وسائل التعليق - معادلة الأحمال لإطالة عمر خدمتهم

تقلل أنظمة محاذاة الحبال الهيدروليكية بشكل كبير من تآكل الحبال في أي نظام مصعد.

تم تقديم هذه الورقة في برلين 2018 ، المؤتمر الدولي لتقنيات النقل العمودي ، ونشر لأول مرة في كتاب IAEE تكنولوجيا المصاعد 22، الذي حرره A. Lustig. إنها إعادة طبع بإذن من الرابطة الدولية لمهندسي المصاعد  (www.elevcon.com).

في السنوات الأخيرة ، تم التعرف على مشاكل متزايدة مع التآكل المفرط لوسائل التعليق على المصاعد ، خاصة في أنظمة الغرف بدون غرفة (MRL). الأسباب عديدة ، لكن توزيع الحمل داخل مجموعة الحبال له أهمية كبيرة. وفقًا للدراسات المعروفة للبروفيسور كلاوس فيرير في جامعة شتوتغارت ، يمكن تقليل عمر مجموعة الحبال بأكملها بنسبة تصل إلى 40٪ إذا انحرف أحد الحبل بنسبة 15٪ فقط عن متوسط ​​قيمة جميع أحمال الحبال في المجموعة. . من خلال استخدام مبدأ فيزيائي معروف منذ فترة طويلة ، تم تطوير جهاز للتثبيت الدائم يمكن بواسطته تعويض أحمال الحبال على النحو الأمثل بدون مصدر طاقة خارجي (حتى أثناء سفر المصعد) في التركيبات الجديدة والقائمة. تتناول هذه المقالة مبدأ التشغيل والتصميم المختار والنتائج على المصاعد المختارة.

المقدمة

أدت التطورات في سوق المصاعد إلى فقدان المصاعد الحالية لصلاحية التقدير المشهود له بالوقت لعمر الحبل بين 10 و 20 عامًا - وهو عمر لم يتحقق سابقًا في حالات سوء الصيانة و / أو التجميع أو المدقع. الظروف المحيطة.

يستمر الطلب على أنظمة المصاعد ذات متطلبات المساحات الصغيرة قدر الإمكان بلا هوادة ، والمزايا للمهندسين المعماريين ومالكي المباني واضحة للغاية. تمتلك هذه الأنظمة ، المصممة بشكل عام كمصاعد جر بدون غرف ماكينات ، العديد من الميزات الخاصة فيما يتعلق بوسائل التعليق:

• التعليق المتعدد (2: 1 أو أعلى)
• أقطار منخفضة للجر
• أقطار أو أحزمة حبل منخفضة ، مما يسمح بانحناء نصف قطر صغير قدر الإمكان

هذه الميزات ، التي تم إنتاجها وفقًا لرغبات العملاء ، لها آثار سلبية على عمر وسائل التعليق ، عند مقارنتها بأنظمة المصاعد المعلقة مباشرة بأقطار حبل أكبر من 8 مم وحزم جر كبيرة.

تتطلب ميزة التعليق المتعدد ، والتي يتم فيها وضع محرك الأقراص بشكل متكرر في العمود مباشرةً لتوفير المساحة ، المزيد من بكرات الانحراف. هذا يعني المزيد من نقاط الانحناء لوسائل التعليق ، بشكل عام أيضًا مع الانحناء المضاد ، مما يزيد بشكل كبير من تآكل الحبال الفولاذية.

لتقليل مساحة البناء المطلوبة إلى أبعد من ذلك ، من الملائم بالطبع تقليل أقطار بكرة الجر وبكرات الانحراف ؛ في الوقت نفسه ، يسمح هذا باستخدام محركات غير مكلفة ، والتي توفر سرعة عالية ولكن عزم دوران منخفض نسبيًا. لأن وسيلة التعليق لا تسمح بنصف قطر الانحناء الصغير الذي قد يكون مطلوبًا - أي النسبة بين قطر الجر والتعليق تعني القطر (D/d) لا يمكن أن تكون صغيرة جدًا - يجب أيضًا تقليل أقطار التعليق. لذلك ، يمكن العثور على أقطار حبلية تبلغ 6 مم تقريبًا في المصاعد التي لا تحتوي على غرفة ماكينات.

