К вопросу о расчете ограничителя скорости с инерционным роликом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о расчете ограничителя скорости с инерционным роликом

Ограничитель скорости представляет собой автоматическое устройство, предназначенное для приведения в действие ловителей при аварийном превышении скорости движения кабины (противовеса) вниз [1].

Ограничители скорости классифицируют [2]: по принципу действия: центробежного типа и с инерционным роликом (по [3] - маятникового типа); по расположению оси вращения устройства, контролирующего превышение скорости: с вертикальным (шпиндельного типа) и с горизонтальным расположением оси вращения.

В отечественной практике используют ограничители скорости центробежного типа с горизонтальной осью вращения. Их конструкция и методы расчета достаточно хорошо известны и широко представлены в имеющейся литературе [2-5].

В зарубежной практике, наоборот, преимущественно применяют ограничители скорости с инерционным роликом. Такими ограничителями оборудуются лифты фирм OTIS («ОТИС», США), Schindler («Шиндлер», Швейцария), KONE («Коне», Финляндия) и др. В нашей стране они не применялись, так как не соответствовали требованиям ПУБЭЛ [6]. Поэтому в отечественных литературных источниках практически отсутствует описание подобных конструкций.

Так, в [5] приводится описание принципа работы ограничителя скорости сильно устаревшей (более 60 лет) конструкции ограничителя скорости фирмы KONE. В переводной монографии [3], написанной профессором Л. Яновски (Чехия), приводится краткое описание конструкции и принципа работы ограничителя скорости с инерционным роликом и восьмигранным диском. В [2] аналогичный ограничитель скорости не только описан, но и составлена его расчетно-конструкционная схема, а также представлены зависимости, которые, вероятно, могут быть положены в основу для расчета.

В настоящее время со введением в действие Технического регламента таможенного союза ТР ТС 011/2011 «Безопасность лифтов» от 18 октября 2011 года и ГОСТ Р 53780-2010 (основан на европейских стандартах EN81-1 и EN81-2), а также расширением сферы использования лифтов зарубежных фирм, рациональной видится разработка расчетной схемы и методики расчета подобных ограничителей скорости.

Несомненно, расчет должен базироваться на следующих основных требованиях, предъявляемых ГОСТ Р 53780-2010 к ограничителям скорости:

1) Ограничитель скорости, приводящий в действие ловители кабины, должен срабатывать, если скорость движения кабины вниз превысит номинальную не менее чем на 15% и составит не более:

а) 0,8 м/с - для ловителей резкого торможения;

б) 1,5 м/с - для ловителей плавного торможения и ловителей резкого торможения с амортизирующим элементом при скорости не более 1 м/с;

в) м/с для ловителей плавного торможения при номинальных скоростях более 1,0 м/с, где - номинальная скорость кабины, м/с.

2) Ограничитель скорости, приводящий в действие ловители противовеса или уравновешивающего устройства кабины, должен срабатывать, если скорость движения противовеса или уравновешивающего устройства кабины вниз превысит номинальную не менее чем на 15% и не более чем на значение, превышающее на 10% верхний предел скорости, установленный для срабатывания ограничителя скорости кабины.

3) Диаметр каната, приводящего в действие ограничитель скорости, должен составлять не менее 6 мм; коэффициент запаса прочности каната ограничителя скорости должен быть не менее 8.

4) Отношение диаметра шкива (блока) к диаметру каната, приводящего в действие ограничитель скорости, должно быть не менее 30. Для лифтов со скоростью движения до 1,6 м/с это отношение допускается не менее 25.

5) Канат, приводящий в действие ограничитель скорости, должен натягиваться натяжным устройством.

6) Ограничитель скорости должен иметь устройство для проверки его работоспособности при движении кабины (противовеса) с номинальной скоростью.

7) Ограничитель скорости, у которого усилие включения ловителей создается за счет сил трения между канатом и шкивом, должен иметь устройство для проверки достаточности силы трения.

8) Ограничитель должен иметь выключатель, контролирующий его срабатывание.

Составление расчетно-конструкционной схемы (рис. 1) и вывод основных расчетных зависимостей базируется на:

1) анализе конструкции ограничителя скорости с инерционным роликом и восьмигранным диском фирмы Schindler;

2) расчетно-конструкционной схеме ограничителя скорости с инерционным роликом четырехгранным диском с нижним расположением приводного рычага [2] и описании принципа работы ограничителя скорости с инерционным роликом и восьмигранным диском [3];

3) уравнениях равновесия сил, действующих относительно оси вращения рычага [2].

