Sistema inovador de teste de coeficiente de equilíbrio para elevadores

É possível economizar tempo, dinheiro e mão de obra utilizando um novo método de teste.

por Wang Weixiong, Liu Yingjie, Wu Xingjun, Wang Xinhua, Xie Chao, Song Yuechao e Li Gang editado por Peng Jie, correspondente da EW

Os elevadores desempenham um papel importante no transporte vertical, facilitando o dia a dia das pessoas. Com o aumento do número de elevadores, as questões de segurança têm atraído cada vez mais a atenção de pesquisadores da indústria. Atualmente, quase todos os elevadores são submetidos à inspeção por profissionais certificados, conforme especificado pelas normas técnicas. Testar o coeficiente de balanceamento do elevador inspecionado é uma tarefa fundamental para os inspetores e geralmente está relacionado à capacidade de tração da máquina. O método tradicional para testar o coeficiente de balanceamento consiste em medir a corrente, o que requer a instalação de diferentes blocos de carga predefinidos na cabina para uma série de medições. Em seguida, a cabina é acionada com o primeiro conjunto de carga e a corrente de operação é registrada. Esse procedimento é repetido com o segundo conjunto de carga e assim por diante. O coeficiente de balanceamento é obtido após a construção de curvas e linhas com base nos registros de medição.

O método tradicional demanda muito mais tempo, dinheiro e mão de obra em comparação com a nossa inovação. Este sistema de teste do coeficiente de balanceamento de carga em cabine vazia é proposto por meio da definição de “coeficiente de balanceamento”. O inspetor utiliza o sistema de teste para medir os pesos da cabine vazia e do contrapeso, respectivamente, a partir dos quais o coeficiente de balanceamento pode ser calculado. Blocos de carga predefinidos não são mais necessários. O sistema foi testado com elevadores em canteiros de obras reais, e sua precisão de medição foi equivalente à do método tradicional. Os autores esperam que seu sistema aprimore os procedimentos de teste do coeficiente de balanceamento em um futuro próximo.

Contexto

A segurança dos elevadores tem recebido cada vez mais atenção dos pesquisadores do setor. Como equipamentos especiais, os dispositivos de segurança dos elevadores exigem inspeção anual, conforme as normas vigentes. A medição do coeficiente de balanceamento é uma das tarefas importantes de inspeção a serem realizadas em elevadores recém-instalados. O coeficiente de balanceamento está relacionado à capacidade de tração da máquina, definida como a razão entre a diferença de peso entre o contrapeso e a cabine vazia e a capacidade nominal do elevador.

O peso adicional na cabine pode alterar o coeficiente de equilíbrio e afetar a capacidade de tração do elevador (por exemplo, se os usuários adicionarem decorações à cabine). Como resultado, uma cabine mais pesada permite que o elevador funcione em condições perigosas. É impossível realizar um teste de coeficiente de equilíbrio para cada elevador na prática de inspeção regular (como em uma inspeção anual) usando o procedimento de teste tradicional. Para superar esse desafio, experimentamos métodos de teste com cabines vazias. Em um deles, é feita uma medição indireta da tensão nos cabos de suspensão (Figura 1a). Com isso, o peso da cabine vazia e do contrapeso pode ser determinado por cálculo. O método depende de cálculos para o coeficiente de equilíbrio com precisão de medição relativamente grosseira.[1]

Outro método faz uma medição direta do peso do carro vazio e do contrapeso por meio de um sensor de carga (Figura 1b). No entanto, é difícil fixar o sensor de carga no local de trabalho, portanto, sua aplicação prática é limitada.[2 & 3]

Mais um método é proposto pela TÜV SÜD: instalando uma garra nos cabos de suspensão e outra na casa de máquinas, o operador libera manualmente o freio da máquina de tração para obter o coeficiente de equilíbrio do elevador. Este método é mais fácil de executar, mas a fixação da garra na casa de máquinas pode representar um grande desafio para o operador, e a liberação manual do freio também exige habilidades sofisticadas.[3] O método aprimorado proposto pelos autores (Figura 1d) utiliza duas garras fixadas nos cabos de suspensão, que exercem uma força hidráulica para afrouxar os cabos de aço entre as garras; em seguida, o sensor de carga, posicionado entre o cilindro e a garra superior, mede o peso da cabina e/ou do contrapeso.