من الواضح أنه كلما كان قطر الحبل أصغر ، ستصبح سعة تحميل هذه الحبال أصغر ، مما يعني أن هناك حاجة إلى حبال متعددة (مما يزيد بشكل كبير من قدرة الانحناء المحتملة) ، أو أنه يجب استخدام حبال ذات قوة أعلى بحيث لا يصبح عدد الحبال المطلوبة مرتفعًا جدًا. تتطلب مثل هذه الحبال عالية القوة صلابة أكبر للجر والحزم لتقليل التآكل على الحبال والحبال. يمكن أن تكون الحلول الأخرى عبارة عن حبال مغطاة بالبلاستيك ، والتي ، بالطبع ، لا تسبب أي تآكل أو تآكل على حزم الجر ولكنها تسبب مشاكل أخرى ، مثل التحديد الصحيح لمعايير الإهمال.

بدون الرغبة في وصف العلاقات الفردية بين المعلمات بتفاصيل كثيرة جدًا ، يمكن تحديد أنه يجب إيجاد مزيج متوازن بين الظروف الحدودية التي لا تزيد بشكل مفرط من التآكل على وسائل التعليق حيثما توجد أنظمة المصاعد الموفرة للمساحة بدون غرف الماكينة مطلوب.

طرق تقليل التعليق - يعني البلى

تؤدي شروط التصميم المذكورة أعلاه للمصاعد التي لا تحتوي على غرف ماكينات إلى زيادة تآكل الحبال دون إمكانية التعويض عن سبب هذا التآكل:

• كل انحراف في حبال التعليق يزيد من تآكلها.
• يزيد الانحناء المضاد بشكل كبير من تآكل الحبال.
• إذا كانت نسبة القطر D/d يتم تقليله خطيًا ، ويزداد تآكل الحبل بشكل كبير.
• إذا انخفض عامل أمان الحبل بشكل خطي ، فإن تآكل الحبل يزيد أيضًا بشكل كبير.

للتعويض عن العوامل الضارة بعمر الحبل ومع الاستمرار في الحفاظ على أداء تشغيل عالي ، يجب تكييف جميع الظروف المحيطة المتبقية لوسائل التعليق على النحو الأمثل أثناء التشغيل. بهذه الطريقة ، يمكن زيادة عدد دورات الانحناء مرة أخرى.

صيانة الحبل

تقدم جميع الشركات المصنعة للحبال تقريبًا وكيل رعاية مناسبًا للحبال الفولاذية التي تقلل من التآكل والتآكل. الحبال مشحمة مسبقًا ، لكن الغبار والتآكل يمكن أن يربطوا مادة التشحيم بحيث يتم تقليل تأثير التشحيم بشكل مستمر.

يجب إجراء صيانة الحبل وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة لمنع قيود عمر الحبال غير الضرورية في هذه المرحلة أيضًا.

التركيب من المعلقات الجديدة

جزئيًا ، يصدر مصنعو الحبال إرشادات مفصلة حول كيفية تثبيت الحبال الجديدة وما يجب مراعاته دائمًا من أجل الحفاظ على عمر الحبل الطويل. بالإضافة إلى التعليقات الواضحة إلى حد ما ، مثل عدم تجعد الحبال عند وضعها ، قام بعض المصنّعين أيضًا بوضع علامات على الحبال: ما يسمى بخط العين أو خط السطح. هذا الخط ، المطبق في اتجاه التعليق ، يجعل من السهل ضمان عدم ثني الحبال عند وضعها أثناء التثبيت ، وهو خطأ يمكن أن يحدث بسهولة شديدة حيث تبدأ الحبال في الالتواء من تلقاء نفسها. على الرغم من ذلك ، إذا تم لف الحبال ثم تثبيتها على الثقل الموازن والمقصورة أو في رأس العمود بطريقة لم تعد قادرة على فكها ، فسيكون لذلك آثار سلبية شديدة على العمر ، كإضافات و سوف يحدث تآكل غير ضروري داخل الحبل أثناء كل حركة للمصعد.

