Общая часть

2. Общая часть

  2.1 Расчет металлоконструкции лифта   2.1.1 Назначение и устройство кабины лифта

Кабиной лифта называется закрытое грузонесущее устройство, предназначенное для транспортировки пассажиров и грузов.

Лифты могут оборудоваться непроходными и проходными кабинами в зависимости от планировки и назначения соответствующего здания или сооружения. Проходная кабина отличается наличием двух закрываемых дверей, расположенных на ее противоположных сторонах или под некоторым углом. Непроходная кабина оборудуется только одной дверью (не считая аварийной двери для перехода из кабины одного лифта в другой, которые размещаются в одной шахте).

Конструкция кабины и установленные в ней устройства и оборудование должны отвечать требованиям безопасности, комфортности условий транспортировки пассажиров и пожаростойкости.

Оборудование кабины должно иметь низкую виброактивность в широком диапазоне частот.

Между канатной подвеской и каркасом, между каркасом и купе кабины необходимо устанавливать амортизаторы для снижения шума и вибрации, распространяемого от лебедки по канатам в салон кабины.

Неблагоприятное воздействие вибрации на организм человека зависит от частоты и амплитуды колебаний. Допустимые величины амплитуды и частоты колебаний в кабине лифта не должны превышать значений [1], приведенных в табл. 2.1.

Основные требования к конструкции кабин лифтов отражены в разделе 5.5 ПУБЭЛ [4].

Таблица 2.1

Амплитуда колебаний, мм	Частота колебаний, Гц
0,1 – 0,2 0,005 0,003	3 – 5 16 32

Основу конструкции кабины составляют металлоконструкции несущего каркаса, который с помощью устройства, называемого подвеской, надежно соединяется тяговыми канатами подъемной лебедки. Каркас с помощью скользящих или роликовых башмаков центрируется на жестких направляющих, которые исключают заметные поперечные колебания кабины и гарантирует постоянство расстояний между движущимися и неподвижными частями лифта в шахте.

В нижней или верхней части каркаса, в непосредственной близости от башмаков, смонтированы ловители, по одному с каждой стороны кабины. Ловители включаются автоматически и затормаживают кабину относительно направляющих при аварийном превышении скорости движения, надежно удерживая ее на направляющих после остановки.

В нижней части каркаса кабины должны предусматриваться прочные опорные поверхности, необходимые для взаимодействия с упорами или буферами в приямке при аварийном проходе кабиной нижней посадочной площадки.

На каркасе жестко или через амортизаторы устанавливается купе кабины. Пол кабины жестко связан с конструкцией купе или служит грузовой платформой устройства контроля нагрузки, смонтированного на раме каркаса.

Передняя часть купе оборудуется закрываемыми дверями той или иной конструкции с устройствами, исключающими возможность движения кабины при открытых створках.

При наличии автоматических дверей их привод устанавливается на специальной раме, связанной с потолочной конструкцией купе (колпаком купе), в которой обычно монтируются светильники.

Внутри кабины находится аппарат приказов пассажиров, индикаторные устройства и система связи с диспетчерской службой.

Внутренняя отделка купе должна учитывать назначение лифта и специфические особенности контингента пользователей. Так, в жилых зданиях массовой застройки предпочтение следует отдавать антивандальным решениям и более практичной внутренней отделке.

Сборная металлическая конструкция купе является перспективным решением, отражающим отечественный и зарубежный опыт. Применение тонкостенных панелей из профилированной стали повышает технологичность, пожаростойкость конструкции купе при некотором снижении материалоемкости. Повышению пожаростойкости способствует применение дверей специальной конструкции с пожароустойчивым наполнителем и окраска стен купе термостойким лаком.

  2.1.2 Устройство и расчет каркаса кабины

Каркас кабины должен обладать достаточной прочностью и жесткостью, гарантируя безопасную работу лифта в рабочих, испытательных и аварийных режимах.

Конструкция каркаса собирается из стального проката или, в последнее время, из специально изготовленных гнутых профилей. Применяются сварные и болтовые соединения.

В нижней части каркаса предусматриваются опорные поверхности для взаимодействия с буферами в приямке шахты. С боковых сторон каркаса, в верхней и нижней его части, устанавливаются башмаки.

