نمذجة وتحليل أقواس دليل السكك الحديدية وربط الأجزاء

بواسطة سيركان المالي، آدم كاندا ¸ s، إيرين كاياو ˘g لو، سي إرديم إمراك، سيفا تارغيت

تم تقديم هذه الورقة في الولايات المتحدة الأمريكية 2012 ، المؤتمر الدولي لتقنيات النقل العمودي ونشر لأول مرة في كتاب IAEE Elevator Technology 19 ، الذي حرره A. Lustig. إنها إعادة طبع بإذن من الرابطة الدولية لمهندسي المصاعد (موقع الكتروني: www.elevcon.com). هذه الورقة هي إعادة طباعة دقيقة ولم يتم تحريرها بواسطة ELEVATOR WORLD.

الكلمات المفتاحية: القضبان الدليلية، أقواس السكك الدليلية، طريقة العناصر المحدودة

الملخص

تحتوي جميع أنواع المصاعد على قضبان توجيه لتوجيه السيارة وثقل الموازنة في سيرها العمودي وإيقاف السيارة وإمساكها عند تطبيق معدات السلامة وهي الأكثر أهمية من حيث سلامة المصعد. يتم وضع أقواس سكة التوجيه على مسافات منتظمة من بعضها البعض على طول السكة لربط السكة بالعمود، كما يتم ربطها أيضًا بدليل السكة والعمود بمساعدة أجزاء متصلة (المشابك والمسامير). في هذه الدراسة، تم تصميم أقواس سكك التوجيه والأجزاء المرتبطة بتثبيت سكك التوجيه لتحليل العناصر المحدودة. تم إجراء تحليل الإجهاد والانحراف لأقواس سكة التوجيه لظروف تحميل مختلفة ونقاط تطبيق قوى مختلفة بين قوسين للسكك الحديدية.

1. مقدمة

تحتوي جميع أنواع المصاعد على قضبان توجيه لتوجيه السيارة وثقل الموازنة في سيرها العمودي وإيقاف السيارة وإمساكها عند تطبيق معدات السلامة وهي الأكثر أهمية من حيث سلامة المصعد. يتم وضع أقواس سكة التوجيه على مسافات منتظمة من بعضها البعض على طول السكة لربط السكة بالعمود، كما يتم ربطها أيضًا بدليل السكة والعمود بمساعدة أجزاء متصلة (المشابك والمسامير). في هذه الدراسة، تم تصميم أقواس سكك التوجيه والأجزاء المرتبطة بتثبيت سكك التوجيه لتحليل العناصر المحدودة. تم إجراء تحليل الإجهاد والانحراف لأقواس سكة التوجيه لظروف تحميل مختلفة ونقاط تطبيق قوى مختلفة بين قوسين للسكك الحديدية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم جهاز الاختبار لتحليل الإجهاد التجريبي للمشابك والمسامير أثناء تطبيق ظروف تحميل مختلفة.

قضبان توجيه المصعد هي مكونات أنظمة المصعد التي تحدد المسار الذي تسير عليه المصعد (Targit, 2002). في ظل الظروف العادية، تحدد قضبان التوجيه ببساطة مسارات المصعد التي تسير عليها المصاعد ويفترض أنها بمنأى عن الأحمال والقوى المفروضة على عربات المصعد (Demirsoz et al, 2005). أثناء سير المصعد، ستكون القوى منخفضة نسبيًا، خاصة إذا كانت السيارة متوازنة بشكل جيد وتم توزيع الحمل بشكل جيد.

الأحمال الأخرى التي تمارس على القضبان ستكون من تشغيل معدات السلامة في ظل ظروف الطوارئ (Targit، 2002). يمكن أن تكون الأحمال المبذولة عالية جدًا، اعتمادًا على نوع معدات السلامة (Imrak et al 2006).

من الناحية العملية، يتم تثبيت قضبان التوجيه للسيارة بطريقتين مختلفتين، في الجزء العلوي من البئر (سكة التوجيه المعلقة) أو عند الحفرة ويتم وضع أقواس قضبان التوجيه على مسافات منتظمة من بعضها البعض على طول السكة لدعم السكة (كوك وآخرون، 2010). تعد أحمال التواء التي تتعرض لها أجهزة السلامة التي تعمل على قضبان التوجيه من المعلمات المهمة في حسابات قضبان التوجيه. الحمل العمودي (F_k) يجعل مشبك سكة التوجيه في حالة تشغيل جهاز الأمان التنازلي عندما يتم تثبيت قضبان التوجيه في الحفرة. في هذه الحالة، لا تتعرض أقواس سكة التوجيه ومشابك تثبيت السكة لأحمال شديدة نظرًا لوجود أحمال التواء رأسية في الحفرة (Kiral et al, 2004).

