Metodyka badań nośności chwytaczy progresywnych

Transkrypt

1 LONKWIC Paweł 1 SZYDŁO Kamil 2 LONGWIC Rafał 3 LOTKO Wincenty 4 Metodyka badań nośności chwytaczy progresywnych WSTĘP Za uzyskanie właściwej wartości siły hamującej przez chwytacze progresywne (np. CHP 2000) odpowiadają odpowiednio dobrane sprężyny talerzowe. W poniższym opracowaniu przedstawiono sposób doboru pakietu sprężyn talerzowych jako elementu podatnego chwytaczy oraz propozycję stanowiska do badań poprawności montażu chwytaczy - zwłaszcza pakietu sprężyn talerzowych. Dobór właściwej wartości nośności chwytaczy stanowi ważny element konfiguracyjny odpowiadający za uzyskanie odpowiedniego komfortu w warunkach nagłego hamowania [8, 9]. W dostępnej literaturze [2, 3, 4, 5, 6, 7] dotyczącej poruszanego zagadnienia nie ma dużo wzmianek na temat konstrukcji i działania chwytaczy różnych typów oraz tego w jaki sposób awaryjne hamowanie wpływa na wartość opóźnienia działającego na ładunek znajdujący się w kabinie. Autorzy publikacji [3, 5, 6, 7] opisują zagadnienia związane z konstrukcją urządzeń dźwigowych ale nie wyczerpują zagadnień związanych z konstrukcją oraz działaniem chwytaczy. 1. CHWYTACZE POŚLIZGOWE-BUDOWA Chwytacze progresywne rolkowe typu CHP 2000 zostały opracowane w LWDO Lift Service w Lublinie dla potrzeb rynku krajowego. Budowa chwytacza został zaprezentowana na rysunku 1. 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, po której jest poruszana za pomocą elementu sterującego. Nośność chwytaczy jest ściśle powiązana zależnością matematyczną z udźwigiem nominalnym urządzenia, zdefiniowanym w normie [10]. Rys. 1. Budowa chwytacza progresywnego. 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 Prezentowany chwytacz składa się z korpusu (5) w środku którego są zamontowane dwa pakiety sprężyn talerzowych (2), stanowiących elementy podatne odpowiedzialne za uzyskanie odpowiedniej wartości siły dociskającej rolkę do prowadnicy (6). 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) i steruje położeniem rolki wewnątrz chwytacza. Po przeciwnej stronie krzywki w korpusie znajdują się dwie płytki oporowe (4) stanowiące dodatkowe powierzchnie oporowe. Zmiana położenia rolki w kierunku do góry lub do dołu powoduje 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 może być wywołane poprzez nagłe przyspieszenie poruszającej się kabiny [10] z powodu: całkowitego urwanie się wszystkich cięgien nośnych; awarii układu sterowania dźwigu. 2. SPRĘŻYNY TALERZOWE-DOBÓR Sprężyny talerzowe stosowane są w urządzeniach gdzie wymagane jest użycie dużej siły przy relatywnie niewielkich ugięciach. Łączenie sprężyn w różny sposób pozwala uzyskać kombinacje w zakresie możliwych do przeniesienia obciążeń. Przykładami, w których z dużym powodzeniem można zastosować sprężyny talerzowe są min.: przyrządy obróbki plastycznej, sprzęgła, hamulce, a w branży dźwigowej są to chwytacze poślizgowe. Z uwagi na zbyt małą ilość publikacji dotyczących sprężyn talerzowych, zwłaszcza w ujęciu praktycznym, w poniższej publikacji postanowiono wskazać metodykę doboru sprężyn talerzowych. Większość publikacji dotyczących zastosowania sprężyn ogranicza się do rozważań teoretycznych. Przegląd literatury specjalistycznej związanej z doborem oraz pracą sprężyn talerzowych pokazuje duży niedostatek publikacji w tym zakresie. Sprężyna jest to taki element konstrukcyjny, który pod wpływem obciążenia zewnętrznego znacznie się odkształca, a po usunięciu obciążenia powraca do pierwotnych wymiarów. Różnica między sprężynami talerzowymi, a sprężynami naciągowymi lub naciskowymi jest taka, że przy znacznie większych obciążeniach można uzyskać dużo mniejsze ugięcia, co jest całą istotą sprężyn talerzowych [7]. Przy doborze sprężyn talerzowych można posługiwać się norami: PN/M oraz DIN Polska norma PN M nie podaje zależności matematycznych do obliczeń sprężyn. Podaje jedynie odchyłki oraz wymiary związane z typoszeregiem sprężyn. Norma DIN 2092 ujmuje w swoich materiałach cały zakres zależności matematycznych, które dotyczą: współczynników obliczeniowych, nacisków sprężyn, naprężeń miejscowych, sztywności sprężyn, energii sprężyn. Na podstawie charakterystyk pokazanych na rysunku 3, można określić wzorcowe charakterystyki pakietów sprężyn. Rys. 2. Charakterystyki wybranych pakietów sprężyn talerzowych [1] 3826

