyczących certyfikacji urządzeń, a zwłaszcza urządzeń dźwigowych. Autorzy publikacji [1, 2, 3, 6] opisują zagadnienia związane z urządzeniami dźwigowymi od strony technicznej. Jednak zawarte w nich informacje nie wyczerpują tematyki związanej z konstrukcją, działaniem oraz certyfikacją poszczególnych podzespołów dźwigu. W pracach [1, 4, 5] opisano natomiast sposoby oraz rozwiązania podzespołów dźwigowych w tym chwytaczy mających już uzyskane świadectwa badania typu. 1. CERTYFIKACJA URZĄDZEŃ-INFORMACJE OGÓLNE Jak wspominano na wstępie możliwości certyfikacji są wielorakie. Wszystko zależy od tego jakiego celu spodziewa się wytwórca po zakończonym procesie certyfikowania. Na rysunku 1 pokazane zostały możliwe kierunki w zakresie certyfikacji urządzeń [10]. Rys. 1. Kierunki w zakresie certyfikacji wyrobów [10] 1 Lubelska Wytwórnia Dźwigów Osobowych LIFT SERVICE S.A., ul. Roztocze 6, Lublin 2 Lubelska Wytwórnia Dźwigów Osobowych LIFT SERVICE S.A., ul. Roztocze 6, Lublin 3 Politechnika Lubelska, Katedra Pojazdów Samochodowych, ul. Nadbystrzycka 36, Lublin, r.longwic@pollub.pl 4 Politechnika Radomska, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn; Zakład Technicznej Eksploatacji Pojazdów, Radom; ul. Malczewskiego

2 Wszystkie procesy związane z certyfikacją produktów muszą być wykonywane przez właściwą Jednostkę Notyfikowaną (JN). Podczas badania typu WE jednostka notyfikowana sprawdza czy dokumentacja projektowo - wykonawcza, na podstawie której wykonywany jest wyrób jest odpowiedna i czy wyrób jest reprezentatywny dla rozpatrywanej produkcji. Kontroli podlega ponadto to czy wyrób jest wykonany zgodnie z tą dokumentacją oraz czy wyrób może być bezpiecznie użytkowany w przewidzianych warunkach pracy. Zatem JN przeprowadza badania i próby mające na celu sprawdzenie czy wyrób spełnia odnoszące się do niego zasadnicze wymagania bezpieczeństwa. Badanie typu kończy się wydaniem przez JN certyfikatu badania typu WE. Procedura badania typu może być zastosowana zarówno w przypadku norm zharmonizowanych jak również w przypadku stosowania innych specyfikacji technicznych. Inny sposób stosowany jest wyłącznie wówczas, gdy wyrób zaprojektowano zgodnie z normami zharmonizowanymi. Wówczas po sprawdzeniu dokumentacji JN sporządza certyfikat odpowiedniości WE. Sprawdzenie to polega na potwierdzeniu poprawności zastosowania normy lub norm zharmonizowanych przy projektowaniu. Podobnie jak w przypadku badania typu dokumentacja może obejmować różne wyroby lub typy wyrobów, ale powinna zawierać wszystkie szczegóły dotyczące wyrobu. Jednostka notyfikowana powinna wówczas sprawdzić dokumentację projektowo - wykonawczą w celu zgodności projektu z wymaganiami normy zharmonizowanej. Jeżeli zgodność zostanie stwierdzona, JN sporządza Świadectwo odpowiedniości WE i przekazuje je wnioskodawcy [7, 8]. Opisane sposoby oceny zgodności obejmują fazę projektowania ale nie obejmują zaś fazy wytwarzania. W ramach weryfikacji JN może przeprowadzić sprawdzenie wyrobu w następującym zakresie: sprawdzenie rejestru wytwarzania; kontrola zewnętrzna oraz wewnętrzna, sprawdzenie wymiarów; kontrola badań nieniszczących; kontrola badań niszczących; wykonanie odpowiednich prób potwierdzających wytrzymałość wyrobu; badanie próbek z partii próbnej reprezentatywnej dla partii produkcyjnej. 2. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA CHWYTACZY PROGRESYWNYCH Przedstawione do certyfikacji chwytacze zostały opracowane na potrzeby produkcji w Polsce. Należy wspomnieć, że żadna firma krajowa nie produkuje w chwili obecnej chwytaczy do wind. Na rysunku 2 pokazany został chwytacz typu CHP Cechą odmienną proponowanego chwytacza w odniesieniu do istniejących rozwiązań na rynku europejskim jest to, że siła hamowania jest zmienna i zależy od położenia rolki na krzywce. 3819