تم إجراء دراسات بحثية كبيرة حول حوامل ومشابك قضبان توجيه المصعد (Koc et al 2010; Kiral et al 2004). قام Koc بفحص تحليل الإجهاد لأقواس السكك الحديدية التوجيهية لتوزيع الأحمال المختلفة في مواقف التشغيل المختلفة. قامت كيرال بدراسة مجموعة سكة التوجيه وكتيفة سكة التوجيه لمختلف حالات التحميل المحتملة المحددة في معيار EN 81-1:1998.

في هذه الدراسة، تم إجراء حسابات الإجهاد والتشوه لسكة التوجيه (T90) وفقًا لمعيار EN-81 أثناء تشغيل معدات السلامة. تم تصميم نموذج السكك الحديدية وأقواس السكك الحديدية والمشابك وتم تنفيذ نموذج العناصر المحدودة لتجميع السكك الحديدية. تم إجراء تحليل إجهاد العناصر المحدودة لأقواس ومشابك سكة التوجيه من خلال أخذ القوى المرجعية في حسابات سكة التوجيه. الدراسات حول هذا الموضوع، وخاصة حول أقواس السكك الحديدية، ليست كافية في الأدب. وتهدف هذه الدراسة إلى التغلب على أوجه القصور الموجودة مع الأخذ في الاعتبار بعض الدراسات التي أجريت سابقا.

2. دليل قوس السكك الحديدية

من أجل سفر آمن وسلس ومريح، تعد أقواس السكك الحديدية أهم المكونات إلى جانب قضبان التوجيه. تُستخدم أقواس سكك التوجيه لتثبيت سكك التوجيه على الحائط وعادةً ما يتم تصنيعها عن طريق ثني الصفائح المعدنية. أثناء تجميع قضبان التوجيه لأقواس السكك الحديدية، يتم استخدام أنواع مختلفة من المشابك (Koç, 2009).

على الرغم من عدم وجود معايير متاحة حاليًا لحساب المشابك والأقواس، فمن الضروري مراعاة عمل معدات السلامة وخاصة القوى المتولدة بين المشبك وسكة التوجيه بسبب تسوية المبنى والتوسعات الناجمة عن التغيرات في درجات الحرارة. يعتمد اختيار نوع الحامل على المشبك المستخدم، نظرًا لأن الضغوط الموجودة في الحامل ترتبط بمعامل الاحتكاك بين المشبك وسكة التوجيه (Sanz et al, 2008).

يعد تصميم دعامة السكك الحديدية والمشبك أمرًا مهمًا لأن هذه العناصر توفر وسيلة لتثبيت القضبان في المحاذاة. بالنسبة للمنشآت منخفضة الارتفاع، يمكن استخدام المشابك الفولاذية المطروقة لتثبيت القضبان بشكل جامد. للتركيب على ارتفاع أعلى من 20 مترًا، يُفضل استخدام المشابك الزنبركية لأنها تسمح بضغط المبنى. جميع المباني تتوسع وتتقلص وتتحرك إلى حد ما ويجب الحفاظ على محاذاة السكك الحديدية التي تم الحصول عليها أثناء التثبيت الأولي أثناء حدوث ذلك. مرة أخرى، كلما ارتفع المبنى وزادت سرعة المصعد، أصبح هذا الجانب أكثر أهمية (دليل CIBSE D).

أثناء التثبيت، يجب نقل حاجز التوجيه إلى موضع التثبيت المناسب قبل تثبيت الأقواس لتثبيت حاجز التوجيه في مكانه. غالبًا ما تدور الأقواس مع حركة سكة التوجيه مما يتسبب في التواء غير مرغوب فيه وقفل المشابك على سكة التوجيه. علاوة على ذلك، فإن حركة سكة التوجيه من أجل المحاذاة والتعويض عن عدم الاتساق في سكة التوجيه لا يمكن استيعابها بسهولة مع مشابك السكك الحديدية التقليدية. وبناءً على ذلك، فمن المرغوب فيه تطوير وتصميم شريحة تثبيت قابلة للتعديل لتلائم قضبان التوجيه ذات الأحجام المختلفة، والتي يمكن تثبيتها بشكل متحرك على سكة التوجيه للمساعدة في التثبيت داخل الرافعة (Koc وآخرون، 2010).

