Wybrane zagadnienia projektowania dźwigów elektrycznych i hydraulicznych Sprzężenie cierne, układy cięgnowe, kabiny, ograniczniki prędkości, prowadnice, siłowniki
Wymagania prawne Urządzenia dźwigowe podlegają pod dozór techniczny. Ustawa o dozorze technicznym. Do momentu wejścia Polski do Unii Europejskiej Urząd Dozoru Technicznego wydawał: - przepisy, - normy i warunki techniczne (i odstępstwa od norm), - uprawnienia do: - wytwarzania (produkcja i montaż), - napraw, - modernizacji, - konserwacji, - obsługi. Dźwigi były budowane i odbierane w oparciu o przepisy. Przy zmianie przepisów nie trzeba przerabiać eksploatowanych dźwigów.
Wymagania prawne Obecnie dźwigi podlegają pod Dyrektywę Dźwigową 95/16/WE. Projektant jest zobowiązany do wykonania urządzenia zgodnie z dyrektywą, tj. usunięcia zagrożeń związanych z urządzeniem - zagrożenia dla pasażerów, konserwatorów i osób postronnych. Najłatwiejszym sposobem wykazania zgodności z dyrektywą jest spełnienie wymagań norm zharmonizowanych. Można stosować inne dokumenty odniesienia, ale wtedy trzeba wykonać analizę ryzyka, aby wykazać przed JN, która przeprowadza ocenę zgodności, że dźwig spełnia wymagania dyrektywy 95/16/WE.
Normy zharmonizowane z dyrektywą (podstawowe): PN EN 81.1 - dla dźwigów elektrycznych PN EN 81. - dla dźwigów hydraulicznych PN EN 81.1 nowe dźwigi w istniejących budynkach PN EN 81.8 łączność ze służbami ratowniczymi PN EN 81.58 badanie ogniodporności drzwi przystankowych PN EN 81.73 zachowanie dźwigów w czasie pożaru PN EN 81.7 dźwigi dla straży pożarnej PN EN 81.70 dostępność dźwigów dla osób niepełnosprawnych PN EN 81.71 dźwigi odporne na wandalizm
Podział dźwigów ze względu na sposób przenoszenia napędu: Dźwigi bębnowe Dźwigi elektryczne cierne, cięgnowe: - linowe - pasowe Dźwigi hydrauliczne Pozostałe napędy: - śrubowe, - zębatkowe, - inne. (W Polsce jest ok. 100 tyś. dźwigów).
Charakterystyczne części szybu maszynownia szyb
Zasady bezpieczeństwa zespoły bezpieczeństwa Dźwig musi być bezpieczny dla: - pasażerów, - konserwatorów (obsługi), - nadzoru, - ludzi postronnych. Zespoły bezpieczeństwa, które muszą mieć certyfikat JN: - rygle drzwi przystankowych, - aparaty chwytne (chwytacze kabiny, chwytacze przeciwwagi), - ogranicznik prędkości, - zderzaki (pod kabiną, pod przeciwwagą), - bezpieczniki rurociągu (w dźwigach hydraulicznych), - elektroniczne zespoły w obwodzie bezpieczeństwa, - systemy UCMP. Elementy nośne muszą mieć certyfikaty (liny, pasy, siłowniki, przewody).
