CC BY
213
УДК 621.86
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ИСПЫТАНИЙ
ЛИФТОВЫХ ЛОВИТЕЛЕЙ
П.В. Витчук, А.В. Осницкий, Е.В. Грачева
Рассмотрены методы расчета и испытаний лифтовых ловителей, а также пути их совершенствования. Предложена установка для испытания лифтовых ловителей.
Ключевые слова: ловитель, направляющая, приемочные испытания, ускорение замедления.
Ловители являются главным защитным компонентом системы безопасности лифта. Их основная функция - защита людей, находящихся в кабине или приямке при превышении скорости кабины (противовеса), независимо от причины, вызвавшей это превышение, например обрыва тяговых канатов, путем надежного удержания кабины (противовеса) на направляющих. Поэтому несомненна актуальность изучения вопросов взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей, а также совершенствования методов испытаний ловителей.
Анализ отечественных и зарубежных методик расчета ловителей и направляющих [1-3] показывает недостаточность знания о процессе взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей, так как результаты расчета даже в рамках одной методики могут отличаться в несколько раз в зависимости от выбранных допущений и коэффициентов и в десятки раз при использовании разных методик [4].
По сути, в достаточной мере проработанной является лишь методика расчета геометрических параметров клиновых ловителей резкого торможения, которая может быть выполнена двумя способами. Первый базируется на экспериментальных данных, накопленных в большом количестве в научно-исследовательских центрах СССР, в первую очередь, ВНИИПТМАШ. Второй (аналитический) способ разработан в МГСУ (МИСИ) на основе изучения следов пластической деформации рабочей поверхности направляющей зубом ловителя [1].
Согласно первому способу взаимосвязь параметров клина имеет
вид
í Л/ТГ
mg
b =-
1 + A (V-g)
KH
(1)
4^а- К21 о 2
где Ь - ширина зуба; А - коэффициент, зависящий от угла заострения клина; у - коэффициент, зависящий от формы тормозящей поверхности;
т - улавливаемая масса; V - номинальная скорость кабины (противове-
447
са); g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; Кн - коэффициент неравномерности нагрузки на ловители; К% - коэффициент, учитывающий неравномерность работы зубьев; - допускаемая нагрузка на единицу ширины зуба; 2 - число зубьев клина.
Согласно второму способу
mg
Zbh =
г л 1+£ V_gj
Kh
_ (2) 6,503оТ '
где а - ускорение замедления кабины; h - глубина врезания зуба в направляющую; St - величина предела текучести материала направляющей.
Существенными недостатками обоих способов являются не учет условий смазывания и ограниченная применимость для ловителей и направляющих, изготовленных из материалов и имеющих конструкцию отличных от исследованных. Последний факт особенно важен в современных условиях, когда разрабатываются большое число материалов, имеющих лучшие физико-механические свойства по сравнению с используемыми (например, корпорацией Toshiba Corp. были разработаны ловители, рабочая поверхность которых изготовлена из нитрид-кремниевой керамики
[5]).
Кроме того, следует отметить, что в обоих способах определенную неясность представляет собой выбор правильного значения глубины врезания зуба в направляющую. Так, в литературе [1, 2, 6] приводятся сильно разнящиеся значения (от 0,1 до 1 мм), а рекомендации по выбору этих значений отсутствуют. Сложность возникает и при определении значения ускорения замедления кабины. В отечественной литературе [1, 2] эта вели-
2 2 чина составляет 30...35 м/с , в [6] - 40...50 м/с (при продолжительности
не более 0,02.0,03 с), в зарубежных стандартах EN 81-1:1998 и BS 5655: Part 9 соответственно 40 м/с , а профессор Л. Яновски [3] отмечает, что ускорение замедления кабины при срабатывании ловителей резкого торможения значительно превышает 40 м/с . В то же время исследования, проведенные совместно компаниями Mitsubishi Electric Corporation и TNO Automotive, показали, что такие величины ускорения замедления приводят к значительной вероятности получения травмы пассажиром (от 25 до 50 % для различных участков тела) [7].