3. نموذج العناصر المحدودة

في هذه الدراسة، تم إجراء حساب السكك الحديدية التوجيهية للمصعد من خلال أخذ عينة من مشروع المصعد كمرجع. تم حساب القوى المؤثرة على القضبان التي تطبقها زلاجات المقصورة وفقًا للمبادئ المحاسبية في معيار TS EN81-1. تم استخدام حسابات من قوى السكك الحديدية التوجيهية وقيم الإجهاد والانحراف كشروط حدودية لتحليل العناصر المحدودة لأقواس السكك الحديدية. من أجل تحليل السلوك الثابت لقضبان التوجيه وأقواس السكك الحديدية أثناء إدخال معدات السلامة، تم تقديم معلمات التجميع المتعلقة بالمقصورة وقضبان التوجيه في الجدول 1 (Elmalı, 2011).

طريقة العناصر المحدودة هي إجراء عددي يمكن تطبيقه للحصول على حلول لمجموعة متنوعة من المشاكل في الهندسة. لا يمكن الحصول على التنبؤ الدقيق للضغوط التي تتعرض لها قضبان التوجيه إلا من خلال تطبيق تقنيات الهندسة الحسابية. تشكل حلول العناصر المحدودة لتوجيه السكة والأقواس بشكل أساسي مقاربات ثابتة ثنائية الأبعاد للضغوط (Moaveni، 1999).

بعد حساب قضبان التوجيه، سيتم إجراء وتفسير تحليل إجهاد العناصر المحدودة لأقواس السكك الحديدية. من النمذجة إلى نتائج التحليل، تم استخدام العديد من البرامج. وتظهر هذه البرامج والمراحل في الشكل 1.

تم إنشاء شبكة العناصر المحدودة لقضبان التوجيه ومثبتات السكك الحديدية المصممة في Solidworks في Hypermesh. يبلغ الطول الإجمالي للسكة 5000 مم والمسافة بين أقواس السكة 2000 مم. تم في هذه الدراسة استخدام النموذج الكامل (القوسين العلوي والسفلي) بدلاً من النموذج النصفي (القوسين العلوي أو السفلي فقط) مقارنة بالدراسات السابقة. لم يكن من الضروري إنشاء شبكة عناصر محدودة من الصواميل والمسامير لأن الشروط الحدودية للمسامير سوف تحدد أثناء التحليل.

أثناء إنشاء نموذج العناصر المحدودة للقضبان، تم استخدام عناصر المنشور المستطيلة ذات 8 نقاط عقدية وعناصر المنشور المثلثي ذات 6 نقاط عقدية. تم توضيح عدد وأنواع العناصر المستخدمة في النموذج في الجدول 2 (Elmalı, 2011).

في هذه الدراسة، تم اختيار مادة سكة التوجيه وقوس سكة التوجيه اعتمادًا على سكة التوجيه والسكك الحديدية الآمنة في علامة التبويب على أنها فولاذ St37. تم تعريف مرونة مادة St37 في برنامج Hypermesh. القيم المدخلة للبرنامج لهذا التعريف؛

• الخصائص المادية: الخواص الخطية
• معامل المرونة: 2,1 × 10⁵ N / مم²
• معدل بواسون: 0,3

إذا تحركت أجزاء التجميع أثناء التحليل أو أظهر كل جزء سلوكًا مختلفًا أثناء التحليل، فيجب تحديد خصائص الاتصال بين الأجزاء. من أجل تحديد التفاعل بين الأجزاء غير المتصلة التي تعمل معًا، تم اختيار جميع العناصر وتحديد خاصية "الاتصال" بينها. بعد وصف معامل الاحتكاك بين الأجزاء، تؤخذ خاصية الاحتكاك بعين الاعتبار.

يتم إعطاء الشروط والأحمال الحدودية في برنامج Patran وهو واجهة برنامج Nastran لحل العناصر المحدودة. في هذا النموذج، تم تطبيق 3 شروط حدودية مختلفة. هؤلاء هم:

أ) في هذه الدراسة، من المفترض أن تكون قضبان التوجيه مدعومة في الجزء السفلي من عمود المصعد. لهذا السبب، تم تثبيت سكة التوجيه المستخدمة في التجميع كدعم مثبت من الأماكن المتصلة بلوحات التوصيل (من فتحات المسامير).