Strefy bezpieczeństwa w nadszybiu i w podszybiu nadszybie podszybie
Parametry techniczne (użytkowe) dźwigu Typ napędu: elektryczny cierny, hydrauliczny, inny; (1:1, :1, opasanie pojedyncze, podwójne, bezpośredni, pośredni 1:, 4:, ilość siłowników) Położenie maszynowni Udźwig [kg] Prędkość jazdy kabiny [m/s] Wysokość podnoszenia [m] Ilość przystanków [szt] Ilość wejść do kabiny [szt] Ilość dojść do dźwigu (ilość drzwi przystankowych) [szt] Rodzaj i wymiary drzwi kabinowych i przystankowych Wykonanie i wyposażenie kabiny - wymiary wewnętrzne i kształt kabiny Sposób regulacji prędkości jazdy Typ sterowania: zbiorcze jednokierunkowe, dwukierunkowe, grupowe, itp. Dodatkowe funkcje i wyposażenie
Dźwigi elektryczne Główne zespoły dźwigów ciernych Wciągarka z: silnikiem, hamulcem i luzownikiem, Sterowanie: tablica sterowa (z falownikiem), łączniki szybowe, informacja szybowa, kasety wezwań, kaseta dyspozycji, przewody łączące, kaseta jazd rewizyjnych, przewody zwisowe Rama kabinowa z chwytaczami Kabina Drzwi kabinowe Cięgna nośne liny lub pasy Ogranicznik prędkości z linką i obciążką Drzwi przystankowe Przeciwwaga Zderzaki kabinowe Zderzaki przeciwwagi Prowadnice kabiny Prowadnice przeciwwagi Wsporniki prowadnic Cięgna wyrównawcze
Dobór powierzchni kabiny do udźwigu i ilości pasażerów Mając wymiary miejsca na dźwig, narysować przekrój poprzeczny przez szyb z uwzględnieniem drzwi przystankowych i kabinowych i miejsca na przeciwwagę, Wstępnie ustalić wymiary wewnętrzne kabiny powierzchnię podłogi kabiny, Powierzchnia podłogi jest ściśle powiązana z udźwigiem, powierzchnia nie może być za duża ryzyko przeciążenia i utraty cierności (pkt.8. PN EN 81.1 tab.1.1). Powierzchnia nie może być za mała dla danej ilości pasażerów.
Powierzchnia kabiny
Powierzchnia kabiny
Powierzchnia kabiny
Masa ramy z kabiną - masa P (lub Gk), masa przeciwwagi Jeśli nie ma danych doświadczalnych, wstępnie przyjąć masę ramy z kabiną (dla kabin z blachy, jedne drzwi kabinowe, wewnętrzna wys. ok.00mm) wg następujących zasad: Dla udźwigów rzędu Q= 30kg przyjąć wstępnie masę ramy z kabiną P=1,5Q, Dla udźwigów Q= 500-1000kg przyjąć wstępnie masę ramy z kabiną równą udźwigowi, Dla udźwigów rzędu Q= 1600 do 300kg przyjąć wstępnie masę ramy z kabiną P=0,8Q. Masa przeciwwagi Gp = P+0,5Q
Dobór wciągarki i silnika Wciągarkę i silnik należy dobrać w zależności od sił działających na koło cierne i prędkości obrotowej silnika ( prędkości jazdy kabiny); najczęściej korzysta się z zaleceń producenta programu do doboru lub tabel. Główne dane do doboru: gdzie będzie wciągarka na górze czy na dole, przełożenie układu cięgnowego 1:1, :1, gdzie będą schodzić liny z koła ciernego na kabinę czy na przeciwwagę? przeznaczenie dźwigu, udźwig, wysokość podnoszenia, prędkość podnoszenia, masa kabiny z ramą, masa przeciwwagi, ilość załączeń silnika na godzinę, rozstaw lin między przeciwwagą a kabiną, ilość lin i ich średnica, profil rowków koła ciernego.
Cechy układu bez koła odchylającego Zalety: - konstrukcja tania, - prosta, - zajmuje mało miejsca w maszynowni, - koło cierne jest nisko, - duży kąt opasania - 180, - korzystne obciążenie wciągarki siłą wypadkową. Wady: - mały rozstaw lin = średnicy podziałowej tarczy ciernej.
Cechy układu z kołem odchylającym Zalety: - większy rozstaw lin, - większa swoboda w rozmieszczeniu kabiny i przeciwwagi w szybie. Wady: - konstrukcja droższa, - zajmuje więcej miejsca w maszynowni, - wciągarka jest wyżej, - mniejszy kąt opasania niż 180, - mniej korzystne obciążenie wciągarki siłą wypadkową.
Cechy układu z kołem odchylającym po stronie kabiny Zalety: - Zdarza się, że w maszynowni jest lepszy dostęp do koła ręcznego. Wady: - niekorzystne obciążenie wciągarki siłą wypadkową.