3 Rys. 2. Budowa chwytacza typu CHP Prezentowany chwytacz składa się z korpusu (5) w środku którego są zamontowane dwa pakiety sprężyn talerzowych (2). Stanowią one elementy podatne odpowiedzialne za uzyskanie odpowiedniej wartości siły dociskającej rolkę do prowadnicy. Wewnątrz korpusu (5) znajduje się krzywka (2) po której porusza się rolka (1). Rolka przemieszcza się po krzywce wraz ze zmianą położenia dźwigni sterującej (nie pokazanej na rysunku 2). Po przeciwnej stronie krzywki w korpusie znajdują się dwie płytki oporowe (4) stanowiące dodatkowe powierzchnie oporowe w czasie hamowania. Działanie chwytaczy odbywa się poprzez zmianę położenia rolki w kierunku do góry lub do dołu powodując wytracenie energii kinetycznej rozpędzonej masy kabiny poprzez zaciśniecie się rolki na prowadnicy (6), a z drugiej strony dociśnięcie prowadnicy do płytki oporowej (4). Hamowanie dźwigu jest wywołane poprzez nagłe przyspieszenie poruszającej się kabiny, które może być wywołane następującymi przyczynami [9]: całkowite urwanie się wszystkich cięgien nośnych; nagłe przyspieszenie związane z awarią układu sterowania dźwigu. 3. BADANIE CHWYTACZY ELEMENT PROCEDURY CERTYFIKACJI W celu przeprowadzenia badań chwytaczy zbudowano stanowisko badawcze. Badanie według normy [9] odbywa się poprzez uniesienie ramy kabiny dźwigu, w której zamocowane są chwytacze, a następnie spowodowanie jej swobodnego spadku. Uruchomienie chwytaczy powinno się odbyć samoczynnie poprzez zmianę położenia dźwigni sterującej położeniem rolki. Na linie dźwigu montowany jest zacisk, który w czasie spadku swobodnego ramy powoduje zmianę położenia rolki poprzez dźwignię. Wysokość spadku swobodnego podczas badań obliczona jest na podstawie empirycznej zależności (1) [9] i jest zależna od prędkości na jaką zostały chwytacze zaprojektowane: 2 v1 h 0,1 0,03 (1) 2 g gdzie: h wysokość spadku swobodnego [m], 3820

4 v 1 prędkość wyzwalania chwytaczy [m/s], g przyspieszenie ziemskie - 9,81 [m/s 2 ], 0,1 współczynnik zwłoki zadziałania chwytaczy [-], 0,03 współczynnik nadmiernych luzów w układzie hamowania [-]. W opisywanym przypadku maksymalna prędkość chwytaczy to 1,25 m/s. Dostępne na rynku chwytacze produkowane są w zakresie prędkości od 0,5 do 4 m/s. Na rysunku 3 pokazana została zależność prędkości poruszającej się masy kabiny od wysokości spadku swobodnego sporządzona na podstawie zależności (1). Rys. 3. Zależność wysokości spadku swobodnego h kabiny do prędkści kabiny v Analizując wykres zawarty na rysunku 2 widać, że w czasie badań chwytaczy typu CHP 2000, wysokość spadku swobodnego powinna wynosić około 0,2 m dla prędkości maksymalnej 1,25 m/s (pionowa linia czerwona). Wraz ze wzrostem prędkości nominalnej chwytaczy wzrasta wysokość spadku swobodnego jaki ma pokonać układ podczas badań. Analizując powyższe oraz zapisy normy [9] wyznaczono wartość opóźnienia, przy którym zadziałają chwytacze - na podstawie zależności matematycznej (2) oraz w oparciu o schemat chwytacza przedstawiony na rysunku

5 Rys 4. Zależności geometryczne zmiany położenia rolki w chwytaczu. Na rysunku 4 pokazana została schematycznie droga jaką przbywają chwytacze w czasie awaryjnego hamowania dźwigu. Zmienna h oznacza drogę przebytą podczas spadku swobodnego, którą określono na podstawie wykresu pokazanego na rysunku 3. Zmienna h1 określa położenie rolki chwytacza od momentu zainicjowania procesu hamownaia aż do momentu całkowitego zatrzymania. Wartość ta jest indywidualna dla typu chywtacza i zależy głównie od jego geometrii. Na podstawie powyższego schematu można zapisać prostą zależność wyrażającą całkowitą drogę przebytą przez chwytacz od momentu rozpoczęcia spadku swobodnego do momentu zatrzymania (2): H h (2) h 1 gdzie: H całkowita droga przebyta [mm]; h wysokość spadku swobodnego do momentu zainicjowania zmiany położenia rolki w chwytaczu [mm]; h 1 maksymalna zmiana położenia rolki w chwytaczu do położenia maksymalnego [mm]. Zmiana energii potencjalnej układu wynosi: E p m g ( h 1 h) (3) Pracę jaką wykona chwytacz podczas hamowania można zapisać w postaci zależności: W związku z tym, że E p = L: L m g h m a (4) 1 h 1 m g (h h (5) 1) m g h1 m a h1 Na podstawie zależności (5) można wyznaczyć wartość opóźnienia z jaką będą hamowały badane chwytacze. a h (6) g h 1 gdzie: a opóźnienie hamowania [m/s 2 ] 3822