توزيع الحمولة بين وسائل التعليق

يؤدي التواء الحبال المذكور أعلاه أيضًا إلى اختلافات في سعة الحمولة في الحبال أثناء حركة المصعد ، ولكن هذا ليس سوى جزء صغير من المشكلة. الأمر الأكثر خطورة ، بالطبع ، هو التعديل الفعلي للحبال مع بعضها البعض.

يعد توزيع الحمل داخل مجموعة الحبال عاملاً حاسمًا في عمر الحبال. تم ذكر معادلة في العمل القياسي على الحبال السلكية في بناء المصاعد بواسطة دكتور كلاوس فيرير. [1] باستخدام هذه المعادلة ، يمكن تحديد قدرة ثني الحبال السلكية ، اعتمادًا على شد الحبل. إذا تم الاحتفاظ بجميع المعلمات في هذه المعادلة (الظروف المحيطة ، ومعلمات الحبل الميكانيكي ، وما إلى ذلك) كما هي ، وفقط الاختلاف في توتر الحبل ، يتم الكشف عن التأثيرات المذهلة لتوزيع الحمل على عمر الحبل. تم نشر هذا أيضًا بواسطة Pfeifer Drako في وثيقة فنية من 23 نوفمبر 2009 ، بناءً على الصيغة التي ذكرها Feyrer:

• يؤدي تقليل فرق الحمل بنسبة 5٪ بين حبال التعليق إلى زيادة العمر الافتراضي بنسبة 11٪.
• يؤدي تقليل فرق الحمل بين حبال التعليق بنسبة 10٪ إلى زيادة العمر الافتراضي بنسبة 23٪.
• يؤدي تقليل فرق الحمل بين حبال التعليق بنسبة 15٪ إلى زيادة العمر الافتراضي بنسبة 38٪.

أجهزة قياس شد الحبال متوفرة في السوق منذ عدة سنوات حتى الآن. بالإضافة إلى الوزن المطلق للمقصورة ، فإن استخدام هذه الأجهزة يمكن أن يحدد أحمال الحبال الفردية للتعديل. هذا ، بالطبع ، مفيد للغاية ، لكنه لا يزال غير كاف ، كما سيتم شرحه.

توزيع متفاوت للحمل أثناء السفر

بطبيعة الحال ، من الممكن فقط ضبط الحبال يدويًا عندما يكون نظام المصعد في حالة توقف تام. هذا يعني أنه يجب تحديد موضع الكابينة في العمود ، ويجب ضبط الحبال في هذا الموضع. هذا يعني عمومًا أنه في حالة نظام معلق 2: 1 بدون غرفة آلة ، يتم وضع الكابينة في أعلى نقطة توقف بحيث يمكن الوصول إلى أربطة نهاية الحبال لأغراض التعديل.

اعتمادًا على تصميم أجهزة قياس شد الحبل ، قد يكون من الممكن قياس تقدم توترات الحبال الفردية مسبقًا ، أثناء حركة المصعد ، لتحديد الإعداد الأمثل للحبال من أجل التعديل اللاحق. هذا ضروري ، حيث تتغير التوترات الفردية للحبل باستمرار أثناء حركة المصعد ، في كثير من الأحيان إلى حد كبير. يمكن أن تتسبب العديد من العوامل في حدوث ذلك: انحرافات طفيفة بين الأخاديد والحبال ، والتشغيل غير الدائري لأخاديد إحزم الجر ، وبكرات الانحراف التي لا تقف أفقية تمامًا مع بعضها البعض ، إلخ.