Cechy układu z podwójnym opasaniem z kołem odchylającym po stronie przeciwwagi Zalety: - duży kąt opasania powyżej 180, - można stosować rowki półokrągłe lub półokrągłe podcięte, - duża trwałość lin. Wady: - szerokie koła, - masywniejsza droższa wciągarka, - mniej korzystny kierunek siły wypadkowej.
Stosowane liny budowy splotek Seale Warrington Warrington - Seale Filler
Budowa stosowanych lin 6x19S 9 splotek typu SEALE Centralna splotka w rdzeniu jest typu WARRINGTON
Obliczenia lin nośnych Stosunek średnicy najmniejszego koła linowego D do średnicy lin nośnych d r D/d r 40 W ateście liny jest podana minimalna siła zrywającą P 0 Maksymalna siła obciążająca wszystkie liny nośne kabina o masie P obciążona udźwigiem Q znajduje się na najniższym przystanku, M scar masa lin nośnych F = P + Q + M scar Maksymalna siła w jednej linie S = F/n n ilość lin dla przełożenia 1:1 lub ilość pasm lin dla :1
Obliczenia lin nośnych Minimalny współczynnik bezpieczeństwa S f jest wyznaczany ze względu na trwałość lin dla danego układu kinematycznego dźwigu i typu rowków koła ciernego o średnicy D t.,894 8,567 6 77,09 log 695,8510 log,6834 10 r t r t equiv d D d D N S f
Obliczenia lin nośnych N equiv liczba przegięć prostych; przegięcie proste przewinięcie liny przez rowek półokrągły, którego promień jest większy o 5% do 6% od promienia nominalnego liny N equiv = N equiv(t) + N equiv(p) N equiv(t) - zastępcza liczba kół ciernych zależy od typu i geometrii rowka linowego koła ciernego N equiv(p) - zastępcza liczba kół odchylających zależy od maksymalnej ilości i wzajemnego usytuowania kół odchylających, przez które przechodzi ten sam przekrój poprzeczny liny przy przemieszczeniu kabiny o całą wysokość podnoszenia
Obliczenia lin nośnych Współczynnik bezpieczeństwa W bn W bn = P 0 /S S f 1 - dla 3 i więcej lin W bn = P 0 /S S f 16 gdy są tylko dwie liny
Profile rowków linowych rowek półokrągły 4 cos f sin
Profile rowków linowych półokrągły podcięty γ min = 5 f 4 cos sin sin sin β max = 106
Profile rowków linowych klinowy nieutwardzony (podcięty) - załadunek i hamowanie awaryjne f 4 1 sin sin - zablokowanie kabiny f 1 sin
Profile rowków linowych klinowy utwardzony (hartowany) f 1 sin
Współczynniki tarcia μ μ = 0,1 μ = 0, - w warunkach załadunku kabiny - w warunkach zablokowanej kabiny 1 0,1 V c 10 - w warunkach awaryjnego hamowania V c prędkość obwodowa liny, w [m/s], na kole ciernym przy nominalnej prędkości kabiny Minimalne współczynniki tarcia wg rys. M.3 (PN EN 81.1)
Naciski liny na rowek linowy półokrągły i półokrągły podcięty 8 cos p F nd r D t sin
Naciski liny na rowek linowy klinowy p nd F r D t 4,5 sin
Dopuszczalne naciski liny na rowek w [N/mm] p d 1,5 4 1 V c V c V c prędkość obwodowa liny, w [m/s], na kole ciernym przy nominalnej prędkości kabiny
Sprzężenie cierne T w siła o większej wartości T m siła o mniejszej wartości T T e f w m
Porównanie współczynnika udźwigu e fα Dla: μ = 0,1; γ = 35 ; β = 80 ; α = 16,1 e f Rowki półokrągłe - 1,4158 Rowki półokrągłe podcięte - 1,5805 Rowki klinowe podcięte (nieutwardzone) - 1,7016 Rowki klinowe hartowane -,563
Warunki bezpieczeństwa w dźwigach ciernych Sprzężenie cierne nie może być za małe! P Q e f () G p
