Dame un freno

El propósito, las soluciones, el servicio y las consideraciones de diseño del freno de seguridad.

El freno de seguridad del ascensor ha recorrido un largo camino desde mediados del siglo XIX cuando Elisha Graves Otis demostró por primera vez su freno de seguridad que revolucionaría la industria. Es justo decir que el ascensor no ganó popularidad hasta que se desarrolló el freno de seguridad. Los ascensores modernos ahora utilizan una variedad de diferentes tecnologías de frenado de seguridad, según el uso y los criterios de diseño. El principio general sigue siendo el mismo: brindar una protección confiable a los pasajeros, la carga y el equipo. Este artículo analizará el propósito, las soluciones y cómo funcionan, el servicio y las consideraciones de diseño.

Los diseños de elevadores y polipastos de todo el mundo comparten una característica común: el freno de seguridad. El freno es un dispositivo de control de movimiento. Evita movimientos involuntarios, se mantiene en su lugar y, a veces, previene condiciones de exceso de velocidad. También se utiliza para paradas de emergencia, como en un corte de energía o una pérdida momentánea de energía. En la actualidad, existen varios tipos de frenos en la industria. Pueden accionarse eléctrica, hidráulica o mecánicamente. Muchos se activan eléctricamente, por lo que nos centraremos principalmente en ellos.

Los frenos generalmente se diseñan de acuerdo con los requisitos de torque. Una carga pesada requiere más par de sujeción. El torque es equivalente a una fuerza que actúa a una distancia, normalmente referida en pies libras-fuerza (ft..lbf) o Newton metro (Nm). Podemos calcular el torque a partir de una ecuación simple relacionada con caballos de fuerza y ​​rpm. Par (ft..lbf) = 5,252 * caballos de fuerza * factor de servicio / rpm. Otra consideración importante en la selección del freno es la inercia para el frenado dinámico o el frenado de emergencia cuando la carga está en movimiento. Podemos calcular el par necesario para desacelerar una carga cuando se conoce el valor de inercia. Par (ft..lbf) = (inercia * el cambio en rpm) / (308 * el tiempo requerido para detenerse). wk2 representa la inercia reflejada, que también se puede escribir como T = wk2* Δ rpm / 308t.

El frenado dinámico puede requerir un freno para absorber una gran cantidad de energía. "Absorción de energía" generalmente significa calor y desgaste de las superficies de fricción. La energía es equivalente a la inercia multiplicada por la velocidad al cuadrado. Los frenos de retención están diseñados principalmente con un material de alto coeficiente de fricción para las superficies de contacto (fricción).

Aunque el material de un freno de retención tiene una alta capacidad de par, la desventaja es que puede desgastarse rápidamente durante el frenado dinámico. Por lo tanto, los frenos generalmente están clasificados para un cierto número de paradas de prueba o de emergencia; Dicho con más precisión, están clasificados para absorber una cierta cantidad de energía a lo largo del tiempo. E = (1 / 2)mv2 se puede descomponer en la siguiente ecuación de energía:

Ee = (M * v2* td) / [k *(td + tl)] (Ecuación 1)

dónde Ee = energía por compromiso; M = inercia; v = velocidad; td = par dinámico; tl= par de carga; y k Es una constante.

Hay otros tipos de frenos diseñados para una frenada dinámica. Aquellos tienen un material de fricción especial que limita la cantidad de desgaste en las superficies de fricción (reduce la tasa de desgaste). El material de fricción de detención dinámica aún mantiene una capacidad de transporte de par confiable. Con el tiempo, notará que el frenado dinámico provocará desgaste, y ese desgaste se evidenciará en un espacio de aire más grande entre las superficies de fricción. Es por eso que a veces necesitamos ajustar el espacio de aire en los frenos ajustables. De la Ecuación 1, podemos usar la energía por compromiso y ponerla en la fórmula del ciclo de vida:

L = v/Ee*w (Ecuación 2)

dónde L = vida en ciclos; v = área de participación total; y w = tasa de desgaste.