في حالة نظام معلق 2: 1 بقطر حزاز جر 240 مم وارتفاع السفر 20 مترًا ، يمكن أن يكون الفرق 1/10 مم في الأخدود أو قطر الحبل مسؤولاً عن قطر حبل يبلغ 17 مم الفرق بين الحبال الفردية أثناء الحركة عبر ارتفاع السفر بأكمله. وبالتالي ، من السهل تخيل مقدار الحمل الذي يمكن أن يتحمله الحبل الآخر بمقدار 17 مم. والنتيجة هي تآكل مفرط للحبل. يمكن أن يحدث هذا التأثير بسبب الأسباب المذكورة أعلاه حتى على المصاعد المعلقة 2: 1 الجديدة. ومع ذلك ، هذا لا يعني أنه يمكن العثور عليها على قدم المساواة في 1: 1 الأنظمة المعلقة.

يوضح المثال التالي (الشكل 1) قياسًا على نظام معلق 1: 1 به فرق شد حبل يصل إلى 200٪ أثناء حركة المصعد. من الواضح أيضًا أن نرى كيف يتم إزاحة التوترات الفردية للحبل أثناء حركة المصعد.

يعد الضبط الصحيح لشد الحبل أمرًا ضروريًا لنظام المصعد هذا إذا كان سيتم استغلال العمر النظري للحبال قدر الإمكان. يعد ضبط فحص الحبال أثناء كل إجراء صيانة خطوة أولية وهامة ، ولكنه بالتأكيد ليس كافيًا ، حيث لا يمكن إجراء التعديل إلا في نقاط معينة تشير إلى كل من الوقت والموقع. بمجرد أن يبدأ المصعد في التحرك بعد تعديل الحبل هذا ، فإن ضبط الحبل سيثبت مرة أخرى أنه غير كافٍ للوضع الجديد في العمود.

هيدروليكي معادلة التوتر

للحفاظ على تآكل الحبل منخفضًا قدر الإمكان بسبب التوترات المختلفة في الحبال الفردية ، يجب إعادة شد الحبال الفردية باستمرار أثناء حركة المصعد. هناك العديد من خيارات الحلول المختلفة المتاحة لهذا الغرض. تم تسجيل أحد أبسط الخيارات في الولايات المتحدة للموافقة على براءة الاختراع في مارس 1872.

باستخدام هذه الطريقة ، يتم دمج الأسطوانات الهيدروليكية في طرف الحبل والتأكد من محاذاة الحبال مع بعضها البعض بمجرد أن تبدأ شد الحبل في الانحراف. يتميز هذا الحل الهيدروليكي بميزة ملحوظة أنه لا يتطلب أي طاقة كهربائية أو أجهزة استشعار أو دوائر تحكم إضافية ، كما أنه بسيط نسبيًا فيما يتعلق ببنائه الميكانيكي وإنتاجه وتركيبه.

المبدأ الفيزيائي

تستخدم براءة الاختراع فيزياء عدم الانضغاط وانتشار الضغط المتساوي في السوائل ، وهو مبدأ يُستخدم عدة مرات في المكونات الهيدروليكية. عادة ، يتضمن التطبيق التقني ما يسمى بمحول الطاقة ، والذي يضخم القوى.

على جانب واحد ، تُمارس قوة ضعيفة (نسبيًا) على مكبس بقطر صغير قدر الإمكان. على الجانب الآخر من النظام الهيدروليكي يوجد مكبس ثان ذي مقطع عرضي كبير (نسبيًا). نظرًا لأن ضغط المكبس داخل السائل هو نفسه في جميع النقاط ، يتم ممارسة قوة على المكبس الكبير عند ضغط المكبس الصغير ، والتي يتم تضخيمها بنسبة مناطق المكبس:

أين p هو الضغط ، F₁ هي القوة عند المكبس الصغير ، A₁ هي منطقة المكبس الصغير ، F₂ هي القوة عند المكبس الكبير ، و A₂ هي مساحة المكبس الكبير.

بالطبع ، يستمر تطبيق الحفاظ على الطاقة دون تغيير: لرفع المكبس الكبير بمسافة s₂، من الضروري تحريك المكبس الصغير بمسافة أطول بشكل مناسب s₁. ينطبق ما يلي مع المعادلة المذكورة أعلاه:

أين s₁ هي المسافة المتحركة عند المكبس الصغير و s₂ هي المسافة المتحركة عند المكبس الكبير.