Методики расчета параметров ловителей других типов еще в меньшей степени отражают процесс их контактного взаимодействия с направляющей или не отражают вовсе.
Не учет контактного взаимодействия ловителя с направляющей может привести к аварийной ситуации. Например, из практики эксплуатации лифтов известны случаи несрабатывания ловителей плавного торможения при смене смазочного материала направляющей.
Процесс взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей также оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние направляющих, так как в них возникают значительные по своей величине напряжения при срабатывании ловителей. Проведенный Л. Яновски [3] критический анализ методов расчета направляющих, изложенных в зарубежных стандартах A17.1, EN 81-1 и BS 5655 позволил выявить значительное число недостатков каждого из методов, на основании чего им был предложен собственный метод расчета. К сожалению, рекомендованный Л. Яновски метод также не отражает процесс взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей, так как влияния ловителя на направляющую условно учитывается введением коэффициента динамичности, выбираемого в зависимости от типа ловителя.
Кроме того следует отметить важность исследования процесса взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей для разработки математических (динамических) моделей лифтов, так как существующие модели, представленные в большом объеме в отечественной и зарубежной литературе, практически не учитывают этот процесс.
На основании вышесказанного очевидна необходимость проведения значительного числа экспериментальных испытаний работы ловителей. Эти экспериментальные испытания можно условно разделить на две группы: эксплуатационные испытания, целью которых является подтверждение работоспособности ловителей, и непосредственно исследование процесса взаимодействия рабочих поверхностей ловителя и направляющей.
Кратко рассмотрим методы испытаний лифтовых ловителей. Перед сдачей в эксплуатацию лифты подлежат первичному контролю, сущность которого заключается в проведении приемочных испытаний. Содержание и порядок проведения приемочных испытаний регламентируются нормативной документацией и практически идентичны во всех странах мира. Как и во многих других отраслях промышленности, общепринятым методом доказательства безопасности лифтов и их компонентов и пригодности их к эксплуатации являются испытания под нагрузкой, превышающей номинальную (обычно 125% от номинальной). Несмотря на то, что за последние годы технологии лифтостроения сильно изменились и значительное распространение получили высокотехнологичные датчики и преобразователи, методы испытаний под нагрузкой остались практически неизменными.
В частности, действующие отечественные стандарты в значительной мере опираются на европейский стандарт EN81-1 «Safety rules for the construction and installation of lifts», который мало чем отличается от предшествующих за многие десятилетия. Согласно этому стандарту целью испытаний ловителей является верификация правильности крепления, регулировки и сборки системы ловителей. Испытания заключаются проверке факта надежного удержания кабины на направляющих при ее остановке на
номинальной скорости с загрузкой, составляющей 125% от номинальной грузоподъемности.
Применительно к ловителям плавного торможения дополнительно контролируется величина ускорения замедления, которая должна составлять 0,2...1^ для кабины с номинальной загрузкой.
Стоит отметить, что величина ускорения замедления порожней кабины или кабины с загрузкой, составляющей 125 % от номинальной грузоподъемности, не регламентируется.
Вероятно, это связано с тем фактом, что ловители должны проходить типовые испытания перед введением их в состав конструкции лифта. Такие типовые испытания для ловителей резкого торможения проводятся с использованием пресса или аналогичного устройства, способного перемещаться без резкого изменения скорости. При этом определяют: пройденное расстояние как функцию силы; деформацию деталей ловителей как функцию силы или пройденного расстояния. Испытания ловителей плавного торможения осуществляются при свободном падении удерживаемого ловителями элемента. При этом определяют: общую высоту падения; длину тормозного пути; величину проскальзывания каната ограничителя скорости; суммарное перемещение упругих элементов.
Условия этих испытаний не охватывают реальные условия эксплуатации лифтов, например, тип смазки или состояние поверхности направляющих.