Наиболее нагруженной частью каркаса кабины является вертикальная рама. К ней крепятся тяговые и уравновешивающие канаты. На ней устанавливается горизонтальная рама с подвижным полом и купе. Вертикальная рама воспринимает динамические нагрузки при посадке кабины на буфер и ловители.

Верхняя и нижняя балка каркаса обычно имеют одинаковую конструкцию, и собирается из швеллеров или гнутого стального профиля.

Стойки вертикальной рамы крепятся к балкам посредством болтов и выполняются из прокатного или гнутого стального профиля. С целью увеличения жесткости болтовых соединений используются косынки из стального листа.

Момент сопротивления изгибу стоек обычно в 8 – 12 раз меньше соответствующего момента сопротивления балок. В связи с этим, при рабочих деформациях вертикальной рамы, изгибающие моменты заделки стоек имеют незначительную величину, что позволяет производить прочностной расчет балок и стоек независимо, по упрощенной методике.

Конструкция горизонтальной рамы каркаса кабины непосредственно воспринимает действие сил тяжести купе, груза и инерционных сил в рабочих и аварийных режимах.

Характер работы металлоконструкций горизонтальной рамы существенно связан с наличием и конструкцией взвешивающего устройства. Так, при применении взвешивающего устройства с подвижным полом, нагрузка на раму передается через опоры осей рычажной подвески пола, а при отсутствии взвешивающего устройства - непосредственно щитовой конструкцией пола.

Схема каркаса кабины представлена на рис. 2.1.

Задаемся размерами кабины:

– высота Н=2100 мм;

– глубина L=1400 мм;

– ширина В=1200 мм.

Рис. 2.1. Схема каркаса кабины: 1 – верхняя балка; 2 – стойка;

3 – нижняя балка; 4 – горизонтальная рама

Вертикальная рама каркаса представляет собой статически неопределимую конструкцию, которая может рассчитываться традиционными методами строительной механики или упрощенным способом на основе независимого рассмотрения работы горизонтальных балок и стоек [3].

Расчетная схема каркаса представлена на рис. 2.2. На схеме приняты

Рис. 2.2. Расчетная схема противовеса.

Приняты следующие обозначения: P_ис – расчетная нагрузка

в режиме статических испытаний; I₁, I₂ – моменты инерции

поперечных сечений стойки и балки вертикальной рамы;

h, l – основные размеры рамы

Расчетная нагрузка кабины определяется двукратным значением величины номинальной грузоподъемности.

При статических испытаниях груз равномерно распределяется по всей площади пола кабины.

Расчетная нагрузка, приложенная в середине пролета верхней балки составляет

, кН (2.1)

= 18,05 кН

Используя стандартные методы строительной механики можно определить изгибающие моменты в характерных точках рамы с учетом симметрии ее конструкции:

– моменты в местах крепления стоек к нижней балке (точки А, D)

(2.2)

- моменты в местах крепления стоек к верхней балки (точки В, С)

(2.3)

,

где  – коэффициент, учитывающий соотношение жесткости сопряженных элементов и размеры рамы.

- изгибающий момент в среднем сечении верхней балки

(2.4)

Для оценки влияния жесткости стоек на характер и величину деформации верхней балки определим вспомогательный коэффициент соотношения момента в заделке (точка В) и момента в точке приложения нагрузки от канатной подвески (точка Е)

(2.5)

В реальных конструкциях лифтов величина К_м ≥ 10, поэтому доля влияния моментов в узлах соединения балок со стойками очень мала, что делает вполне оправданным упрощенный расчет балок и стоек каркаса.

  2.1.3 Устройство и расчет пола кабины

Горизонтальная рама каркаса кабины вместе с полом образует несущую конструкцию грузовой платформы.

Полы могут иметь деревянную, металлическую или комбинированную конструкцию.

Кабины могут оборудоваться подвижными и неподвижными полами в зависимости от назначения лифта, наличия и особенностей конструкции системы контроля ее загрузки.