ينطبق هذا المبدأ أيضًا على أي عدد من الأسطوانات الهيدروليكية المترابطة. إذا كانت كل هذه الأسطوانات متطابقة وكانت ، بالتالي ، لها نفس المنطقة (A₁ = A₂) ، يتضح على الفور من الصيغ المذكورة أعلاه أن القوة F₁ دائمًا ما يكون مطابقًا للقوة F₂أو المسافة s₁ دائمًا ما يكون مطابقًا للمسافة s₂.

تستخدم براءة الاختراع المذكورة هذه الحقيقة بالضبط: ستحاذي جميع الحبال نفسها دائمًا مع بعضها البعض إذا كانت الوصلات الطرفية الخاصة بها تنتهي على أسطوانات هيدروليكية مترابطة جميعًا ولها نفس المنطقة. تتم المحاذاة ، نظريًا ، إلى الصفر. في الواقع ، بالطبع ، هناك دائمًا احتكاك داخل الأسطوانات ، والذي يسمح فقط بالمحاذاة إلى حد معين. (في حالة البناء الذكي واختيار الأختام ، فإن المحاذاة مع 40 نيوتن لكل أسطوانة ممكنة بالتأكيد.)

عملية تطبيق للمصاعد

لتطبيق مبادئ الأنظمة الجديدة ، وكذلك للتحديثات على المصاعد بطريقة بسيطة وغير مكلفة ، يجب مراعاة الشروط الحدودية التالية أثناء تنفيذ المبادئ:

• الحد الأدنى لحجم البناء - لا ينبغي تغيير لوحة الحبل ، وبنفس الطريقة ، لا ينبغي فقد أي مساحة بناء (خاصة للمصاعد التي لا تحتوي على غرف ماكينات).
• التعاقب المتتالي - ما عليك سوى تعديل المصاعد بأي عدد من الحبال ، دون الحاجة إلى بدء التشغيل.
• السلامة - يجب عدم تغيير أربطة طرف الحبل.
• طول العمر - ينبغي تحقيق عدة ملايين من ضربات الأسطوانة أو حركات المصعد.

مع مراعاة الشروط المذكورة ، تم تطوير التصميم التالي وتنفيذه: كما يتضح من التمثيل متساوي القياس ، يمكن تركيب الأسطوانات الفردية على لوحة الحبل الموجودة ، كما هو الحال في هذا التصميم ، أقطارها الخارجية لا تتعارض مع مسافات الحبل. لهذا السبب ، تم اختيار الأقطار بحيث تكون متوافقة مع المخازن المؤقتة أو الينابيع الحلزونية المستخدمة عادة.

تعويض السحب القطري

لتقليل بناء الأسطوانة الهيدروليكية - بعد كل شيء ، هذا هو الشرط الأساسي للتجميع البسيط دون إجراءات التحويل على النظام - مطلوب مكون إضافي: ما يسمى باللوحة المتذبذبة.

على وجه الخصوص ، فيما يتعلق بأنظمة المصاعد المعلقة 2: 1 المصممة بدون غرف ماكينات ، يحدث سحب قطري ضخم يصل إلى زاوية 7 درجات بشكل عام على الحبال الرفيعة في المحطة العلوية.

يتكرر هذا السحب القطري ، بالطبع ، في القضيب الملولب لوسائل التعليق ولكن يجب ألا يؤثر أبدًا على الأسطوانة الهيدروليكية. إذا كانت الأسطوانة الهيدروليكية ستقف قطريًا على لوحة الحبل ، فإن تدفق القوة في الأسطوانات سيولد قوى عرضية في الأسطوانات.

لامتصاص مثل هذه القوى المستعرضة مع تآكل منخفض ، يجب أن تكون الأسطوانات ذات أبعاد مفرطة للغاية لغرض التطبيق. هذا من شأنه أن يجعل تركيبها في لوحة الحبل الحالية مستحيلاً.

تضمن الألواح المتذبذبة المدمجة بين الأسطوانة ولوحة الحبل أن تظل الأسطوانة دائمًا متوازية مع موصلات نهاية وسائل التعليق ، وأنه لا يتم توليد قوى عرضية.