Warunki bezpieczeństwa w dźwigach ciernych c.d. Sprzężenie cierne nie może być za małe T T w m e f - załadunek kabiny na dolnym przystanku obciążeniem 1,5Q μ = 0,1 - hamowanie awaryjne kabiny obciążonej udźwigiem Q w strefie najniższego przystanku, gdy kabina jedzie do dołu trzeba uwzględnić siły dynamiczne wszystkich ruchomych elementów z odpowiednimi opóźnieniami wynikającymi z opóźnienia kabiny nie mniejszego niż 0,5[m/s ] 0,1 V 1 c 10
Warunki bezpieczeństwa w dźwigach ciernych c.d. Sprzężenie cierne nie może być za małe! G p e f () P
Sprawdzanie sprzężenia ciernego Sprzężenie cierne nie może być za małe T T w m e f - hamowanie awaryjne pustej kabiny w strefie najwyższego przystanku, gdy kabina jedzie do góry trzeba uwzględnić siły dynamiczne wszystkich ruchomych elementów z odpowiednimi opóźnieniami wynikającymi z opóźnienia kabiny nie mniejszego niż 0,5 [m/s ] 1 0,1 V c 10
Warunki bezpieczeństwa w dźwigach ciernych c.d. Sprzężenie cierne nie może być za duże! P m lk e f () m lp
Warunki bezpieczeństwa w dźwigach ciernych c.d. Sprzężenie cierne nie może być za duże T T w m e f - próba podciągania pustej kabiny w strefie najwyższego przystanku, gdy przeciwwaga spoczywa na zderzakach liny powinny ślizgać się po kole ciernym - próba podciągania zablokowanej kabiny w strefie najwyższego przystanku liny powinny ślizgać się po kole ciernym oraz T w 0,8 n P 0 μ = 0,
Rodzaje chwytaczy Chwytacze blokujące (natychmiastowe) elementem blokującym najczęściej jest klin (kliny). Elementy robocze chwytacza blokują się pomiędzy prowadnicą a korpusem chwytacza. Droga zatrzymania jest rzędu 1- cm. Chwytacze blokujące rolkowe elementami roboczymi są rolki, które po wejściu we współpracę z prowadnicą, podczas hamowania odkształcają powierzchnię prowadnicy. Droga zatrzymania jest rzędu 5-8 cm. Chwytacze poślizgowe elementy robocze w postaci rolek lub klinów mają ograniczony ruch wzdłużny (względem korpusu chwytacza); siła docisku elementów roboczych do prowadnicy zależy od nastawy elementów podatnych (najczęściej sprężyn talerzykowych).
Dobór chwytaczy Na chwytacze działają następujące masy: P - masa pustej kabiny, Q - udźwig, - masa przewodu zwisowego (masa jednostkowa x 0,5 Hp) - masa cięgien wyrównawczych (ewent. + 50% masy obciążki lin) Chwytacze dobieramy w zależności od: - działających mas, - prędkości nominalnej (prędkości wyzwalania ogranicznika prędkości), - wymiarów części prowadzącej profilu prowadnic, - wykonania prowadnic; wytrzymałość materiału prowadnicy (ciągnione, obrabiane mech.), - zastosowanych prowadników (prowadnice smarowane, suche), - ilości prowadnic, - wytrzymałości prowadnic w stanie zadziałania chwytaczy.
Chwytacze dwukierunkowe W korpusie chwytacza wbudowane jest urządzenie hamujące działające, gdy kabina jadąca w kierunku do góry przekroczy dopuszczalną prędkość.
Prowadnice
Siły poziome działające na prowadnicę Siły poziome pochodzą od prowadników. Siły pionowe pochodzą od chwytaczy i dodatkowego wyposażenia, np. zespołu napędowego w dźwigach bez maszynowni.
Prowadnice kabinowe Są dwa główne rodzaje prowadnic: Ciągnione Obrabiane - R m = 370 [MPa] - R m = 440 [MPa] oraz R m = 50 [MPa] Dla różnych przypadków obciążenia przyjmowane są inne wartości naprężeń dopuszczalnych.