Projetos de sistema

Comparações de estrutura de projeto

Existem três estruturas de projeto propostas para testar o coeficiente de equilíbrio do elevador. Na Figura 2a, a estrutura é composta por uma garra inferior, uma garra superior fixada em um cabo de suspensão, um cilindro para levantar a cabine ou o contrapeso, um sensor para medir o peso e uma polia com um cabo de aço para transmitir a força. Essa estrutura é fácil de fabricar e instalar, mas apresenta cargas desequilibradas ao levantar a cabine ou o contrapeso. Na Figura 2b, as garras inferior e superior são fixadas nos cabos de suspensão, quatro cilindros são usados ​​para levantar a cabine e dois sensores são usados ​​para medir o peso. O cilindro de extensão empurra a garra inferior para cima até que os cabos de suspensão entre as garras inferior e superior fiquem frouxos, de modo que a leitura na tela mostre o valor do peso da cabine vazia ou do contrapeso. No entanto, o cilindro de extensão requer muito mais altura em comparação com o cilindro de retração. Na Figura 2c, o cilindro de retração levanta a carga, economizando altura de trabalho do dispositivo. Portanto, essa é a estrutura de projeto mais prática.

Determinação de parâmetros

O sistema de teste do coeficiente de equilíbrio foi projetado com base na estrutura mostrada na Figura 2c. A carga nominal máxima (Wmax) foi definida em 3000 kg, a unidade completa pesa no máximo 30 kg, a faixa de medição disponível para os diâmetros dos cabos de suspensão é de 8 a 16 mm e o número de cabos de aço de suspensão para medição varia de dois a cinco. 

Almofadas internas de nylon

Para evitar que os cabos de aço sejam danificados pelas garras de aço durante o teste, um conjunto de almofadas internas de nylon é fixado às garras de aço para proteger os cabos. Sua resistência é verificada pelo método de elementos finitos. As dimensões finais da almofada são 100 x 18 x 50 mm (Figura 3). Os cabos de aço se encaixam em cinco ranhuras, que incluem entalhes para aumentar o atrito.

Parâmetros do parafuso

Para levantar o peso máximo W_max, a força de atrito F_f A força exercida entre as almofadas de fixação internas e as cordas de suspensão deve ser igual ou superior a W._max; então, F_f é calculado com:

F_f = 4 X ƒ XF_v =W_max               (Equação 1)

Na Equação 1, ƒ é o coeficiente de atrito e F_v é a força de pré-aperto do parafuso. Após substituir o valor ƒ para 0.3 e o valor de W_max Para 3000 kg, o F mínimo necessário_v O valor encontrado é de 25 kN. Consultando a “Tabela de Pré-aperto de Parafusos” no Manual de Projeto Mecânico, o parafuso M14 de classe 8.8 é selecionado para F._v = 52 kN quando o torque de pré-aperto é de 135 Nm.

Parâmetro do cilindroidade

De acordo com as especificações do projeto, dois cilindros são utilizados para elevar a garra inferior. Para elevar a carga máxima de W_max Para um peso de 3000 kg, é necessário determinar o diâmetro do pistão (d) e o diâmetro interno do cilindro (D), ambos em milímetros. Seleciona-se um cilindro leve, com pressão nominal (p) em torno de 5 MPa. Em seguida, os valores de ambos os diâmetros podem ser calculados pela Equação 2. Um cilindro com dimensões de 25 x 15 x 100 mm é o mais indicado.

π/4(D2 - d2) X p X 2 > W_max         (Equação 2)

Experimentos

calibragem

Dois sensores de força são utilizados no sistema de teste. Ambos devem ser calibrados para garantir sua precisão de funcionamento. Blocos de carga predefinidos, pesando 500 kg e 1000 kg, respectivamente, são utilizados para a calibração. A Figura 4 mostra o local de calibração, onde uma extremidade do sensor está conectada a um gancho de guindaste, enquanto a outra extremidade está conectada a um bloco de carga predefinido. Após a calibração, o desvio de medição do sensor fica dentro de +/-0.1% da escala completa.

Em seguida, o sistema de teste completo é calibrado usando o bloco de carga predefinido de 500 kg (Figura 5a). Devido ao peso adicional dos cilindros, da garra inferior, da mangueira e do cabo de aço, o valor exibido na tela é 40 kg superior aos 500 kg do bloco de carga predefinido, conforme mostrado (Figura 5b). Ajustes foram feitos para compensar o peso extra inerente ao sistema de teste.

Teste em um elevador MRL típico com cabo de 2:1

Um elevador típico sem casa de máquinas (MRL) foi utilizado para testar a eficiência e a precisão do sistema recém-desenvolvido para medição do coeficiente de balanceamento. Um elevador com capacidade nominal de 1000 kg e velocidade nominal de 1.75 m/s foi escolhido para o experimento, realizado no topo da cabine. Inicialmente, o peso da cabine vazia foi medido com o dispositivo de teste fixado em uma das extremidades dos cabos de suspensão (Figura 6a). Em seguida, o pistão foi puxado manualmente para fora da bomba para elevar a garra inferior, afrouxando os cabos de suspensão entre as garras superior e inferior (Figura 6b). O visor deve então indicar 1160 kg, correspondendo ao peso medido da cabine vazia.

