Dammi un freno

Lo scopo, le soluzioni, la manutenzione e le considerazioni sulla progettazione del freno di sicurezza

Il freno di sicurezza per ascensori ha fatto molta strada dalla metà del 19° secolo, quando Elisha Graves Otis dimostrò per la prima volta il suo freno di sicurezza che avrebbe rivoluzionato il settore. È giusto dire che l'ascensore non ha guadagnato popolarità fino a quando non è stato sviluppato il freno di sicurezza. Gli ascensori moderni ora utilizzano una varietà di diverse tecnologie di frenata di sicurezza, a seconda dell'utilizzo e dei criteri di progettazione. Il principio generale rimane lo stesso: fornire una protezione affidabile di passeggeri, merci e attrezzature. Questo articolo esaminerà lo scopo, le soluzioni e il loro funzionamento, la manutenzione e le considerazioni sulla progettazione.

I progetti di ascensori e montacarichi in tutto il mondo condividono una caratteristica comune: il freno di sicurezza. Il freno è un dispositivo di controllo del movimento. Previene movimenti involontari, mantiene la posizione e talvolta previene condizioni di velocità eccessiva. Viene anche utilizzato per l'arresto di emergenza, come in caso di interruzione di corrente o interruzione momentanea dell'alimentazione. Ci sono diversi tipi di freni nel settore oggi. Possono essere azionati elettricamente, idraulicamente o meccanicamente. Molti sono azionati elettricamente, quindi ci concentreremo principalmente su di essi.

I freni sono generalmente progettati in base ai requisiti di coppia. Un carico pesante richiede una coppia di tenuta maggiore. La coppia è equivalente a una forza che agisce a distanza, normalmente indicata in piedi per libbra (ft..lbf) o Newton metro (Nm). Possiamo calcolare la coppia da una semplice equazione relativa a potenza e giri. Coppia (ft..lbf ) = 5,252 * potenza * fattore di servizio/rpm. Un'altra considerazione importante nella scelta del freno è l'inerzia per la frenata dinamica o la frenata di emergenza quando il carico è in movimento. Possiamo calcolare la coppia necessaria per decelerare un carico quando è noto il valore dell'inerzia. Coppia (ft..lbf ) = (inerzia * la variazione in giri/min)/(308 * il tempo necessario per l'arresto). wk2 rappresenta l'inerzia riflessa, che può anche essere scritta come T = wk2 * Δ giri/min/308t.

La frenata dinamica può richiedere che un freno assorba una grande quantità di energia. Per “assorbimento di energia” si intende solitamente il calore e l'usura delle superfici di attrito. L'energia è equivalente all'inerzia moltiplicata per la velocità al quadrato. I freni di stazionamento sono per lo più progettati con un materiale ad alto coefficiente di attrito per le superfici di accoppiamento (attrito).

Sebbene il materiale in un freno di stazionamento abbia un'elevata capacità di coppia, lo svantaggio è che può usurarsi rapidamente durante la frenata dinamica. Quindi, i freni sono generalmente classificati per un certo numero di test o arresti di emergenza; in modo più accurato, sono valutati per assorbire una certa quantità di energia nel tempo. E = (1 / 2)mv2 può essere scomposto nella seguente equazione dell'energia:

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

where Ee = energia per impegno; M = inerzia; v = velocità; td = coppia dinamica; tl=coppia di carico; e k è una costante.

Esistono altri tipi di freni progettati per l'arresto dinamico del tutto. Questi hanno uno speciale materiale di attrito che limita la quantità di usura sulle superfici di attrito (riduce il tasso di usura). Il materiale di attrito dinamico mantiene ancora un'affidabile capacità di portare la coppia. Nel tempo, noterai che l'arresto dinamico causerà usura e che l'usura sarà evidenziata in un traferro più ampio tra le superfici di attrito. Ecco perché a volte dobbiamo regolare il traferro sui freni regolabili. Dall'equazione 1, possiamo usare l'energia per impegno e inserirla nella formula del ciclo di vita:

L = v/Ee*w (Equazione 2)

where L = vita in cicli; v = area di coinvolgimento totale; e w = tasso di usura.