Obliczenia prowadnic kabinowych Obliczane są ze względu na: - wytrzymałość wyboczenie, zginanie, zginanie szyjki, ściskanie od dodatkowego wyposażenia. - odkształcenia tylko od zginania.
Obliczenia prowadnic kabinowych Prowadnice są obliczane jak belki ciągłe podparte na dwóch podporach nie uwzględnia się wszystkich poziomów zamocowań. Obciążenia: P masa pustej kabiny z drzwiami, ramą kabinową, kompletnym wyposażeniem i masą przewodów i lin, które ją obciążają działa punktowo w środku mas, Q udźwig - rozkładany równomiernie jest na ¾ powierzchni kabiny, F s siła pionowa działająca na próg kabiny, zależy od udźwigu = 0,4 g Q - dźwigi osobowe dla Q < 500kg = 0,6 g Q - dźwigi Q 500kg = 0,85 g Q - dźwigi Q 500kg z załadunkiem wózkiem widłowym F k siła wyboczająca prowadnicę pochodząca od kabiny = k 1 g(p+q)/n k 1 - współczynnik dynamiczny n ilość prowadnic Inne, np.: od wiatru, śniegu, trzęsienia ziemi, itp.
1/Dy yc Dy yp yr yd yz yk Obliczenia prowadnic kabinowych y Dx Oznaczenia: S oś symetrii układu prowadnic i zawieszenie lin xk xz Z C geometryczny środek podłogi kabiny K środek ciężkości kabiny 1/Dx S C xc K P R D x R środek ciężkości ramy Z zawieszenie kabla zwisowego D środek ciężkości drzwi kabinowych xp xr P środek ciężkości mas: K, R, D, Z xd Dx głębokość kabiny Dy szerokość kabiny
1/Dy Dy yqx yc Niekorzystne rozłożenie ładunku na osi x-x y Dx Oznaczenia: Q 1/Dx C Q środek obciążenia rozłożonego na ¾ powierzchni. x xqx xc Trzeba sprawdzić obie możliwości. 1/4Dx
1/Dy x1/4dy yc Dy yqy Niekorzystne rozłożenie ładunku na osi y-y y Dx 1/Dx Oznaczenia: Q C Q środek obciążenia rozłożonego na ¾ powierzchni. xqy Trzeba sprawdzić obie możliwości. xc
Obciążenia prowadnic kabinowych Warianty obciążenia: Normalna jazda - obciążenie od P, Q, k, Załadunek - obciążenie od P, F s Działanie urządzeń zabezpieczających: chwytacze - obciążenie od F k (P, Q, k 1,) k 1 = 5 dla chwytaczy blokujących natychmiastowych, k 1 = 3 dla chwytaczy blokujących rolkowych, k 1 = dla chwytaczy poślizgowych, zadziałanie zaworu zabezpieczającego przy pęknięciu przewodów - obciążenie od P, Q, k 1, (k 1 = ) najazd na zderzaki - obciążenie od P, Q, k 1,
Dopuszczalne odkształcenia prowadnic kabinowych Dopuszczalne odkształcenia: 5 [mm] w obu kierunkach.
Obliczenia prowadnic przeciwwagowych Jeśli nie ma chwytaczy na przeciwwadze, to prowadnice przeciwwagowe obliczane są tylko ze względu na zginanie od sił wywołanych nierównomiernym rozłożeniem mas w przeciwwadze pomnożonych przez współczynnik dynamiczny k 3. Współczynnik k 3 uwzględnia oddziaływania dynamiczne powstałe podczas podskoku przeciwwagi spowodowane zatrzymaniem kabiny z opóźnieniem większym niż 1g. Wartość współczynnika k 3 można wyznaczyć doświadczalnie, lub teoretycznie, np. z zasady zachowania energii.
Dopuszczalne odkształcenia prowadnic przeciwwagowych Dopuszczalne odkształcenia: 10 [mm] w obu kierunkach.
