Kılavuz Ray Braketleri ve Bağlantı Parçalarının Modellenmesi ve Analizi

Serkan Elmalı, Adem Canda ¸ s, Eren Kayao ˘glu, C. Erdem Imrak ve Sefa Targit

Bu bildiri şu adreste sunuldu: USA 2012, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk olarak A. Lustig tarafından düzenlenen IAEE kitabı Elevator Technology 19'da yayınlandı. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izniyle yeniden basılmıştır. (İnternet sitesi: www.elevcon.com). Bu makale tam bir yeniden basımdır ve ELEVATOR WORLD tarafından düzenlenmemiştir.

Anahtar Kelimeler: Kılavuz raylar, kılavuz ray konsolları, sonlu elemanlar yöntemi

Özet

Her türlü asansörde kabini ve karşı ağırlığı dikey hareketlerinde yönlendiren ve kabini güvenlik tertibatı uygulamasında durduran ve tutan kılavuz rayları bulunur. Asansör güvenliği açısından en önemli olanlardır. Kılavuz ray braketleri, rayı mile sabitlemek için ray boyunca birbirinden düzenli aralıklarla konumlandırılır ve ayrıca bağlantı parçaları (kelepçeler ve cıvatalar) yardımıyla ray kılavuzuna ve mile bağlanır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar analizi için kılavuz ray braketleri ve kılavuz rayların ankrajına bağlantı parçaları modellenmiştir. İki ray braketi arasında farklı yükleme koşulları ve farklı kuvvet uygulama noktaları için kılavuz ray braketlerinin gerilme ve sehim analizleri yapılmıştır.

1. Giriş

Her türlü asansörde kabini ve karşı ağırlığı dikey hareketlerinde yönlendiren ve kabini güvenlik tertibatı uygulamasında durduran ve tutan kılavuz rayları bulunur. Asansör güvenliği açısından en önemli olanlardır. Kılavuz ray braketleri, rayı mile sabitlemek için ray boyunca birbirinden düzenli aralıklarla konumlandırılır ve ayrıca bağlantı parçaları (kelepçeler ve cıvatalar) yardımıyla ray kılavuzuna ve mile bağlanır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar analizi için kılavuz ray braketleri ve kılavuz rayların ankrajına bağlantı parçaları modellenmiştir. İki ray braketi arasında farklı yükleme koşulları ve farklı kuvvet uygulama noktaları için kılavuz ray braketlerinin gerilme ve sehim analizleri yapılmıştır. Ek olarak, test aparatı, farklı yükleme koşulları uygulanırken klipslerin ve cıvataların deneysel stres analizi için tasarlanmıştır.

Asansör kılavuz rayları, asansörlerin izlediği yolu tanımlayan asansör sistemlerinin bileşenleridir (Targit, 2002). Normal şartlar altında, kılavuz raylar basitçe asansörlerin kat ettiği ve asansör kabinlerine uygulanan yük ve kuvvetlerden korunduğu varsayılan asansör yollarını tanımlar (Demirsöz ve diğerleri, 2005). Asansör hareketi sırasında, özellikle kabin iyi dengelenmişse ve yük iyi dağıtılmışsa, kuvvetler nispeten düşük olacaktır.

Raylara uygulanan diğer yükler ise acil durumlarda güvenlik tertibatı çalışmasından olacaktır (Targit, 2002). Uygulanan yükler, güvenlik tertibatı tipine bağlı olarak çok yüksek olabilir (Imrak et al 2006).

Pratikte, kabinin kılavuz rayları, kuyunun tepesinde (asma kılavuz rayı) veya çukurda olmak üzere iki farklı şekilde sabitlenir ve kılavuz ray braketleri, rayı desteklemek için ray boyunca birbirinden düzenli mesafelerde konumlandırılır. (Koç ve diğerleri, 2010). Kılavuz raylara etki eden emniyet cihazlarının maruz kaldığı burkulma yükleri, kılavuz ray hesaplarında önemli parametrelerdir. Dikey yük (F_k) Kılavuz raylar çukura sabitlendiğinde iniş emniyet cihazı çalışması durumunda kılavuz rayın tokasını yapar. Bu durumda kuyuda düşey burkulma yükleri bulunduğundan kılavuz ray braketleri ve ray sabitleme klipsleri aşırı yüklere maruz kalmaz (Kıral vd, 2004).