Неподвижные полы устанавливаются в кабинах грузовых, больничных лифтов и в пассажирских лифтах с устройством контроля времени загрузки кабины, или в тех случаях, когда применяемый метод контроля нагрузки не требует наличия подвижного пола. Неподвижный пол может быть составной частью конструкции купе кабины, закрепленного на несущем каркасе через амортизирующие прокладки или представлять собой коробчатую конструкцию грузовой платформы.

Металлическая конструкция неподвижного пола имеет защитное покрытие из дерева или синтетических материалов. Деревянные полы составляются из плотно пригнанных досок толщиной 50 – 80 мм, соединяемых в шпунт и связанных между собой поперечными брусьями. Деревянный настил устанавливается в металлическую раму с промежуточными поперечными балками. Для защиты деревянный настил покрывается тонким металлическим листом или пластиком.

Устройства контроля загрузки пассажирского лифта с подвижным полом обычно представляет собой грузовые или пружинные весы с одним или несколькими дискретными уровнями контроля нагрузки и соответствующими микропереключателями.

Подвижный пол кабины должен изготавливаться из сплошного щита и полностью перекрывать порог дверей, кабины. У кабин с автоматическими раздвижными дверями порог может быть неподвижным.

Вертикальный ход подвижного пола не должен превышать 20 мм [2].

На рис. 2.3 представлена схема устройства контроля загрузки кабины с грузовым механизмом.

Рис. 2.3. Схема грузового механизма контроля загрузки с подвижным полом:

1, 16 – ступицы; 2, 3, 4 – микровыключатели; 5, 10, 13, 14, 15, 18, 21 – рычаги;

6, 12 – грузы; 7 – пружина; 8, 22 – полые валы; 9 – упор; 17, 23 – ось; 11 – палец;

19 – горизонтальная рама каркаса кабины; 20 – опорная стойка пола;

24 – щитовая конструкция пола

Грузонесущей основой подвижного пола является горизонтальная рама 19 каркаса кабины.

Щитовая конструкция пола через стойки 20 шарнирами опирается на рычаги полых валов 8 и 22, которые с помощью подшипников закреплены на неподвижных осях 17, 23, установленных на горизонтальной раме. Вилки рычагов 13 и 21 охватывают подшипники рычагов 15, 18 ступицы 16, которая установлена на оси 17. Такая конструкция обеспечивает вертикальное поступательное перемещение пола независимо от положения груза в кабине.

На рычагах 5 и 14 ступиц 1 и 16 закреплены грузы взвешивающего устройства 6 и 12 Между грузами 12 и 6 имеется односторонняя связь посредством пальца 11, взаимодействующего со скобой, закрепленной на конце рычага 14.

Для контроля 10 % перегрузки кабины, кроме груза 6, используется цилиндрическая пружина 7 Под рычагами 5 и 14 установлены микровыключатели 2, 3, 4.

При отсутствии пассажиров в кабине, груз 12, установленный на рычаге 14, уравновешивает силу тяжести подвижного пола 24. При этом рычаг 14 воздействует на микровыключатель 2

При появлении груза в кабине массой более 15 кг равновесие системы нарушается и рычаг 14 с грузом 12 поднимается вверх. Срабатывает контактное устройство 2, сигнализируя системе управления о наличии груза.

Дальнейшее увеличение загрузки кабины сопровождается дополнительным подъемом рычага 14. Связанная с ним скоба поднимает палец 11 вместе с грузом 6, поворачивая рычаг 5 против часовой стрелки.

Если груз в кабине достигает 90 % номинальной грузоподъемности, дальнейший подъем рычага 5 приводит к срабатыванию контактного устройства 4. При этом система управления лифта перестает реагировать на попутные вызовы с этажных площадок.

При превышении номинальной нагрузки более чем на 10 %, рычаг дополнительно поднимается вверх сжимая предварительно сжатую пружину 7 срабатывает контактное устройство 3 и отключается двигатель механизма подъема. Момент срабатывания контактного устройства устанавливается регулировкой силы предварительного сжатия пружины 7.

В лифтах с распашными дверями кабины применяется более простая система подвижного пола с петлевым креплением одной его стороны и опорой другой на пружину. При такой конструкции чувствительность контроля нагрузки зависит от положения пассажира по отношению к петлевой подвеске пола.

