Зависимость ускорения замедления кабины лифта от параметров клина ловителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Key words: a gantry crane, a hinged boom system, geometric synthesis.

Raevskiy Vladimir Alekseevich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Nosov Victor Alekseevich, design engineer, [email protected], Russia, Kaluga, Ltd «KJeZ KVT»

Получено 28.06.2013 г.

УДК 621.86

ЗАВИСИМОСТЬ УСКОРЕНИЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ КАБИНЫ ЛИФТА ОТ ПАРАМЕТРОВ КЛИНА ЛОВИТЕЛЯ

П.В. Витчук, А. А. Шубин, Д.В. Потапов

Предложена зависимость ускорения замедления кабины лифта от параметров клина ловителя на основе объединения существующих методов их расчета.

Ключевые слова: клин, клиновой ловитель, лифт, ускорение замедления.

Ловитель - механическое устройство безопасности лифта, предназначенное для остановки и удержания кабины и/или противовеса на направляющих при превышении рабочей скорости или обрыве тяговых элементов [1].

По принципу действия ловители классифицируются на: резкого торможения, плавного торможения и комбинированные [2, 3].

Ловители резкого торможения обеспечивают быструю остановку кабины и/или противовеса. Работа ловителей резкого торможения характеризуется малой величиной времени торможения, тормозного пути и значительной величиной ускорения замедления. Торможение кабины происходит за счет действия сил трения между ловителем и направляющей, а также сил сопротивления пластического деформирования поверхности направляющей. Ловители резкого торможения бывают: клиновые, эксцентриковые и роликовые.

Клиновые ловители составляют подавляющее большинство всех ловителей, используемых на территории России и стран бывшего СССР, и применяются в лифтах с номинальной скоростью до 1 м/с [1], установленных в жилых 8-12 этажных зданиях массовой застройки.

На рис. 1 представлена схема клинового ловителя. Клинья вставляются в наклонные литые чугунные блоки, прикрепленные к верхней балке

кабины (в старых моделях лифтов) или нижним частям каркаса кабины (в новых моделях). Два клина работают на каждой направляющей. Они соединены системой тяг и звеньев с канатом ограничителя скорости. Если канат ограничителя скорости останавливается, то движение кабины относительно него приводит к тому, что тяги механизма ловителя поднимаются вверх и клинья, соединенные с тягами, вводятся в контакт с направляющими. В момент касания клиньями поверхности направляющей, происходит самозаклинивание, и последующая работа ловителя больше не зависит от действия механизма включения.

Рис. 1. Схема клинового ловителя:

1 - клин, 2 - направляющая колодка блока, N - сила нормальной реакции, Т - тангенциальная составляющая силы реакции (сопротивления трению), ¥ - рабочее усилие включения клина в работу

Необходимое условие самозаклинивания

а<ф2ф (1)

где а - угол заострения клина ловителя, Ф2 - угол трения между клином и направляющей, фі- угол трения между задней поверхностью клина и направляющей колодкой блока.

На практике угол заострения клина составляет а = 6...7° [2]. Сторона клина, обращенная к направляющей, обычно снабжена насечкой для увеличения коэффициента трения между клином и направляющей и уменьшения скопление масла, смазки и грязи. Чем выше коэффици-

ент трения между клином и направляющей, тем резче толчок, результатом чего является дискомфорт пассажиров и значительные напряжения в элементах каркаса кабины и направляющих.

Для ловителей резкого торможения без амортизирующих устройств допускается ускорение замедления до 30...35 м/с2, если время торможения не превышает 0,04 с [3].

Однако исследования, проведенные совместно компаниями Mitsubishi Electric Corporation и TNO Automotive, показали, что такая величина ускорения замедления приводит к значительной вероятности получения травмы пассажиром (от 25 до 50 % для различных участков тела) [4].

Таким образом, очевидна необходимость повышения безопасности использования лифта пассажирами на основе снижения ускорения замедления кабины при ее посадке на ловители за счет изменения параметров ловителей.

Рассмотрим существующие методы расчета клиновых ловителей резкого торможения.

Проектный и проверочный расчеты ловителей проводятся для режима динамических испытаний. В качестве расчетной нагрузки принимается: для лифтов с увеличенной площадью пола и самостоятельного пользования - фактическая грузоподъемность кабины, для лифтов остальных типов - 10 % перегрузка кабины [1].

В настоящее время существует два метода расчета клиновых ловителей резкого торможения [3]. Первый основан на экспериментальных исследованиях, проведенных ВНИИПТМАШ, а второй, разработанный в МГСУ (МИСИ), - на учете сопротивлений пластическому деформированию направляющей.

На основе экспериментальных исследований различных конструкций клиновых ловителей резкого торможения, проведенных ВНИИПТМАШ, были получены эмпирические зависимости, учитывающие форму поверхности тормозящих элементов, для расчета величины максимального ускорения замедления кабины и/или противовеса.

Согласно данному методу расчетная ширина зуба клина b равна [5]

N тт

b =----, (2)

KzZsz ( )

где Nt - нормальная распорная сила, действующая на конструкцию каркаса кабины (противовеса) со стороны ловителя; Kz = 0,75 - коэффициент, учитывающий неравномерность работы зубьев; Z - число зубьев клина; sz = 12000 Н/см - допускаемая нагрузка на единицу ширины зуба.