الآثار on الأفراد التعليق يعني التوترات

تعتبر تأثيرات محاذاة الحبل الهيدروليكي كبيرة ويمكن ، على سبيل المثال ، تصورها باستخدام جهاز قياس شد الحبل المذكور أعلاه. في الشكل 4 ، يتم عرض تقدم التوتر للحبال الفردية في حالة محاذاة الحبل المعطل في الرسم البياني الأيسر. من الواضح أن الحبال الفردية "تنفصل" أو حتى تمتص وتنقل الأحمال في اتجاهين متعاكسين لبعضهما البعض. يؤدي هذا إلى تحمل الحبال الفردية حمولة أكبر بكثير من غيرها ، وبالتالي يقلل من عمرها (وبالتالي ، مجموعة الحبال بأكملها) وقد يؤدي إلى إتلاف بكرة الجر وبكرات الانحراف.

يوضح الرسم البياني الأيمن توترات الحبل الفردية في حالة المحاذاة النشطة للحبل الهيدروليكي: يوزع الحمل الإجمالي نفسه على النحو الأمثل بين الحبال الفردية. تسير تدرجات الحمل في الحبال الفردية بالتوازي ؛ لا يتحمل أي من الحبال حملاً أكبر أو أصغر بشكل غير متناسب من الأحمال الأخرى. لا تزال هناك اختلافات صغيرة بين الحبال ، ناتجة عن حقيقة أن المبدأ المادي لا يمكن نقله بشكل مثالي إلى العالم الحقيقي ، وبالتالي ، يوجد الاحتكاك الداخلي في الأسطوانات.

ملخص

العامل الحاسم الذي يساهم في عمر حبال التعليق - بعد أبعادها الصحيحة وبعد استبعاد الأخطاء التي يمكن تجنبها في التركيب وصيانة الحبل - هو ، قبل كل شيء ، توتر الحبل الأمثل في كل موضع داخل العمود. الاتجاه نحو التعليق المتعدد له تأثير أيضًا على أنظمة المصاعد الصغيرة نسبيًا. في السابق ، كانت تُشاهد فقط في المصاعد الشاهقة التي تتميز بارتفاع سفر يصل إلى عدة مئات من الأمتار: تؤدي الانحرافات الصغيرة في أخاديد الجر وأقطار الحبل إلى اختلافات كبيرة في توترات الحبال الفردية ، مثل حزم الجر الصغيرة للمصاعد بدون آلة تقوم الغرف بكمية مماثلة من الدورات مثل حزم الجر في المصاعد الشاهقة.

حتى إذا تم تعديل شد الحبل الفردي بشكل دوري باستخدام تقنية قياس عالية الدقة ، فلا يمكن منع تآكل الحبل ، حيث لا يمكن إجراء مثل هذا التعديل إلا لموضع واحد من الكابينة داخل العمود.

ومع ذلك ، يجب تطبيق الحل الذي يقلل بشكل كبير من تآكل الحبال عبر ارتفاع السفر بالكامل وأن يصبح ساريًا في كل موضع من الكابينة داخل العمود.

الحل المقدم في هذه المقالة في شكل محاذاة حبل هيدروليكي سيقلل بشكل كبير من تآكل الحبل على أي نظام مصعد ، حتى لو تم تثبيته في نظام متضرر بالفعل ، وله ميزة ملحوظة تتمثل في عدم الحاجة إلى كهرباء إضافية ، وأجهزة استشعار أو دوائر التحكم ، ويمكن تركيبها بسهولة شديدة دون الحاجة إلى إجراءات تحويل.

مراجع حسابات
[1] فيرير ، الأستاذ الدكتور ك.دراتسيلي: بيمسونج ، بيتريب ، سيشرهايت. 2nd إد. Springer Verlag ، برلين هايدلبرغ ، نيويورك (2000).
[2] فايفر دراكو ، Scheunemann ، Dr. W. U091123_Seilspannung ، Mühlheim ad Ruhr (2009).