Frenos electromagnéticos

Los frenos electromagnéticos funcionan con espacios de aire integrados que evitan el roce / frenado cuando la máquina está en movimiento. En la Figura 1 se muestra una vista en despiece de un freno electromagnético de desconexión simple. Se mide con calibres de espesores cuando el freno está activado (desconectado). Para medir el espacio de aire entre las superficies de fricción, desactive el freno aplicando energía o con un mecanismo de liberación manual. Obviamente, se deben tomar precauciones especiales al desactivar una característica de seguridad durante el mantenimiento. El espacio de aire es una característica importante de un freno, porque el flujo magnético necesita viajar a través de esa distancia de espacio de aire para jalar magnéticamente la placa de presión hacia adentro. Si ese espacio es demasiado grande, la fuerza magnética no superará la fuerza de los resortes helicoidales . Idealmente, el espacio de aire será lo más pequeño posible sin permitir que los componentes se froten entre sí. Cada fabricante proporciona el espacio de aire recomendado para cada producto. Los frenos más pequeños suelen tener espacios de aire más pequeños.

En la operación básica de un freno electromagnético apagado, la bobina se desenergiza naturalmente (no se aplica energía). Hay resortes helicoidales dentro del freno que aplican una fuerza normal para empujar la placa de presión contra el disco de fricción y sujetarla contra la placa de cubierta rígida. El disco de fricción está conectado a un cubo en el freno, que está sujeto mecánicamente a un eje, manteniendo ese eje en su lugar. Para liberar el freno, aplique energía (corriente) a la bobina. Entonces, la bobina funciona como un electroimán para alejar la placa de presión del material de fricción. El movimiento de la placa de presión comprime los resortes helicoidales; luego, la placa de presión se bloquea magnéticamente a la bobina de campo, y el eje queda libre para girar. Hay varias variaciones de frenos de apagado, pero este es el concepto básico.

Aunque este tipo de freno se aplica sin energía, necesita corriente eléctrica para su liberación. Los resortes helicoidales se comprimen cuando el flujo magnético tira de la placa de presión hacia y contra la bobina de campo. Se necesita más energía para tirar de la placa de presión y comprimir los resortes que para simplemente mantener la placa de presión sujeta a la bobina y el freno desacoplado. De hecho, un controlador de potencia puede proporcionar una ráfaga rápida de potencia, llamada "sobreexcitación", durante un tiempo muy corto, mientras se desacopla el freno. Una vez que el freno está desactivado, el controlador de potencia puede reducir la potencia a través de la modulación de ancho de pulso para mantener el freno desactivado. Esto esencialmente reduce la potencia total consumida por el freno y lo hace más eficiente energéticamente.

Frenos aplicados por resorte

Los frenos accionados por resorte para la industria de los ascensores suelen tener características de diseño especiales, en comparación con los frenos industriales generales. Estas características se centran en la seguridad, la fiabilidad, la facilidad de mantenimiento y el bajo nivel de ruido. Un ejemplo es un diseño de freno doble que cuenta con dos frenos apilados juntos para lograr redundancia (Figura 3). Se utiliza en ascensores con minisala de máquinas (MMR), sin sala de máquinas (MRL) y domésticos.

También hay otros diseños, incluido el diseño de disco único con dos armaduras de media luna (Figura 4). Para espacios reducidos, este freno de bajo costo y perfil delgado proporciona una alta estabilidad de torque, bajo nivel de ruido y una opción de liberación manual. Se utiliza en ascensores MMR y MRL.

Un freno de pinza aplicado por resorte (Figura 5) funciona de la misma manera. Los resortes aplican una fuerza normal para activar mecánicamente el freno. El freno se desactiva aplicando corriente eléctrica a la bobina. En el caso de los frenos hidráulicos aplicados por resorte, aplicar presión hidráulica, en cambio, libera el freno. Para cualquier tipo de freno de estilo pinza, se pueden incorporar factores de seguridad o confiabilidad adicionales en el sistema agregando múltiples frenos de pinza en un solo disco. Los frenos de estilo pinza pueden ofrecer un alto par en comparación con el costo, porque la fuerza de retención actúa sobre un gran radio de disco. Par = fuerza * distancia (radio).