Опуская последующие преобразования, получим зависимость ширины зуба от четырех параметров клина

тё

Ь = —--------------§— -----= / (а, А, у, 1),

4^а •

кн

(3)

где А - коэффициент, зависящий от угла заострения клина; у - коэффициент, зависящий от формы тормозящей поверхности (при гладкой поверхности у = 0,13, для крупного зуба у = 0,185); т - улавливаемая масса кабины (противовеса); V - номинальная скорость кабины (противовеса); g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения; Кн = 1,25 - коэффициент

неравномерности нагрузки на ловители.

Коэффициент, зависящий от угла заострения клина, имеет следующие значения, полученные эмпирически: А = 45...50 при а = 8...11° и А = 47...48 при а = 9°30' [3].

Для клина ловителя, изготовленного из Стали 25 с цементацией и последующей закалкой до твердости НВ=600, с высокой степенью точности можно использовать следующую линейную зависимость коэффициента А от угла заострения а [5]

А = 1,67а + 31,67. (4)

Подставляя (4) в (3) получим зависимость ширины зуба от трех параметров клина

(1,67а + 31,67)(У -у)'

г

1 +

кн

Ь = —-------------g---------- ----= /(а, у, 2). (5)

4^а • К^2^2

Метод расчета клиновых ловителей резкого торможения, разработанный в МГСУ (МИСИ) был получен на основе экспериментов по изучению формы следов пластической деформации на поверхности направляющей. В его основе лежит рассмотрение характера взаимодействия зуба с поверхностью направляющей в конце пути замедления [3].

Согласно этому методу основные параметры клина имеют следующую зависимость [3]

ґ \ а

1 +

кн

6,503от

2

где И - глубина врезания зуба в направляющую; От = 35000 Н/см - величина предела текучести материала направляющей (Сталь 20).

Выразим ускорение замедления через параметры клина

6,503от 1ЬИ

а =-------Т-----§. (7)

т

Подставляя (5) в (7) получим выражение для определения ускорения замедления кабины лифта от параметров клина на основе двух рассмотренных выше методов

г

6,503от g

1 + (1,67а + 31,67)(Г -у)'

КН (8)

а =---------- --- ------------------- -------г = / («, У И).

4?га • К^

Предложенное выражение (8), полученное на основе объединения существующих методов расчета клиновых ловителей позволяет определять ускорение замедления кабины лифта в зависимости от угла заострения клина, формы тормозящей поверхности и глубины врезания клина в направляющую.

С использованием выражения (8) был получен график зависимости ускорения замедления от угла заострения клина при различной форме тормозящей поверхности (рис. 2). Видно, что увеличение угла заострения клина приводит к снижению ускорения замедления кабины лифта. Также к снижению ускорения замедления кабины приводит использование клиньев с крупным зубом (кривая 2).

Угол заострения клина а, град

Рис. 2. Зависимость ускорения замедления от угла заострения клина при различной форме тормозящей поверхности:

1 - гладкая поверхность, 2 - крупный зуб

Стоит отметить, что незнание точной величины глубины врезания

зуба в направляющую в значительной степени осложняет расчет ловителей резкого торможения. Так, в источниках [3, 6] приводятся сильно разнящиеся данные - от 0,01 до 0,1 см. Это приводит к различию результатов расчета в несколько раз (рис. 3).

Угол заострения клина а, град

Рис. 3. Зависимость ускорения замедления от угла заострения при различных значениях глубины врезания Н

Таким образом, можно заключить:

1. Существующая допустимая величина ускорения замедления кабины при ее посадке на ловители может привести к травмам пассажиров.

2. Снижение величины ускорения замедления кабины при ее посадке на ловители возможно на основе изменения параметров ловителей, находящихся в сложной взаимосвязи между собой.

3. Предложенное выражение (8), полученное на основе объединения методов расчета клиновых ловителей, разработанных на основе экспериментов ВНИИПТМАШ и аналитически МГСУ (МИСИ), позволяет определять ускорение замедления кабины лифта в зависимости от параметров клина.

4. Глубина врезания зуба в направляющую оказывает непосредственное влияние на величину ускорения замедления кабины при ее посадке на ловители. В то же время, литературные данные о значении этой величины сильно разнятся. Поэтому данный вопрос требует дополнительного исследования.

Список литературы

1. ПБ 10-558-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов. Введ. 16.05.03. Москва, 2003. 176 с.

2. Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. Третье изд-е: М.: Издательство АСВ, 2005. 336 с.

3. Лифты. Учебник для вузов /под общей ред. Д.П.Волкова. М.: Изд-во АСВ, 1999. 480 с.

4. 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.

5. Лифты / Г.К. Корнеев [и др.] / М.: Машгиз, 1958. 567 с.

Витчук Павел Владимирович, ст. преп., [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»,

Шубин Александр Анатольевич, к.т.н., доц., зав. кафедрой «Детали машин и подъемно-транспортное оборудование», [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана»,

Потапов Дмитрий Валерьевич, студент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана».

DEPENDCE OF DECELERA TION OF ELEVA TOR CAB FROM THE PARAMETERS OF

GIB SAFETY CATCHER

P.V. Vitchuk, A.A. Shubin, D.V. Potapov

Proposed dependence of deceleration of elevator cab from the parameters gib safety catcher by combining existing calculation methods.

Key words: gib, gib safety catcher, elevator, deceleration.

Vitchuk Pavel Vladimirovich, senior lecturer, [email protected], Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,

Shubin Alexander Anatolievich, candidate of technical science, docent, head. chair, [email protected], Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,

Potapov Dmitry Valerievich, student, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University.

Получено 28.06.2013 г.