3 Tab. 1. Zasady obliczania siły oraz ugięcia pakietu sprężyn talerzowych w oparciu o katalog producenta oraz w oparciu o schemat z rysunku 2 [1]. Oznaczenie pakietu Pakiet b Pakiet c Pakiet d Całkowita siła pakietu [N] Siła odczytana z katalogu dla pojedynczej sprężyny Siła odczytana z katalogu dla pojedynczej sprężyny x ilość sprężyn w pakiecie Siła odczytana z katalogu dla pojedynczej sprężyny x ilość sprężyn w pakiecie Całkowite ugięcie pakietu [mm] Ugięcie odczytane z katalogu dla pojedynczej sprężyny x ilość sprężyn w pakiecie Ugięcie odczytane z katalogu dla pojedynczej sprężyny Ugięcie odczytane z katalogu dla pojedynczej sprężyny x ilość sprężyn w pakiecie W związku z powyższym dobór sprężyn talerzowych można realizować w dwojaki sposób: pierwszy to dobór w oparciu o przedstawione charakterystyki, drugi to wykorzystanie aplikacji do doboru sprężyn. Do celów przedstawionych w opracowaniu posłużono się aplikacją MUBEA wykorzystującą pakiet MS Excel. W oparciu o aplikację MUBEA na rysunku 3 zaprezentowano charakterystykę pakietu sprężyn zastosowanych w opisanych chwytaczach. Rys. 3. Charakterystyka pakietu sprężyn zastosowana w chwytaczach CHP2000. Chwytacz typu CHP2000 został zaprojektowany na nośność nominalną N. Stos sprężyn talerzowych został zestawiony z zastosowaniem odstępnych na rynku typowych sprężyny o wymiarach podanych w tabeli 2. Na podstawie wytypowanego typu sprężyny zestawiono stos składający się z 4 sprężyn równoległych i dwóch pakietów. Tab. 2. Wymiary zastosowanej w chwytaczu sprężyny talerzowej [11]. Parametr Wartość Średnica zewnętrzna, [mm] 31,5 Średnica wewnętrzna, [mm] 16,3 Grubość, [mm] 2 Wysokość sprężyny, [mm] 2,75 Wysokość wew. sprężyny [mm] 0,

4 Właściwe działanie pakietu sprężyn talerzowych ma miejsce wówczas gdy wymagana siła z jaką oddziałuje pakiet sprężyn jest uzyskiwana przy ugięciu 75% skoku całkowitego. W związku z tym, na rysunku 4 została pokazana charakterystyka siły w funkcji ugięcia stosu sprężyn przy 75% ugięciu stosu sprężyn zastosowanych w chwytaczu. Rys. 4. Charakterystyka pakietu sprężyn wykreślona dla ugięcia 75% ugięcia stosu sprężyn talerzowych. Analizując wykres pokazany na rysunku 4 można stwierdzić, że wartość siły z jaką rolka chwytacza będzie zaciskać się na prowadnicy wynosi N. 3. STANOWISKO DO BADAŃ NOŚNOŚCI CHWYTACZY Ważnym aspektem powtarzalności produkcji chwytaczy jest uzyskiwanie tej samej wartości siły, zgodnej z wartościami zadeklarowanym w świadectwie badania typu chwytacza. W związku tym, w opracowaniu przedstawiono koncepcje stanowiska badawczego, służącego do sprowadzania prawidłowości złożenia pakietu sprężyn talerzowych oraz uzyskiwanej wartości siły hamującej. Na rysunku 5 pokazano schemat stanowiska badawczego. Stanowisko składa się ze stołu montażowego (1), na którym montowany jest badanych chwytacz (2). 3828