Frenos de tambor

El freno de tambor (Figuras 6-9) es otro tipo de freno. A diferencia de los frenos aplicados por resorte giratorio montados en la parte trasera de un motor o los frenos de pinza montados en el disco de tambor grande, estos frenos se pueden montar para aplicar directamente la fuerza de frenado al tambor mismo. Un tipo, un freno de tipo expansivo, se monta dentro del tambor. El diámetro interior del tambor es la superficie de fricción del freno. Para mayor seguridad y confiabilidad, se pueden montar múltiples frenos dentro del tambor. Funciona de manera muy similar a los otros frenos aplicados por resorte en el sentido de que la fuerza de sujeción se logra mediante la fuerza del resorte y se acciona (libera) eléctricamente.

Si no hay espacio disponible dentro del tambor o por otras razones, se puede usar un freno de tambor de tipo banda externa. En este caso, el diámetro exterior del tambor es la superficie de fricción. El freno tiene un perfil delgado, lo que facilita su extracción para el mantenimiento. Hay opciones de liberación manual disponibles y se pueden usar múltiples frenos en un solo tambor para mayor seguridad y confiabilidad. Al igual que un freno de pinza, la fuerza ejercida en un radio grande puede proporcionar un alto nivel de par de frenado.

Frenos hidráulicos

Antes de 1972, todos los elevadores hidráulicos se instalaron sin un dispositivo de seguridad de cilindro. Algunos accidentes ocurridos en los 50 años anteriores relacionados con fallas de un solo mamparo hicieron que se reescribieran algunos códigos. Se sabe que la electrólisis es la principal fuente de daño a los cilindros y otros componentes subterráneos críticos en el sistema hidráulico. Se podrían usar cilindros de doble mamparo u otra característica de seguridad del automóvil para proporcionar un factor de seguridad adicional. El sistema LifeJacket® de Adams Elevator Equipment Co. (Figuras 10 y 11) es una solución popular por sí sola. Es el único dispositivo de seguridad tipo pinza de émbolo que evita que un elevador se mueva hacia abajo no deseado. Si hay una pérdida de presión hidráulica o un movimiento descendente incontrolado, acciona y agarra el émbolo para detener el elevador de forma controlada. Cuando la presión cae en el cilindro de control, la pinza del émbolo se fija. Esto se logra activando las válvulas del conjunto LifeJacket o hidromecánicamente debido a una caída de presión en el sistema del elevador. Dos válvulas de control proporcionan redundancia para un funcionamiento seguro.

Mantenimiento y solución de problemas

Las razones por las que los frenos podrían no funcionar como se espera incluyen aceite o grasa, que deben mantenerse alejados de ellos a toda costa. La contaminación de las superficies de fricción reducirá en gran medida el par de frenado. El agua y el hielo también deben mantenerse alejados del freno. Algunos materiales de fricción se ven obstaculizados más que otros por la humedad, pero generalmente no es bueno para un freno. El polvo también puede ser un problema si entra en contacto con las superficies de fricción, por lo que es posible que se necesiten cubiertas de freno o correas contra el polvo para evitar su entrada. También es necesario aplicar la potencia adecuada a un freno: demasiado puede sobrecalentarlo y muy poca puede hacer que no se suelte. Si bien es posible que la bobina de un freno se dañe, el sospechoso más probable son las conexiones incorrectas, los cables dañados, el tamaño incorrecto de los cables o una pérdida de energía intermitente. Deben seguirse las recomendaciones del fabricante.

Si el ruido es un problema, verifique si hay contaminación y verifique los espacios de aire. Verifique la alineación, si es apropiado para ese tipo de freno. También puede verificar si hay marcas de calor o desgaste en el freno. Por último, si se ha realizado un servicio recientemente, asegúrese de que el desbloqueo manual no esté activado en el freno. Esto haría que se desconectara permanentemente.