Freni elettromagnetici

I freni elettromagnetici funzionano con traferri incorporati che impediscono lo sfregamento/frenatura quando la macchina deve essere in movimento. Una vista esplosa di un semplice freno elettromagnetico disinserito è nella Figura 1. misurata con spessimetri quando il freno è inserito (spento). Per misurare il traferro tra le superfici di attrito, disinnestare il freno applicando potenza o con un meccanismo di rilascio manuale. Ovviamente, devono essere prese precauzioni speciali quando si disattiva una funzione di sicurezza durante la manutenzione. Il traferro è una caratteristica importante di un freno, perché il flusso magnetico deve percorrere tale distanza per attirare magneticamente la piastra di pressione all'interno. Se tale traferro è troppo grande, la forza magnetica non vincerà la forza delle molle elicoidali . Idealmente, il traferro sarà il più piccolo possibile senza permettere ai componenti di sfregare tra loro. Ogni produttore fornisce il traferro consigliato per ogni prodotto. I freni più piccoli in genere hanno traferri più piccoli.

Nel funzionamento di base di un freno elettromagnetico spento, la bobina è naturalmente diseccitata (nessuna potenza applicata). All'interno del freno sono presenti molle elicoidali che applicano una forza normale per spingere la piastra di pressione contro il disco di attrito e bloccarla contro la piastra di copertura rigida. Il disco di attrito è collegato a un mozzo nel freno, che è fissato meccanicamente a un albero, che lo tiene in posizione. Per rilasciare il freno, applicare potenza (corrente) alla bobina. La bobina funziona quindi come un elettromagnete per allontanare la piastra di pressione dal materiale di attrito. Il movimento dello spingidisco comprime le molle elicoidali; quindi, la piastra di pressione è bloccata magneticamente alla bobina di campo e l'albero è quindi libero di ruotare. Esistono diverse varianti di freni di spegnimento, ma questo è il concetto di base.

Sebbene questo tipo di freno sia applicato senza alimentazione, ha bisogno di corrente elettrica per il suo rilascio. Le molle elicoidali vengono compresse mentre il flusso magnetico tira la piastra di pressione verso e contro la bobina di campo. Ci vuole più energia per tirare dentro lo spingidisco e comprimere le molle che per mantenere semplicemente lo spingidisco bloccato sulla bobina e il freno disinserito. Del resto, un controller di potenza può fornire una rapida esplosione di potenza, chiamata "sovraeccitazione", per un tempo molto breve, mentre il freno si disinnesta. Una volta che il freno è disinserito, il controller di potenza può ridurre la potenza attraverso la modulazione dell'ampiezza dell'impulso per mantenere il freno disinserito. Ciò riduce essenzialmente la potenza totale consumata dal freno e lo rende più efficiente dal punto di vista energetico.

Freni a molla

I freni a molla per l'industria degli ascensori hanno spesso caratteristiche di progettazione speciali, rispetto ai freni industriali generici. Queste caratteristiche si concentrano su sicurezza, affidabilità, facilità di manutenzione e bassa rumorosità. Un esempio è un design a doppio freno che presenta due freni impilati insieme per ridondanza (Figura 3). Viene utilizzato su mini-sale macchine (MMR), ascensori senza sale macchine (MRL) e ascensori domestici.

Esistono anche altri design, incluso il design a disco singolo con due armature a mezzaluna (Figura 4). Per spazi ristretti, questo freno a profilo sottile ea basso costo offre un'elevata stabilità della coppia, bassa rumorosità e un'opzione di rilascio manuale. Viene utilizzato su ascensori MMR e MRL.

Un freno a pinza a molle (Figura 5) funziona allo stesso modo. Le molle applicano una forza normale per innestare meccanicamente il freno. Il freno viene disinserito applicando corrente elettrica alla bobina. Nel caso dei freni idraulici a molle, l'applicazione della pressione idraulica, invece, rilascia il freno. Per entrambi i tipi di freno a pinza, maggiore affidabilità o fattori di sicurezza possono essere integrati nel sistema aggiungendo più freni a pinza su un singolo disco. I freni a pinza sono in grado di offrire una coppia elevata rispetto ai costi, poiché la forza di tenuta agisce su un ampio raggio del disco. Coppia = forza * distanza (raggio).