Asansör kılavuz ray braketleri ve klipsleri hakkında önemli araştırmalar yapılmıştır (Koç ve diğerleri 2010; Kıral ve diğerleri 2004). Koç, farklı çalışma durumlarında farklı yükleme dağılımı için kılavuz ray braketlerinin gerilme analizini inceledi. Kıral, EN 81-1:1998 standardında tanımlanan farklı olası yükleme durumları için kılavuz ray ve kılavuz ray braket montajını araştırmıştır.

Bu çalışmada kılavuz rayın (T90) emniyet tertibatı çalışması sırasında EN-81 standardına göre gerilme ve deformasyon hesapları yapılmıştır. Kılavuz ray, ray braketleri ve klipsler modellenmiş ve kılavuz ray montajının sonlu eleman modeli yapılmıştır. Kılavuz ray hesaplarında oluşan kuvvetler referans alınarak, kılavuz ray braketlerinin ve klipslerin sonlu eleman gerilme analizi yapılmıştır. Bu konu ile ilgili, özellikle kılavuz ray braketleri ile ilgili çalışmalar literatürde yeterli değildir. Bu çalışmada daha önce yapılmış bazı çalışmalar referans alınarak mevcut eksikliklerin giderilmesi hedeflenmektedir.

2. Kılavuz Ray Braketi

Güvenli, sorunsuz ve konforlu bir seyahat için kılavuz ray braketleri, kılavuz raylarla birlikte en önemli bileşenlerdir. Kılavuz ray braketleri, kılavuz rayların duvara montajı için kullanılır ve genellikle sacdan bükülerek üretilirler. Kılavuz rayların ray konsollarına montajında ​​farklı tipte klipsler kullanılmaktadır (Koç, 2009).

Şu anda klipslerin ve braketlerin hesaplanması için mevcut standartlar olmamasına rağmen, güvenlik tertibatının hareketini ve özellikle bina oturması ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan genişlemeler nedeniyle klips ile kılavuz ray arasında oluşan kuvvetleri dikkate almak çok önemlidir. Braket tipi seçimi, kullanılan klipse bağlı olacaktır, çünkü braketteki gerilimler, klips ve kılavuz ray arasındaki sürtünme katsayısı ile ilgilidir (Sanz ve diğerleri, 2008).

Kılavuz ray braketi ve klips tasarımı, bu öğeler rayları hizada tutma araçlarını sağladığından önemlidir. Alçak kurulumlarda, rayları rijit tutmak için dövme çelik klipsler kullanılabilir. 20 m'den yüksek kurulumlar için yaylı klipsler tercih edilir çünkü bina sıkıştırmasına izin verirler. Tüm bina genişler, büzülür ve bir dereceye kadar hareket eder ve ilk kurulum sırasında elde edilen ray hizalaması bu gerçekleşirken korunmalıdır. Yine bina ne kadar yüksek ve asansör ne kadar hızlı olursa, bu husus o kadar kritik hale gelir (CIBSE Guide D).

Montaj sırasında, kılavuz rayı yerine sabitlemek için braketler sabitlenmeden önce kılavuz ray uygun bir montaj konumuna getirilmelidir. Braketler genellikle kılavuz rayın hareketi ile dönerek, klipslerin kılavuz raya karşı istenmeyen bir şekilde bükülmesine ve kilitlenmesine neden olur. Ayrıca, kılavuz rayın hizalama için hareketi ve kılavuz raydaki tutarsızlıkları telafi etmek için geleneksel ray klipsleri ile kolayca uyum sağlanmaz. Buna göre, farklı boyuttaki kılavuz rayları barındıracak şekilde ayarlanabilen ve bir asansör kuyusu içinde kuruluma yardımcı olmak için kılavuz raya hareketli şekilde sabitlenebilen bir montaj braketinin geliştirilmesi ve tasarlanması arzu edilir (Koç). ve diğerleri, 2010).