ب) تم تعريف وصلة الترباس بين أقواس السكك الحديدية وعلامات التبويب بعناصر صلبة. وبالمثل، تم تعريف وصلة الترباس بين الأقواس بعناصر صلبة.

ج) في هذه الدراسة، تم تعريف سطح الدعامة، التي تم تثبيتها على سطح الجدار، على أنها مثبتة لأن الدعامات كانت مثبتة على جدار البئر عن طريق اللحام.

معظم الأنظمة الهيكلية ذات التشوهات الصغيرة (لا يتغير اتجاه القوة المطبقة اعتمادًا على تشوه الجزء)، والمواد المرنة (لا يتم ملاحظة تشوه البلاستيك) والأحمال الثابتة (لا تتغير اعتمادًا على وقت التحميل) يمكن حلها عن طريق التحليل الثابت الخطي. ووفقاً لهذا التعريف تم اختيار التحليل السكوني الخطي لحل هذا النظام.

4. النتائج العددية والحاسوبية

الضغوط والانحرافات على سكك التوجيه، والتي يمكن استخدامها لتركيب نظام مصعد بسعة 10 ركاب في مبنى مكون من 16 طابقًا، محسوبة وفقًا لمعيار EN 81-1. تم إجراء حسابات السكك الحديدية لحالة عمل مجموعة المظلة من أجل وضع المقصورة الموجهة مركزيًا والمعلقة. تم استخدام نظام المظلة بكبح الانزلاق لنظام المظلة. لا يوجد جهاز لمساعدة القضبان التوجيهية. في هذه الدراسة، يتم عرض حالة المقصورة الموجهة مركزيًا والمعلقة والأبعاد ذات الصلة في الشكل 3 (Imrak et al, 2008b).

لتحليل توزيع الإجهاد والانحرافات في دعامة ومشابك سكة التوجيه، تم اختيار برنامج NASTRAN كأداة لتحليل العناصر المحدودة. من خلال تحليل نموذج العناصر المحدودة، والذي تم إعطاء شروطه الحدودية والأحمال في برنامج واجهة باتران، تم الحصول على قيم الاجهادات والانحرافات على أقواس قضبان التوجيه في ناستران. يتم دعم سكة التوجيه في النهاية السفلية في الحفرة ويتم وضع أقواس سكة التوجيه على مسافات منتظمة من بعضها البعض على طول سكة التوجيه (Janovsky، 1999). بالنسبة لسجل حمولة المقصورة الذي يبلغ وزنه 800 كجم، مسافة 200 مم بين مركز ثقل سجل الحمولة ومحور السكة الحديدية، وتأثير النقطة المتوسطة لمعدات السلامة على وضع السكة الحديدية، وتظهر قيم الضغط على أقواس سكة التوجيه في الشكل 4، وقيم ويظهر انحراف في الشكل 5.

أعلى قيمة للإجهاد كانت 44,1 ميجا باسكال وكانت عند نقطة قريبة من نقاط تثبيت المزلاج على الأقواس السفلية. وبشكل مشابه لهذا، شوهدت ضغوط عالية بشكل عام في منطقة قريبة من نقاط تثبيت الترباس. كانت قيمة الانحراف القصوى 0,367 مم وتم رؤيتها على الدعامة السفلية المتصلة بالسكة. لم تكن نقاط الانحراف القصوى على الأقواس السفلية وعلى الأقواس العلوية عند نفس النقاط. كانت متناظرة. لأن قوى رد الفعل المؤثرة على الأقواس نتيجة انبعاج السكة وثني السكة متعارضة.

تم تكرار التحليل لأحمال المقصورة المختلفة والمسافات المختلفة بين مركز ثقل سجل الحمولة ومحور السكة الحديدية. تم إعطاء نتائج هذا التحليل وقيم الضغط القصوى في الأسفل وعلى الأقواس العلوية في الشكل 6 والشكل 7 مقارنة ببعضهما البعض.

تم إعطاء الحد الأقصى لانحراف قيم القوس السفلي والقوس العلوي في الشكل 8 والشكل 9 على التوالي مقارنة ببعضهما البعض أيضًا.