Ogranicznik prędkości, obciążka, linka ogranicznika S1 S1 Gl Go S S Gl Go Sch Siły w lince ogranicznika po zadziałaniu ogranicznika podczas ruchu kabiny do dołu. S 1 S G 0 S 1 H q s l e f () Go Go S ch G 0 H s q l e f ( ) 1 Go Gc
Ogranicznik prędkości, obciążka, linka ogranicznika S1 S1 S3 S3 Schg Siły w lince ogranicznika po zadziałaniu ogranicznika podczas ruchu kabiny do góry. S 1 G 0 H q s l Gl Go Go Gl Go Go S chg S 3 G e f G 0 H s 1 ( ) f ( ) S e 1 0 H q 1 s l f e q l () Go Gc
Linka ogranicznika prędkości Średnica minimum 6[mm], Stosunek średnicy podziałowej koła ogranicznika, i koła obciążki, do średnicy nominalnej liny nie może być mniejszy niż 30.
Ogranicznik prędkości, obciążka, linka ogranicznika Siły S ch i S chg muszą być większe od większej z następujących wartości: - 300[N] - dwukrotnej siły potrzebnej do włączenie chwytaczy Znając siłę potrzebną do włączenia chwytaczy, wyznacza się siłę obciążki G 0 ze wzoru (z uwzględnieniem wsp. i dla μ min ) S chg G 0 H s 1 Maksymalna siła w lince, to siła S dla μ max = 0, q l Współczynnik bezpieczeństwa - stosunek minimalnej siły zrywającej linę w całości do największej siły obciążającej linę musi być min. 8 e 1 f ( ) min
Podział dźwigów hydraulicznych ze względu na napęd Napęd bezpośredni - siłownikami pracującymi na ściskanie: - jednostopniowymi (nurnikowymi) - wielostopniowymi (teleskopowymi) Napęd pośredni :1, 4: siłownikami pracującymi na ściskanie; (na siłowniku jest 1, lub 3 koła, przez które są przełożone liny lub łańcuchy) - najczęściej siłowniki jednostopniowe (nurnikowe) Napęd pośredni :1, 4: siłownikami pracującymi również na rozciąganie; z masą równoważącą - siłowniki jednostopniowe (tłokowe)
Dźwigi hydrauliczne zespół zasilająco sterujący pompka ręczna skrzynka przyłączeniowa zawory sterujące zawór odcinający tłumik pulsacji silnik pompa
Siłowniki wielostopniowe synchronizowane wewnętrznie (hydraulicznie). Warunek takiego samego wysunięcia: - stopnia I (nurnika) ze stopnia II, jak stopnia II ze stopnia III d D D 3 1 - stopnia II ze stopnia III, jak stopnia III z rury zewnętrz. dr D3 d3 4 4 d r D 3 d 3
Bezpiecznik rurociągu Zasada działania Śruba nastawy przepływu zadziałania Q k f n d p Suwak od siłownika; stałe ciśnienie Stały przekrój Spadek ciśnienia Sprężyna ściskana; Jej napięcie decyduje o wielkości p, przy której nastąpi ruch suwaka w kierunku do dołu. do zbiornika (przewodu)
Obliczanie siłowników na wyboczenie rh r m n s P P Q P c g F 64 0, 1,4 l J E F n s 100 10 n m m n s R R A F Dla λ n 100 Dla λ n < 100
Obliczanie siłowników na wyboczenie przykład siłownika dwustopniowego bez prowadzenia stopni 1 J J 0,,5 1 dla 0,<ν<0,65 Dla λ e 100 e e i l 1 4 m mi m e d d d i l J E F s Dla λ e < 100 100 10 n m m n s R R A F rt rh r m n s P P P Q P c g F 64 0, 1,4
Siłownik trzystopniowy bez prowadzenia stopni
Siłownik trzystopniowy z prowadzeniem stopni
Elementy siłowników obliczane na wytrzymałość od ciśnienia e cyl,3 1,7 R p D p0, e 0 e,3 1,7 R p0, p D e 0 u e 1 1,3 1,7 p 0,4 Di e R p0, Di,3 1,7 p 1,3 r1 e R p0, 0 0 e 3,3 1,7 p 0,4 Di e R p0, 0
Bardzo dziękuję za uwagę.