3. Sonlu Eleman Modeli

Bu çalışmada örnek bir asansör projesi referans alınarak asansör kılavuz ray hesabı yapılmıştır. Kabin patenlerinin raylara uyguladığı kuvvetler TS EN81-1 standardındaki muhasebe ilkelerine göre hesaplanmıştır. Kılavuz ray kuvvetleri, gerilme ve sehim değerlerinden alınan hesaplar, ray braketlerinin sonlu eleman analizi için sınır koşulları olarak kullanılmıştır. Kılavuz rayların ve ray braketlerinin güvenlik tertibatının devreye alınması sırasındaki statik davranışlarını analiz etmek için kabin ve kılavuz ray ile ilgili montaj parametreleri Tablo 1'de verilmiştir (Elmalı, 2011).

Sonlu elemanlar yöntemi, mühendislikteki çeşitli problemlere çözümler elde etmek için uygulanabilen sayısal bir prosedürdür. Kılavuz raylarda yaşanan gerilmelerin doğru tahmini, ancak hesaplamalı mühendislik tekniklerinin uygulanmasıyla elde edilebilir. Ray ve braketleri yönlendirmek için sonlu eleman çözümleri, esas olarak gerilmelere statik iki boyutlu yaklaşımları oluşturur (Moaveni, 1999).

Kılavuz rayların hesaplanmasından sonra ray konsollarının sonlu eleman gerilme analizi yapılacak ve yorumlanacaktır. Modellemeden analiz sonuçlarına kadar birçok program kullanıldı. Bu programlar ve aşamalar Şekil 1'de gösterilmiştir.

Solidworks'te modellenen kılavuz rayların ve ray bağlantı elemanlarının sonlu elemanlar ağı Hypermesh'te oluşturulmuştur. Rayın toplam uzunluğu 5000 mm ve ray braketleri arasındaki mesafe 2000 mm'dir. Bu çalışmada, önceki çalışmalara kıyasla yarım model (sadece üst veya alt parantez) yerine tam model (hem üst hem de alt parantez) kullanılmıştır. Analiz sırasında cıvataların sınır koşulları belirleyeceğinden, somun ve cıvataların sonlu elemanlar ağının oluşturulmasına gerek görülmemiştir.

Rayların sonlu eleman modeli oluşturulurken 8 düğüm noktalı dikdörtgen prizma elemanları ve 6 düğüm noktalı üçgen prizma elemanlar kullanılmıştır. Modelde kullanılan elemanların sayısı ve çeşitleri Tablo 2'de verilmiştir (Elmalı, 2011).

Bu çalışmada, kılavuz ray, kılavuz raya bağlı olarak seçilen kılavuz ray braketi ve tırnağa ray sabitleme malzemesi St37 çelik olarak seçilmiştir. St37 malzemesinin elastisitesi Hypermesh programında tanımlanmıştır. Bu tanımlama için programa girilen değerler;

• Malzeme özellikleri: Doğrusal izotropik
• Elastikiyet modülü: 2,1 x 10⁵ N / mm²
• Zehir oranı: 0,3

Analiz sırasında montaj parçaları hareket ediyorsa veya analiz sırasında her parça farklı davranış gösteriyorsa, parçalar arasındaki temas özellikleri tanımlanmalıdır. Birlikte çalışan bağlantısız parçalar arasındaki etkileşimi tanımlamak için tüm elemanlar seçilmiş ve aralarındaki 'temas' özelliği tanımlanmıştır. Parçalar arasındaki sürtünme katsayısının tanımlanmasından sonra sürtünme özelliği dikkate alınır.