5 Rys. 5. Schemat stanowiska do sprawdzania prawidłowości montażu chwytaczy CHP2000. Do rolki chwytacza (2) montowane jest tymczasowo ucho siłownika (3), który za pomocą układu sterującego (4) wywołuje stopniowy wysuw nurnika. Zadanej wartości nośności chwytaczy Q odpowiada odpowiednia wartości ciśnienie w układzie sterowania siłownikiem. Sprawdzenie poprawności montażu odbywa się poprzez uzyskanie wartości ciśnienia w układzie hydraulicznym na zadanym poziomie. Działanie stanowiska będzie oparte na dwustanowym działaniu. Pierwszy stan odpowiadać będzie prawidłowej wartości ciśnienia (zgodnej z nośnością chwytacza Q), po uzyskaniu której zawór przelewowy spowoduje zwolnienie siłownika i powrót do początkowego położenia. Drugi stan będzie odpowiadać wartości ciśnienia mniejszego niż zadane, co będzie sygnalizowane poprzez diodę. Zmiana położenia nurnika tłoka będzie sterowana za pomocą pompy hydraulicznej i odpowiednio skompilowanego układu hydraulicznego. Tak zestawione stanowisko do sprawdzania poprawności montażu chwytacza posłuży do nadzoru nad poprawnym zestawieniem stosu sprężyn talerzowych w chwytaczu. Jest to ważny element logistyki produkcji dźwigów osobowych. WNIOSKI W pracy przedstawiono propozycję stanowiska do sprawdzania poprawności montażu chwytaczy progresywnych typu CHP2000. Poprawność złożenia stosu sprężyn talerzowych chwytacza stanowi ważny element technologii produkcji chwytacza. Prawidłowy montaż znacząco wpływa na komfort podróżujących w kabinie, zwłaszcza w przypadku nagłego hamowania. Wartość opóźnienia w czasie awaryjnego hamowania jest ściśle opisana w normie [10]. Z analizy wykresu pokazanego na rysunku 4 wynika, że wartość nośności na jaką zostały zaprojektowane chwytacze CHP 2000 (20000 N) zostanie osiągnięta przy ugięcia stosu sprężyn talerzowych o wartości 0,8 mm. W związku z tym zaproponowany stos sprężyn talerzowych w chwytaczu CHP 2000 jest w stanie przenieść większe obciążenie nominalne niż wynika to z założeń konstrukcyjnych. Streszczenie W pracy przedstawiono zagadnienia związane z doborem pakietów sprężyn talerzowych w chwytaczu progresywnym typu CHP2000. Zaprezentowano wykorzystanie aplikacji wykorzystujących gotowe makra dostępne w programie MS EXCEL. Teoretyczne obliczenia doboru sprężyn talerzowych wykonane w oparciu 3829

6 o zastosowaną aplikację znalazły praktyczne odzwierciedlenie w badaniach testowych chwytaczy. Dobrany stos sprężyn talerzowych został obliczony i dobrany na maksymalne obciążenie wynikające z pracy dźwigu o wartości N. Methodology of research on progressive safety gears load capacity Abstract The paper presents issues related to the selection of disk spring packs in progressive catchers load capacity type CHP2000. it demonstrates the use of applications taking advantage of ready-made macros available in MS EXCEL programme. Theoretical calculations of selecting disk springs performed on the basis of the application used, found their practical reflection in test studies of catchers. The selected pile of disk springs was calculated and selected for maximum load resulting from the work of lift valued N BIBLIOGRAFIA 1. Filipowicz K., Nowe rozwiązania konstrukcyjne metalowych sprzęgieł podatnych skrętnie do napędów maszyn roboczych ciężkich, Mechanik NR 7/ 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/ 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