6 Na podstawie zależności (6) można zatem obliczyć wartość opóźnienia jakie będzie występować podczas awaryjnego hamowania. Wartość opóźnienia jest zdefiniowana w normie [9] i winna zawierać w zakresie od 0,2g do 1g. WNIOSKI W pracy przedstawiono zagadnienia związane z certyfikacją hamulców stosowanych w dźwigach osobowych w oparciu o zapisy normy [9]. Prototyp hamulców został poddany badaniom polegającym na wywołaniu awaryjnego hamowania ramy kabiny dźwigu poprzez zablokowanie ogranicznika prędkości. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem autorskiego stanowiska badawczego. W rezultacie przeprowadzonych badań stwierdzono, że: brak jest odkształceń plastycznych w korpusie oraz elementach współpracujących hamulca, droga przebyta od momentu rozpoczęcia procesu hamowania do całkowitego zatrzymania wynosiła podczas badań testowych h 1 = 230 mm; w związku z tym opóźnienie jakie wystąpiło podczas hamowania wynosi 8,945 m/s 2 (obliczone na podstawie zależności 6), zawiera się ono w przedziale między 0,2*g, a 1g (zakres referencyjny normy). Konstrukcja chwytaczy pozwala na regulację drogi hamowania h 1 poprzez ilość sprężyn talerzowych, dzięki czemu można wpływać w łatwy sposób na wartość opóźnienia. Mając powyższe na uwadze można stwierdzić, że opisane w pracy chwytacze spełniają wstępne wymagania stawiane w normie [9] w zakresie uzyskania świadectwa badania typu WE. Kolejnym etapem badań testowych powinien być dobór odpowiednich stosów sprężyn talerzowych i dobór właściwych wartości sił hamowania w zależności od wartości udźwigu urządzenia dźwigowego. Streszczenie W pracy przedstawiono ścieżkę związaną z przygotowaniem chwytaczy progresywnych CHP2000 do uzyskania certyfikatu bania typu. W oparciu o obowiązujące przepisy wyznaczono krzywą obrazującą zależność wysokości spadku swobodnego w funkcji prędkości poruszającej się kabiny dźwigu osobowego. Wykonano próby awaryjnego hamowania na stanowisku testowym. Na podstawie wykonanych prób oraz zależności matematycznych opisanych w pracy oszacowano wartość opóźnienia jaka jest wywierana na konstrukcję kabiny dźwigu w czasie awaryjnego hamowania. Certification of brakes based on disk spring packs applied in lifting appliances Abstract The foregoing work presents a path connected with preparing progressive catchers CHP2000 to obtaining the certificate of type testing. On the basis of the regulations in force a curve was determined, showing the dependence of free fall height in the function of velocity of a moving passenger lift car. Emergency braking attempts were made in a test stand. On the basis of the performed tests and mathematical dependencies described in this paper the delay value was estimated, which was exerted upon the lift car structure during emergency braking. BIBLIOGRAFIA 1. Janovsky L., Elevator Mechanical Design, Third Edition, Elevator World, USA, Kaczmarczyk S., Andrew J. P., Systems Engineering of Elevators, Elevator World USA, Kwaśniewski J., Dźwigi osobowe i towarowe. Budowa i eksploatacja, Wydawnictwo: AGH, Lonkwic P., Zabezpieczenia układów dźwigowych przed niekontrolowanym spadkiem na przykładzie dźwigu osobowego, j. polski; Narzędziowiec nr 4, Inowrocław Lonkwic P., Poprawa bezpieczeństwa dźwigów; j. polski; Dozór Techniczny nr 6, Warszawa Lonkwic P., Sprężyny talerzowe w dźwigach osobowych; j. polski; Dozór Techniczny nr 4, Warszawa Lotko M., Lechowski M, Variety areas of car engine faults as an indicator of their quality, TTS 10/

7 8. Lotko M., Lechowski M., Notifications about dangerous faults in vehicles as a result of imperfection in quality management system approach in automotive industry, TTS 10/ Norma PN EN A3, Przepisy bezpieczeństwa dotyczące budowy i instalowania dźwigów, Część 1, Dźwigi elektryczne. 10. Wytyczne zawarte na stronie