Nastran sonlu elemanlar çözücü programının ara yüzü olan Patran programında sınır koşulları ve yükler verilmiştir. Bu modelde 3 farklı sınır koşulu uygulanmıştır. Bunlar:

a) Bu çalışmada kılavuz rayların asansör kuyusu tabanında desteklendiği varsayılmıştır. Bu nedenle montaj için kullanılan kılavuz ray, bağlantı plakaları ile bağlanan yerlerden (civata deliklerinden) ankrajlı destek olarak sabitlenmiştir.

b) Ray braketleri ile tırnaklar arasındaki cıvata bağlantısı rijit elemanlarla tanımlanmıştır. Benzer şekilde braketler arasındaki cıvata bağlantısı da rijit elemanlarla tanımlanmıştır.

c) Bu çalışmada, braketlerin kuyu duvarına kaynakla sabitlenmesi nedeniyle duvar yüzeyine sabitlenen braketin yüzeyi ankrajlı olarak tanımlanmıştır.

Küçük deformasyonlara (uygulanan kuvvetin yönü parçanın deformasyonuna bağlı olarak değişmez), elastik malzemelere (plastik deformasyon gözlenmez) ve statik yüklemelere (yükleme süresine bağlı olarak değişmez) sahip yapı sistemlerinin çoğu. lineer statik analiz ile çözülebilir. Bu tanıma göre bu sistemin çözümü için lineer statik analiz seçilmiştir.

4. Sayısal ve Hesaplamalı Sonuçlar

EN 10-16 standardına göre hesaplanmış 81 katlı bir binada 1 yolcu kapasiteli asansör sisteminin montajı için kullanılabilen kılavuz raylar üzerindeki gerilmeler ve sehimler. Merkezi yönlendirmeli ve asılı kabin durumu için paraşüt tertibatının çalışma durumu için ray hesaplamaları yapılmıştır. Paraşüt sistemi için kayma frenli paraşüt sistemi kullanıldı. Kılavuz raylara yardımcı olacak bir cihaz yoktur. Bu çalışmada merkezi yönlendirmeli ve asma kabin durumu ve ilgili boyutlar Şekil 3'te gösterilmiştir (Imrak vd., 2008b).

Kılavuz ray braketi ve klipslerinin stres dağılımını ve sapmalarını analiz etmek için, sonlu eleman analiz aracı olarak NASTRAN yazılımı seçilmiştir. Patran arayüz programında sınır koşulları ve yükleri verilen sonlu eleman modelinin analizi ile Nastran'daki kılavuz ray konsolları üzerindeki gerilme ve sehim değerleri elde edilmiştir. Kılavuz ray, çukurun alt ucunda desteklenir ve kılavuz ray braketleri, kılavuz ray boyunca birbirinden düzenli mesafelerde konumlandırılır (Janovsky, 1999). 800 kg kabin yük kaydı için, yük kaydının ağırlık merkezi ile ray ekseni arasındaki 200 mm mesafe, emniyet tertibatının ray durumuna orta nokta etkisi, kılavuz ray braketlerindeki gerilme değerleri Şekil 4'te gösterilmiştir ve değerleri sapma Şekil 5'te gösterilmektedir.

En yüksek gerilme değeri 44,1 MPa olup orta göbeklerdeki cıvata bağlantı noktalarına yakın bir noktadadır. Buna benzer olarak, genellikle cıvata bağlantı noktalarına yakın bir bölgede yüksek gerilmeler görülmüştür. Maksimum sehim değeri 0,367 mm olup, ray ile birleştirilmiş orta göbekte görülmüştür. Alt braketlerdeki ve üst braketlerdeki maksimum sapma noktaları aynı noktalarda değildi. Simetriklerdi. Çünkü ray burkulması ve ray eğilmesi sonucu braketler üzerindeki tepki kuvvetleri zıttır.

Farklı kabin yükleri ve yük kaydının ağırlık merkezi ile ray ekseni arasındaki farklı mesafeler için analizler tekrarlandı. Bu analizin sonuçları ve alt ve üst braketlerdeki maksimum gerilme değerleri birbirleriyle karşılaştırmalı olarak Şekil 6 ve Şekil 7'de verilmiştir.

