محركات بدون تروس: محمل أسطواني كروي مختوم مع أداء محسّن

يصف هذا المنتج Spotlight التحسينات المتعددة للمحمل ، المعين الآن بلاحقة -RS.

تم تقديم هذه الورقة في  مدريد 2016 ، المؤتمر الدولي لتقنيات النقل العمودي ، ونشر لأول مرة في كتاب IAEE تكنولوجيا المصاعد 21، الذي حرره A. Lustig. إنها إعادة طبع بإذن من الرابطة الدولية لمهندسي المصاعد  (الموقع: www.elevcon.com).

مثبتة في أحدث آلات الجر بدون تروس في العالم ، محامل أسطوانية كروية مختومة من SKF (ELEVATOR WORLD، فبراير 2016) تدعم الجوانب المتأصلة في توفير الطاقة والفضاء لمحركات المصاعد هذه. مقارنةً بمحامل الجيل السابق ، يمكن للمحامل الجديدة محكمة الغلق أن تقلل من احتكاك المحامل بنسبة تصل إلى 20٪ وتساهم في تقليل استهلاك طاقة المبنى. مع تصميم الختم الجديد هذا ، تعمل المحامل على تقليل درجات حرارة التشغيل بشكل كبير ، مما يؤدي إلى سرعة محدودة تصل إلى ضعف سرعة التصميمات السابقة. نظرًا لإمكانية تشغيل المبرد ، يمكن أن تصل فترات إعادة التشحيم إلى ضعف المدة ، اعتمادًا على ظروف التشغيل ، مما يقلل من استهلاك الشحوم أو حتى تمكين الحلول الخالية من إعادة التشحيم ، مما يقلل بشكل أكبر من التأثير البيئي للمحرك وتكاليف الصيانة.

المُقدّمة

في تشييد المباني الجديدة ، ينتقل مصنعو المصاعد إلى تصميمات ماكينات الجر بدون تروس والتي تتيح سرعات عالية وكفاءة أكبر في استخدام الطاقة في حل أكثر إحكاما. يمثل تصميم MRL أكثر من نصف وحدات المصاعد الجديدة ويسيطر على السوق.

محمل الأسطوانة الكروية SKF ، كما هو موضح في الشكل 1 ، قادر على تلبية احتياجات مصنعي المصاعد وآلات الجر. باستخدام نوع محمل أسطواني بدلاً من محمل كروي ، فإنه يسمح لمصممي المحركات بزيادة قدرة حمل الحمولة لآلاتهم بدون تروس ، مع الحفاظ على ترتيب المحمل أو حتى تقليص حجمه.

شهدت السنوات الأخيرة أيضًا تطورًا في تطوير أنظمة التعليق. مثالان على ذلك هما حبل الأراميد من شندلر والحزام المسطح من أوتيس. تتميز هذه المنتجات بخصائص ثني مختلفة ونصف قطر ثني أصغر مقارنة بحبال أسلاك الفولاذ التقليدية. كان لهذا تأثير مباشر على نسبة الانحناء بين الحزم والحبل ، مما سمح باستخدام الحزم الأصغر ، وبالتالي زيادة سرعة محركات جر المصعد.

يتمثل الاتجاه الأحدث لمصنعي المصاعد في تحسين مجموعة آلات الجر بدون تروس ، على غرار نهج "مقاس واحد يناسب الجميع". يتمثل النطاق الرئيسي في إضافة المرونة في التطبيق باستخدام ، على سبيل المثال ، نفس المحرك لتغطية نطاق أوسع من السرعة عند التحميل الثابت ، أو حتى نفس المحرك لتغطية نطاقات أوسع من السرعة والحمل.

كلا الاتجاهين المذكورين أعلاه يمكن أن يكون لهما تأثير كبير على وظيفة وأداء المحمل.