O segundo passo é medir o peso do contrapeso antes e depois de levantá-lo (Figura 6c-d), com os cabos de aço frouxos entre as garras superior e inferior. O peso do contrapeso é de 1,655 kg. O coeficiente de equilíbrio deste elevador pode ser calculado a partir das medições acima, resultando no valor de 0.49. Em comparação com o valor de 0.48 obtido pelo método tradicional, os valores dos dois métodos de teste apresentam alta concordância.

Teste em um elevador típico com cabo de amarração 2:1

Um elevador típico com casa de máquinas (Figura 7a) também foi selecionado para testar a eficiência e a precisão do sistema recém-desenvolvido. A capacidade nominal do elevador é de 1000 kg e sua velocidade nominal é de 1.75 m/s. O teste do contrapeso revelou um peso de 1,484 kg. O teste da cabine vazia (Figura 7b) revelou um peso de 1,018 kg. Portanto, o coeficiente de equilíbrio do elevador é de 0.47, o mesmo valor de 0.47 obtido em um teste realizado pelo método tradicional.

Fatores que afetam as medições

Fixando as garras

Ambas as extremidades dos cabos de suspensão estão disponíveis para a fixação das garras do dispositivo de teste. No entanto, devido ao impacto do atrito estático entre a polia e os cabos, existe uma certa diferença quanto ao lado dos cabos de suspensão em que as garras devem ser fixadas. As medições são coletadas e comparadas repetidamente para identificar essa diferença (Figura 8).

Testes repetidos revelam que a diferença entre os valores de peso medidos, fixando as garras em um ou outro lado das cordas de suspensão, é de aproximadamente 6 kg. Para tornar o teste mais preciso, sugerimos que ele seja realizado duas vezes, reposicionando as garras no outro lado das cordas em um segundo teste para medições do vagão vazio ou do contrapeso, e então calculando a média dos dois valores registrados para o resultado final do teste.

Ângulo de inclinação

As medições variam dependendo do ângulo de inclinação da fixação da garra. Para determinar qual ângulo se enquadraria na faixa de tolerância adequada para testes práticos em campo, tentamos medir o peso de carros vazios com diferentes ângulos (Figura 9). Constatamos que as medições tendem a aumentar com o aumento do ângulo de inclinação da fixação da garra. A tolerância adequada para o ângulo de inclinação da fixação da garra permanece dentro de uma faixa de 3º para uma taxa máxima de erro de fixação de 0.3% da escala completa do dispositivo de teste do coeficiente de equilíbrio.

Confiabilidade

Para verificar a confiabilidade do novo sistema de teste, uma série de experimentos foi realizada em diferentes elevadores. O mesmo teste foi repetido seis vezes em cada um dos elevadores selecionados para avaliação da confiabilidade do sistema. Nos resultados (Figura 10), ficamos satisfeitos em encontrar uma taxa de desvio aceitável (0.04%) da escala completa do sistema de teste do coeficiente de equilíbrio do elevador.

Conclusão

O novo sistema de teste foi testado repetidamente em canteiros de obras. Nossos resultados experimentais mostram que o sistema consegue realizar as medições pretendidas sem a necessidade de blocos de carga predefinidos, que são pesados, redundantes e exigem muita mão de obra. O sistema inovador alcança a mesma precisão de medição que o método tradicional, economizando tempo e dinheiro valiosos. A confiabilidade do novo sistema foi comprovada na prática por meio de testes repetidos. Acreditamos que ele encontrará ampla aplicação na indústria de elevadores em um futuro próximo.

Reconhecimento

Este trabalho foi financiado pela Administração Geral de Supervisão de Qualidade, Inspeção e Quarentena da República Popular da China (2011kj 18, 2011QK321, 2012QK065 e 2012104016-4).

Referências
[1] Kai, Liu. “O teste do coeficiente de equilíbrio para elevadores”, Indústria de elevadores, vol. 25(5), p. 45-48, 2006.
[2] Cheng, Shi; Zhao, Jiang; e Zhu, Yu. “O desenvolvimento do dispositivo de teste do coeficiente de equilíbrio”, Machinery Design & Manufacture, vol. 10(2) p. 76-80, 2010.
[3] Lixin, Sun. “A discussão da tecnologia de teste do coeficiente de equilíbrio do elevador”, 2014 (wenku.baidu.com/view/e51eec33f12d2af90342e61b.html).