Кроме того, в лифтах с уменьшенной массой кабины (масса кабины меньше грузоподъемности лифта) величина ускорения замедления порожней кабины превышает величину ускорения свободного падения. Это приводит к тому, что противовес останавливается быстрее кабины, так как он замедляется под действием силы тяжести (ускорение свободного падения). То есть силы неопределенной величины, действующие на тяговые канаты со стороны противовеса, помогают остановить кабину.
То есть в этих случаях условия испытаний не охватывают предписанный стандартом критерий имитации свободного падения кабины.
Опираясь на вышеизложенное, можно выделить основные направления совершенствования методов расчета и испытаний ловителей:
1. Совершенствование существующих расчетных методик на основе дополнения их зависимостями, учитывающими контактное взаимодействие ловителей и направляющих.
2. Совершенствование методов испытаний ловителей, результатом которых должно стать не только принятие решения «да» или «нет» о работоспособности ловителей, а количественное выражение (например, в виде цифр, таблиц или графиков) резервов безопасности работы ловителей.
Решение указанных задач невозможно без проведения соответствующих экспериментальных исследований, наиболее близко имитирующих различные случаи свободного падения кабины.
С учетом этого факта, а также на основе анализа некоторых существующих экспериментальных установок и устройств (патенты № 894408, 2815923, 595657 и др.) был разработан эскизный вариант и в настоящее время конструктивно прорабатывается следующая установка (рисунок).
Эскиз установки для испытания ловителей: 1 - привод; 2 - рама; 3 - опора; 4 - направляющая; 5 - ограничитель
скорости; 6 - блок; 7 - главная бака; 8 - грузы; 9 - датчик
Привод поднимает главную балку с установленными на ней ловителями и грузом до необходимой высоты, затем привод отключается и происходит падение балки. Настроенный ограничитель скорости срабатывает, воздействуя своим канатом на тягу, приводящую в действие ловители. Происходит заклинивание. В зоне заклинивания устанавливаются тен-зодатчики для измерения параметров торможения и усилий воздействия на направляющую.
Эта установка позволяет исследовать разнообразные конструкции ловителей с имитацией свободного падения кабины в условиях эксплуатации, близких к реальным.
Список литературы
1. Лифты. Учебник для вузов /под общей ред. Д.П.Волкова. М.: Изд-во АСВ,1999. 480 с.
2. Лифты / Г.К. Корнеев [и др.] // М.: Машгиз, 1958. 567 с.
3. Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. Третье изд-е: М.: Издательство АСВ, 2005. 336 с.
4. Витчук П.В., Шубин А. А., Потапов Д.В. Зависимость ускорения
замедления кабины от параметров клина ловителя // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 7. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 171-177.
5. Самый быстрый лифт в мире Лифт / Мкуната Т., Кохара Х. [и др.]. 2005. №4. С. 53-56.
6. Федосеев В.Н., Гончаров Г.К. Безопасная экпслуатация лифтов: справочное пособие. М.: Строиздат, 1987. 256 с.
7. Фунаи К., Ван Шийндел-де Нооий М., Ван Нунен Э. Влияние нагрузки, вызванной ускорением лифта, на уровень серьезности травм // Лифт. 2011. № 2. С. 37-44.
Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, zzz Ventor@yandex. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Осницкий Александр Вячеславович, студент, Osnizkii-ne-@mail. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Грачева Екатерина Викторовна, студент, gracheva. earambler. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана
IMPROVEMENT OF THE METHODS OF CALCULATION AND TEST OF ELEVA TOR SAFETY GEAR
P.V. Vitchuk, A.V. Osnizkii, E.V.Gracheva
Considered methods of calculation and tests of elevator safety gear, given ways of their improvement. Offered installation for test of elevator safety gear.
Key words: safety gear, rail, acceptance tests, acceleration of deceleration.
Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, zzz Ventor@ya. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,
Osnizkii Alexander Vyacheslavovich, student, Osnizkii-ne- a mail. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,
Gracheva Ekaterina Viktorovna, student, gracheva. e@,rambler. ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University