يتميز استخدام وحدات البكرات الكروية المختومة التي تدعم المحاذاة غير الصحيحة وانحراف العمود بحالة تشغيل ملامسة الخط ، بدلاً من نقطة التلامس للمحامل الكروية. هذا يجعل محمل البكرة الكروية الحل الأمثل من حيث الاكتناز وقدرة تحمل الحمولة. ومع ذلك ، فإن زيادة سرعة المحرك يمكن أن يكون له التأثيرات التالية:

• زيادة الاحتكاك مما قد يزيد من استهلاك الطاقة
• زيادة درجة حرارة المحمل ، والتي يمكن أن تقصر من عمر التحمل
• الوصول إلى سرعة الحد من تحمل

تطوير تصميم الختم الجديد

كان النطاق الرئيسي للبحث والتطوير الذي تم إجراؤه بالتعاون مع قسم حلول الختم SKF ومركز تطوير SKF للمحامل ذاتية المحاذاة هو إنشاء تصميم جديد يهدف إلى تحسين احتكاك الختم والتثبيت ، مع الحفاظ على خصائص الختم الرئيسية ، مثل قدرة الختم و احتباس الشحوم. من خلال تقليل الاحتكاك ، تحسن أداء المنتج من حيث عمر مواد التشحيم ، والحد من السرعة واستهلاك الطاقة.

تم تحديد معايير التصميم بوضوح في بداية المشروع. بدءًا من هذا الأساس ، قامت SKF Sealing Solutions بتحسين تصميم حافة الختم وفقًا لذلك عن طريق تحليل مختلف ، مثل نموذج العناصر المحدودة. يوضح الشكلان 2 و 3 نتائج النمذجة لضغط ملامسة الشفة وإجهاد الختم.

تسمح موازنة العديد من المعلمات بتحسين شكل حافة الختم للحفاظ على قدرة الختم وتقليل الاحتكاك. سيؤدي خفض الاحتكاك إلى تقليل درجة حرارة تشغيل المحمل ، وبالتالي تحسين عمر الشحوم والعمر الإجمالي لمكون المحمل.

بصرف النظر عن تحسين شكل وضغط حافة الختم ، كان لا بد من إعادة تصميم رأس الختم نفسه وشكل أخدود الحلقة الخارجية. قررت SKF تقديم تصميم ثلاثي الشفة غير مرتبط بأي عملية لتشكيل المعادن. تم الاتصال بين الأخدود والختم عن طريق اتصال المطاط بالمعدن. تم إجراء العديد من التكرارات لضبط الحل النهائي. تم إنشاء نموذج متحفظ واستخدامه ، مع الأخذ في الاعتبار عامل الأمان 2. في الخطوة الثانية ، تم تحديد متطلبات الاحتفاظ للتحقق من صحة تصميم رأس الختم وأخدود الحلقة الخارجية.

عند تطوير نوع الختم الجديد ، قامت SKF أيضًا بتوحيد تصميم حافة السداد ، بدءًا من ثلاثة تصميمات مختلفة (مع اللاحقة "–CS") إلى تصميم واحد فقط (مع اللاحقة "-RS") ، كما هو موضح في الشكل 4.

ينتج عن هذا التغيير تحسين القدرة الإنتاجية وتقليل عدد المتغيرات والمكونات في الإنتاج. علاوة على ذلك ، فإن استخدام تصميم إرساء أحادي الختم سيقلل أيضًا من أنواع التثبيت وتنوع التثبيت عند تجميع رأس الختم في أخدود الحلقة الخارجية.

تصميم -RS الجديد صالح لمجموعة محامل البكرات الكروية الصغيرة المختومة التي يبلغ قطر تجويفها بشكل أساسي بين 25 و 120 ملم. بالنسبة لقطر التجويف الأكبر ، سيظل تصميم -CS هو المعيار للإصدارات المختومة من محامل الأسطوانة الكروية.

اختبار التحقق والنتائج

يمكن العثور على نظرة عامة حول التحقق من صحة الاختبار في الجدول 1.

اختبار الاحتكاك

تم إجراء اختبار الاحتكاك على الأختام فقط. كان النطاق هو النظر إلى تأثير تصميم الختم الجديد مقارنةً بالتصميم الحالي.