كما يمكن فهمه في الرسوم البيانية أعلاه، مع زيادة المسافة بين مراكز ثقل سجل حمولة المقصورة ومحور السكة، تزداد قيم انحراف نهاية الإجهاد. كما هو متوقع، تتعزز قيم الضغط والانحراف مع زيادة سجل حمولة المقصورة.

5. اختتام

في هذه الدراسة، تم فحص الضغوط والانحرافات لقضبان التوجيه بالطريقة العددية، من ناحية أخرى، تم فحص أقواس السكك الحديدية التي تستخدم لدعم القضبان إلى الجدار بطريقة العناصر المحدودة. من أجل إظهار تأثيرات إزاحة المحور تم إعطاء مثال. في هذه الحالة، يتم فحص 2000 مم من المسافة الرأسية بين أقواس سكة التوجيه في سكة التوجيه T70/B للمقارنة، وتنتج طريقة العناصر المحدودة كما هو موضح في إزاحات المحاور المختلفة في الأشكال. تزداد قيم الاجهادات والانحرافات التي تم الحصول عليها من Nastran مع زيادة المدى (xQ). بالإضافة إلى ذلك، شوهدت ضغوط عالية عند نقاط تثبيت البراغي. لم تكن نقاط الانحراف القصوى على الأقواس السفلية والعلوية عند نفس النقاط؛ لكنها كانت متماثلة. لأن قوى رد الفعل المؤثرة على الأقواس نتيجة انبعاج السكة وثني السكة متعارضة.

شكر وتقدير

يعد هذا البحث جزءًا من عمل مشروع "نمذجة وتحليل ركائز سكك دليل المصعد في ظل ظروف التحميل الديناميكي" بتمويل من صندوق أبحاث الاتحاد الدولي للاتصالات.

المراجع
ديميرسوس، آر، إمراك، سي إي، تارجيت، س. (2005). تحليل العناصر المحدودة
قضبان توجيه المصعد أثناء تشغيل معدات السلامة، تكنولوجيا المصاعد 15، Proc. من ELEVCON' 2005، الصفحات من 41 إلى 50.
إلمالي، س (2011). "تحليل الإجهاد لمثبتات قضبان التوجيه"، رسالة ماجستير، جامعة إسطنبول التقنية، إسطنبول.
إمراك، سي إي، بوزداغ، إي.، سنبلوغلو، إي.، توبراك، تي.، تارجيت، إس. (2006). تحليل الإجهاد التجريبي لقضبان التوجيه، تكنولوجيا المصاعد 16، Proc. من ELEVCON' 2006، الصفحات من 111 إلى 119.
إمراك، سي إي، بدير، س.، تارغيت، س. (2008أ). التحقيق في الضغوط على القضبان التوجيهية وتروس السلامة، تكنولوجيا المصاعد 17، Proc. من ELEVCON' 2008، الصفحات من 111 إلى 119.
إمراك، سي إي، بدير، س.، كايا أوغلو، إي. (2008 ب). نمذجة العناصر المحدودة
وتحليل الإجهادات على القضبان التوجيهية أثناء تشغيل معدات السلامة، ندوة في ميكانيكا الهياكل النحيلة MoSS 2008، بالتيمور، الولايات المتحدة الأمريكية.
جانوفسكي ، إل (1999). Elevator Mechanical Design، الطبعة الثالثة، Ellis Horwood Publ.، London، 322 pp.
Kiral, Z., Tavaslioglu, S. (2004)، التحليل بمساعدة الكمبيوتر لأقواس التوجيه في حالات التحميل المختلفة بما في ذلك تشغيل جهاز السلامة، تكنولوجيا المصعد 14، Proc. من ELEVCON' 2004، ص 155-162..
كوتش، إس، إمراك، سي إي، تارغيت إس. (2010). معلمات التصميم وتحليل الإجهاد
من بين قوسين السكك الحديدية دليل المصعد، تكنولوجيا المصاعد 17، بروك. من ELEVCON' 2008، الصفحات من 177 إلى 185.
مافيني ، س. (1999). تحليل العناصر المحدودة: النظرية والتطبيق مع ANSYS ، برنتيس هول ، نيو جيرسي.
سانز، جيه، فرنانديز، جي إي، (2008). أهمية مسار الركوب في سلامة المصاعد، تكنولوجيا المصاعد 17، Proc. من ELEVCON' 2008، الصفحات من 343 إلى 353
Targıt، S. (2002). قضبان دليل المصعد ، التثبيت والمحاذاة ، Elevator World سبتمبر 2002 ، ص 102-105.