Freni a tamburo

Il freno a tamburo (Figure 6-9) è ancora un altro tipo di freno. A differenza dei freni a molla rotante montati sul lato posteriore di un motore o dei freni a pinza montati sul disco del tamburo di grandi dimensioni, questi freni possono essere montati per applicare direttamente la forza frenante al tamburo stesso. Un tipo, un freno di tipo espandibile, si monta all'interno del tamburo. Il diametro interno del tamburo è la superficie di attrito del freno. Per una maggiore sicurezza e affidabilità, è possibile montare più freni all'interno del tamburo. Funziona in modo molto simile agli altri freni a molla in quanto la forza di tenuta è ottenuta attraverso la forza della molla ed è azionata (rilasciata) elettricamente.

Se non è disponibile spazio all'interno del tamburo o per altri motivi, è possibile utilizzare un freno a tamburo del tipo a nastro esterno. In questo caso, il diametro esterno del tamburo è la superficie di attrito. Il freno ha un profilo sottile, che facilita la rimozione per la manutenzione. Sono disponibili opzioni di rilascio manuale e più freni possono essere utilizzati su un singolo tamburo per una maggiore sicurezza e affidabilità. Come un freno a pinza, la forza esercitata su un ampio raggio può fornire un elevato livello di coppia frenante.

Freni idraulici

Prima del 1972, tutti gli ascensori idraulici erano installati senza dispositivo di sicurezza del cilindro. Alcuni incidenti nei 50 anni precedenti relativi a guasti di una sola paratia hanno causato la riscrittura di alcuni codici. L'elettrolisi è nota per essere la principale fonte di danni ai cilindri e ad altri componenti sotterranei critici nel sistema idraulico. Cilindri a doppia paratia o un'altra caratteristica di sicurezza dell'auto potrebbero essere utilizzati per fornire un ulteriore fattore di sicurezza. Il sistema LifeJacket® di Adams Elevator Equipment Co. (Figure 10 e 11) è di per sé una soluzione popolare. È l'unico dispositivo di sicurezza del tipo a stantuffo e pinza per impedire un movimento discendente indesiderato di un ascensore. In caso di perdita di pressione idraulica o movimento verso il basso incontrollato, aziona e afferra lo stantuffo per portare l'ascensore a un arresto controllato. Quando la pressione scende nel cilindro di controllo, la pinza a stantuffo si regola. Ciò si ottiene energizzando le valvole di regolazione del giubbotto di salvataggio o idromeccanicamente a causa di una caduta di pressione nel sistema dell'ascensore. Due valvole di controllo forniscono ridondanza per un funzionamento sicuro.

Manutenzione e risoluzione dei problemi

I motivi per cui i freni potrebbero non funzionare come previsto includono olio o grasso, che dovrebbero essere tenuti lontani da essi a tutti i costi. La contaminazione delle superfici di attrito ridurrà notevolmente la coppia frenante. Anche acqua e ghiaccio devono essere tenuti lontani dal freno. Alcuni materiali di attrito sono ostacolati più di altri dall'umidità, ma generalmente non va bene per un freno. La polvere può anche essere un problema se cade sulle superfici di attrito, quindi potrebbero essere necessarie coperture dei freni o cinghie antipolvere per impedirne l'ingresso. È inoltre necessario applicare una potenza adeguata a un freno: troppo può surriscaldarlo e troppo poco può impedirne il rilascio. Sebbene sia possibile che la bobina di un freno si danneggi, il sospetto più probabile sono i collegamenti impropri, i cavi danneggiati, il dimensionamento errato dei cavi o una perdita di potenza intermittente. È necessario seguire le raccomandazioni del produttore.

Se il rumore è un problema, controlla la contaminazione e controlla i traferri. Controllare l'allineamento, se appropriato per quel tipo di freno. Puoi anche controllare eventuali segni di calore o usura sul freno. Infine, in caso di intervento di recente manutenzione, assicurarsi che sul freno non sia attivato lo sblocco manuale. Ciò causerebbe il disinserimento permanente.