تم تحديد سرعات الحد الجديدة بناءً على نتيجة اختبار احتكاك الختم. تعتمد الحدود الجديدة على حجم الختم وترتبط بحد أقصى جديد لسرعة شفة الختم يبلغ 10 ميجابت في الثانية. يوضح الشكل 5 الاحتكاك النسبي بين تصميمات -CS و -RS عند 200 دورة في الدقيقة وبسرعة محدودة لإحدى عينات الاختبار.

يقلل التصميم الجديد لمانع التسرب من الاحتكاك بنسبة تصل إلى 50٪ على الختم فقط.

تم التحقق من صحة تقليل الاحتكاك على المحمل الكامل أيضًا عن طريق الحساب. الشكل 6 هو مثال على الحساب الذي تم إجراؤه.

يمكن تقليل احتكاك المحمل بنسبة تصل إلى 20٪.

تم إجراء اختبارات درجة حرارة إضافية على منصات الاختبار على المحامل الكاملة للحصول على رؤية أفضل للفوائد في التطبيق. تم تطبيق حمولة C / P = 10 (حيث C هو تصنيف الحمل الديناميكي الأساسي للمحمل بالكيلونيوتونس و P هو حمل المحمل الديناميكي المكافئ بالكيلونيوتونس) على المحامل. تم إجراء الاختبارات بسرعات مختلفة. اختبار السرعة النموذجي هذا قادر على إظهار تأثير الاحتكاك المنخفض بسرعات مختلفة ؛ النتائج موضحة في الشكل 7.

يمكن تقليل درجة حرارة تشغيل المحمل حتى 20 درجة مئوية حسب ظروف التطبيق. سيؤثر هذا التقليل بشكل إيجابي على عمر الشحوم ومن المحتمل أن يتضاعف حتى مرتين.

قدرة الختم

للتأكد من أن تصميم الختم الجديد يحافظ على نفس ميزة استبعاد الملوثات مثل التصميم الحالي ، تم إجراء اختبار غبار نموذجي في ولاية أريزونا. مواصفات الاختبار هي كما يلي:

• سرعة: ثلث السرعة المحددة
• نوع الغبار: أريزونا درجة غبار A2 ، حاصلة على شهادة ISO 12103-1
• كمية الغبار: 10٪ من حجم الغرفة
• مدة الاختبار: 168 ساعة.
• تسلسل الاختبار: تشغيل 8 ساعات ، توقف 16 ساعة.

يوضح استنتاج الاختبار أنه يتم الحفاظ على قدرة الختم الخاصة بالتصميم الجديد.

احتباس الشحوم

تم تقييم احتباس الشحوم في اختبارين مختلفين: اختبار دوران الحلقة الخارجية واختبار السرعة العالية.

تم اختبار ثلاثة أحجام مختلفة من المحامل وتقييم تسرب الشحوم. تظهر النتيجة الحفاظ على احتباس الشحوم ، مع ملاحظة كمية تسرب الشحوم تحت 1 جم.

القدرة على الاختلال

المحاذاة الحالية المسموح بها لمحمل الأسطوانة الكروية ذات المحاذاة الذاتية هي 0.5 درجة. نظرًا لاختلاف ملف تعريف الختم الجديد ، كان من الضروري التحقق من الحفاظ على قدرة المحاذاة الخاطئة. تم إجراء التحقق من الصحة عن طريق الحساب والاختبار للتحقق من الأداء. تظهر النتائج أن قدرة المحاذاة الخاطئة يتم الحفاظ عليها بحد أقصى 0.5 درجة.

مرسى الختم

تم إجراء ثلاثة اختبارات مختلفة كما هو موضح في الشكل 8 لضمان تثبيت الختم الأمثل لرأس السداد في أخدود الحلقة الخارجية.