Расчетно-конструкционная схема ограничителя скорости с инерционным роликом: 1 - канат; 2 - шкив; 3 - восьмигранный диск; 4 - ролик; 5 - рычаг; 6 - зуб рычага; 7 - упор; 8 - пружина; 9 - регулировочные отверстия пружины; 10 - опорная рама; и - сила тяжести и сила инерции ролика, направление которой определяется фазой его колебания; - сила сжатия пружины; , и - постоянные расстояния от оси рычага; - плечо силы тяжести ролика от оси вращения рычага; и - максимальное и минимальное значение радиуса положения ролика на поверхности восьмигранного диска; и - длина пружины в состоянии начального сжатия и ее упругая деформация, соответствующая моменту сцепления зуба рычага с упором шкива

ограничитель автоматический центробежный вращение

Основу конструкции ограничителя скорости с инерционным роликом составляет шкив 2, свободно вращающийся на оси, закрепленной в опорной раме 10. На задней стороне шкива имеется восьмигранный диск 3 со скругленными вершинами, по поверхности которого катится ролик 4 с резиновым ободом. Ролик установлен на конце равноплечего качающегося рычага 5, противоположный конец которого выполнен в форме зуба 6. На торцевой части восьмигранного диска 3 имеются упоры 7 клиновидной формы.

Ролик прижимается к ободу восьмигранного диска усилием предварительно сжатой пружины 8 так, что при вращении шкива с номинальной скоростью он следит за его поверхностью, совершая вынужденные кинематические колебания относительно оси рычага. Сила начального натяжения пружины уравновешивает действие силы тяжести ролика и действие инерционной силы при номинальной частоте вращения.

При аварийном превышении скорости, под действием сил инерции, ролик 4 отрывается от поверхности диска и зуб 6 сцепляется с упором 4, останавливая шкив. Работа ограничителя контролируется выключателем, который приводится в действие в момент сцепления зуба 6 с упором 7. Контроль достаточности сил сцепления каната с ободом шкива ограничителя скорости осуществляется путем нажатия на специальный кронштейн, закрепленный на рычаге со стороны ролика. Зуб 6 сцепляется с упором 7 и останавливает шкив. Все происходит так, как и при нажатии на подвижный упор ограничителя скорости центробежного типа.

При равномерном вращении шкива ограничителя скорости ролик совершает кинематические колебания, перекатываясь по поверхности восьмигранника. Рычаг совершает угловые колебания относительно неподвижной точки О.

Пусть закон изменения перемещения ролика может быть описан некоторой зависимостью от времени :

, м, (1)

Тогда скорость колебаний ролика:

, м/с, (2)

Ускорение колебаний ролика:

, м/с². (3)

Сила инерции ролика имеет направление противоположное ускорению и в любой момент может быть рассчитана:

, Н, (4)

где - масса ролика, кг.

Очевидно, что максимальное значение силы инерции, отрывающей ролик от поверхности восьмигранника, имеет место в момент максимальной амплитуды перемещения ролика. Следовательно, сила предварительного сжатия пружины для номинальных оборотов шкива должна определяться для момента, когда ролик находится на вершине восьмигранника с учетом уравновешивания силы тяжести ролика.

Исходя из предположения, что плечи рычага взаимно уравновешены, определим силу предварительного сжатия пружины при амплитудном значении силы инерции:

- при номинальной скорости:

: , Н, (5)

где - сила тяжести ролика, Н; - угловое перемещение рычага при перемещении ролика из исходного положения на плоской грани на вершину диска, град.; - величина ускорения при номинальной скорости движения кабины ; - диаметр рабочего ручья шкива, м.

- при предельной скорости:

, Н, (6)

где - угол отклонения рычага при предельном ускорении ролика, когда зуб сцепляется с упором; - ускорение при предельной скорости движения кабины .

Рабочая деформация пружины при изменении инерционной силы от номинального до предельного значения может быть определена для крайних положений ролика в зависимости от конструкции рычажной системы.

Пружину подбирают по жесткости:

, Н/м. (7)

После этого пружину рассчитывают на прочность.

Следует отметить, что в реальной конструкции плечи рычага не уравновешены. Это очевидное конструктивное решение - при разрушении пружины, чтобы избежать аварийной ситуации, рычаг должен самозамкнуться на упоре диске.

Уравнение движения ролика может быть получено на основе аппроксимации кривой поверхности восьмигранного диска. Это удобно выполнить с использованием соответствующих программных продуктов.

Приведенные выше соображения могут быть положены в основу расчета ограничителя скорости с инерционным роликом.

Литература

ограничитель автоматический центробежный вращение

1. ГОСТ Р 53780-2010 (ЕН 81-1:1998, ЕН 81-2:1998). Лифты. Общие требования безопасности к устройству и установке. - М.: Стандартинформ, 2010. 152 с.

2. Лифты. Учебник для вузов /под общей ред. Д.П. Волкова. - М.: изд-во АСВ, 1999. 480 стр. с ил.

3. Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. Монография. Третье издание. - М.: Издательство АСВ, 2005. 336 с.

4. Баранов А.П., Голутвин В.А. Подъёмники. - Тула: издательство ТулГУ, 2004. - 150 с.

5. Корнеев Г.К., Коротов М.Г., Моцохейн И.С., Жданов Б.В. Лифты пассажирские и грузовые. - М.: Машгиз, 1958. 567 с.

6. ПБ 10-558-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов. - М.: ПИО ОБТ, 2003. 74 с.

Размещено на Allbest.ru