Orta göbek maksimum sehim değerleri ve üst braket değerleri sırasıyla Şekil 8 ve Şekil 9'da birbirleriyle karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Yukarıdaki grafiklerden de anlaşılacağı gibi, kabin yük kaydının ağırlık merkezleri ile ray ekseni arasındaki mesafe arttıkça gerilme sonu sehim değerleri artmaktadır. Beklendiği gibi, kabin yük kaydının artmasıyla stres ve sehim değerleri artar.

5. Sonuç

Bu çalışmada, kılavuz rayların gerilmeleri ve sehimleri sayısal yöntemle incelenirken, diğer yandan rayları duvara desteklemek için kullanılan ray konsolları sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiştir. Eksen ofsetinin etkilerini göstermek için bir örnek verilmiştir. Bu durumda, karşılaştırma için T2000/B kılavuz rayındaki kılavuz ray braketleri arasındaki 70 mm dikey mesafe incelenir, şekillerde farklı eksen ofsetleri verildiği için sonlu elemanlar yöntemi sonuçları. Nastran'dan elde edilen gerilme ve sehim değerleri artan aralık (xQ) ile artmaktadır. Bunun yanında cıvata bağlantı noktalarında yüksek gerilmeler görülmüştür. Alt ve üst parantezlerdeki maksimum sapma noktaları aynı noktalarda değildi; ama simetriklerdi. Çünkü ray burkulması ve ray eğilmesi sonucu braketler üzerindeki tepki kuvvetleri zıttır.

Teşekkür

Bu araştırma, İTÜ Araştırma Fonu tarafından finanse edilen “Dinamik Yükleme Koşullarında Asansör Kılavuz Ray Braketlerinin Modellenmesi ve Analizi” projesinin bir parçasıdır.

REFERANSLAR
Demirsöz, R, İmrak, CE, Targıt, S. (2005). Sonlu Eleman Analizi
Güvenlik Donanımı Çalışması Sırasında Asansör Kılavuz Rayları, Asansör Teknolojisi 15, Proc. ELEVCON' 2005, s.41-50.
Elmalı, S (2011). "Kılavuz Ray Ankrajlarının Gerilme Analizi", Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul.
İmrak, CE, Bozdağ, E., Sunbuloğlu, E., Toprak, T., Targıt, S. (2006). Kılavuz Rayların Deneysel Gerilme Analizi, Asansör Teknolojisi 16, Proc. ELEVCON' 2006, s.111-119.
İmrak, CE, Bedir, S., Targıt, S. (2008a). Kılavuz Raylar ve Emniyet Dişlilerindeki Gerilmelerin İncelenmesi, Elevator Technology 17, Proc. ELEVCON' 2008, s.111-119.
İmrak, CE, Bedir, S., Kayaoğlu, E. (2008b). Sonlu Eleman Modelleme
& Emniyet Donanımı Çalışması Sırasında Kılavuz Raylarda Gerilme Analizi, İnce Yapıların Mekaniği Sempozyumu MoSS 2008, Baltimore, ABD.
Janovsky, L. (1999). Elevator Mechanical Design, üçüncü baskı, Ellis Horwood Publ., Londra, 322 s.
Kıral, Z., Tavaslıoğlu, S. (2004), Kılavuz Braketlerin Güvenlik Cihazı Çalışması Dahil Farklı Yükleme Durumlarında Bilgisayar Destekli Analizi, Asansör Teknolojisi 14, Proc. ELEVCON' 2004, s.155-162..
Koç, S., İmrak, CE, Targıt S. (2010). Tasarım Parametreleri ve Gerilme Analizi
Asansör Kılavuz Ray Braketleri, Asansör Teknolojisi 17, Proc. ELEVCON' 2008, s.177-185.
Moaveni, S. (1999). Sonlu Elemanlar Analizi: ANSYS, Prentice-Hall, New Jersey ile Teori ve Uygulama.
Sanz, J., Fernandez, JE, (2008). Asansör Güvenliğinde Sürüş Yolunun Önemi, Asansör Teknolojisi 17, Proc. ELEVCON' 2008, s.343-353
Targıt, S. (2002). Asansör Kılavuz Rayları, Montajı ve Hizalanması, Elevator World Eylül 2002, s.102-105.