عزم الدوران للخارج

أثناء المناولة ، يمكن أن يرى المحمل اختلالًا في المحاذاة يزيد عن 0.5 درجة. يتمثل نطاق هذا الاختبار في التحقق من تأثير القوة التي يمكن أن يتعرض لها الختم أثناء المناولة العادية ومقارنتها بمعايير قبول SKF. النتائج موضحة في الشكل 9.

يتوافق مرسى الختم الجديد مع معايير قبول SKF.

عزم الاحتفاظ

يتمثل نطاق هذا الاختبار في التحقق من القوى اللازمة لتدوير الختم في الأخدود. للتحقق من التأثير على عزم الدوران ، تم إجراء الاختبارات باستخدام تجويف جاف و / أو شحم و / أو مادة حافظة في الأخدود. مثال على النتائج موضح في الشكل 10.

يتوافق مرسى الختم الجديد مع معايير قبول عزم الاحتفاظ بالاحتفاظ SKF.

قوة الدفع

يتم استخدام قوة الدفع كمعيار للتأكد من أنه في حالة امتلاء المحمل بالشحم بشكل زائد ، فلن ينفجر الختم ، ولكن بدلاً من ذلك يطلق الشحم بين الحلقة الداخلية للمحمل وشفاه الختم.

تم دفع الشحم من خلال إحدى الفتحات الموجودة في الحلقة الخارجية للمحمل ، ويتم سد الفتحتين الأخريين. تسربت جميع الشحوم الزائدة بين شفة الختم والحلقة الداخلية ، وبالتالي استوفت معايير قبول SKF من حيث قوة الدفع.

المحصلة

مع التطور الأخير لأنظمة التعليق البديلة التي لها خصائص ثني مختلفة مقارنة بحبال الأسلاك الفولاذية التقليدية ، أنتج سوق المصاعد مفهومًا جديدًا لمحرك جر المصعد باستخدام حزم أصغر ويعمل بسرعة أعلى. علاوة على ذلك ، من أجل تحسين نطاق المحركات التي تعمل بدون تروس ، يهدف مصنعو المصاعد إلى زيادة المرونة في التطبيق مع المحركات التي تغطي نطاقًا أوسع من السرعات والأحمال.

مع الأخذ في الاعتبار كلا الاتجاهين ، كان على SKF تكييف منتجاتها وإضافة المزيد من المرونة في التطبيق. تم تحقيق ذلك من خلال تطوير والتحقق من صحة محمل أسطواني كروي جديد محكم الإغلاق مع أداء محسّن عن طريق تصميم جديد تمامًا لمانع التسرب منخفض الاحتكاك. يتم سرد الميزات التشغيلية الناتجة وفوائد العملاء في الجدول 2.

من خلال تقليل الاحتكاك وربما درجة حرارة التشغيل ، يمكن مضاعفة عمر الشحوم بما يصل إلى اثنين ، وعلى هذا النحو ، تمتد فترات إعادة التشحيم بما يصل إلى ضعف المدة ، مقارنة بالجيل السابق. يؤدي هذا إلى تقليل استخدام الشحوم بشكل كبير - تأثير أقل على البيئة - واحتياجات الصيانة. اعتمادًا على ظروف التشغيل ، يمكن اعتبار معظم التطبيقات مجانية الصيانة.

من حيث توفير الطاقة ، يُترجم تقليل الاحتكاك إلى انخفاض كبير في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. بالنسبة لمحرك جر نموذجي بدون تروس في مصعد للخدمة الشاقة ، فإن استبدال محمل SKF Explorer بتصميم محسَّن حديثًا يمكن أن يخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 2 كجم سنويًا. على مدار 2 عامًا من دورة حياة المحرك ، فإن هذا يضيف ما يصل إلى 100-T. خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

اللاحقة -RS تميز جيل المحامل الجديد وستتعلق بمجموعة منتجات الأسطوانة الكروية الصغيرة التي يتراوح قطر التجويف بين 25 و 120 ملم.

شكر وتقدير

شكر خاص لـ Henrik Wickberg ، SKF AB ، لدعمه خلال مراحل التطوير المختلفة لهذا المشروع.

www.skf.com