Рассматриваемая конструкция является вариантом системы контроля нагрузки с пружинным уравновешиванием. Роль грузовой платформы взвешивающего устройства выполняет купе кабины, которое имеет возможность вертикальных, поступательных перемещений относительно каркаса кабины (рис. 2.4. а).

Отличительной особенностью данной конструкции является очень небольшая величина вертикальных перемещений пола купе, который остается практически неподвижным.

При отсутствии пассажиров в кабине, сила тяжести купе уравновешивается усилием предварительно деформируемой двухопорной балки 1. Установка величины предварительной деформации осуществляется регулировочным болтом 4 относительно неподвижной втулки 5 (рис. 2.4 б).

Увеличение нагрузки купе приводит к дополнительной деформации балки и увеличению угла ее поворота  на опорах. Благодаря этому, консольная часть балки, с винтом 6 на конце, поворачивается против часовой стрелки. Винт 6 действует на рычаг 7, который поднимается вверх, преодолевая усилие пружины 8, и перестает действовать на приводной механизм контактов микровыключателя 10 по достижению определенного, контролируемого уровня нагрузки купе кабины.

Рис. 2.4. Система контроля загрузки кабины с плавающей установкой купе

а) схема установки взвешивающего устройства: 1 – каркас, 2 – подвеска, 3 – купе,

4 – направляющие ролики вертикального перемещения купе,

5 – взвешивающее устройство;

б) схема устройства контроля нагрузки: 1 – упругая предварительно деформированная балка, 2 – устройство передачи нагрузки от пола купе на балку, 3 – направляющая втулка, 4 – болт регулировки предварительной деформации балки, 5 – упорная втулка,

6, 12 – винт регулировочный, 7 – балка рычажного передаточного механизма,

8, 11 – пружина, 9 – рычаг подвески микровыключателя,

10 – микровыключатель, 13 – упор

Взвешивающее устройство оборудовано тремя комплектами элементов 6 – 12 и их настройка позволяет контролировать три уровня загрузки кабины, включая перегрузку.

Винты 6 и 12 используются для регулировки нагрузки срабатывания каждого из 3-х микровыключателей 10. Под балкой установлен упор 13 для защиты ее от перегрузки, при посадке кабины на буфер или ловители.

Определяем параметры взвешивающего устройства.

Прогиб балки в середине пролета:

, (2.6)

где l – пролет балки, м;

I – момент инерции поперечного сечения балки, м⁴;

P – расчетная нагрузка, Н;

Е – модуль упругости материала балки, Н/м².

0,0009 м

Угол упругого поворота оси балки на опоре при прогибе в середине пролета

(2.7)

0,0022 рад

Тангенциальное перемещение болта 6 составит величину

, м, (2.8)

где r – радиус поворота рычага.

=0,00027 м

Перемещение конца рычага 7 в точке контакта с конечным выключателем

, м (2.9)

= 0,0007 м.

Соотношение плеч рычажной системы соответствует величине перемещения приводного элемента микропереключателя.

  2.1.4 Расчет направляющих башмаков

Для центрирования относительно направляющих кабин (противовесов) и неизменности расстояний между подвижными и неподвижными частями лифта на несущих каркасах устанавливаются башмаки. С каждой стороны кабины (противовеса) устанавливается по два башмака, в верхней и нижней ее части.

Конструкция башмаков охватывает головку направляющей с трех сторон, так, чтобы обеспечить действие нормальных сил, уравновешивающих опрокидывающие моменты, вызванные эксцентриситетом положения центра масс груза, кабины и смещением центра подвески.

Принимаем направляющие башмаки скользящей конструкции.

Площадь поверхности вкладыша определяем в зависимости от допустимого контактного напряжения материала:

- для боковой поверхности

, (2.10)

где  – расчетная нагрузка на башмак в поперечном направлении (рис. 2.5);

 – допустимое напряжение смятия материала вкладыша из капрона.

- для торцевой поверхности

, (2.11)

где N_н – расчетная нагрузка на башмак в торцевом направлении (см. рис. 2.5);

Силы нормального давления, действующие на башмаки в плоскости направляющих и в перпендикулярном к ним направлении, определим из уравнений равновесия кабины:

∑М_х = 0, ∑М_y = 0 (2.12)

Рис. 2.5. Схемы к расчету опорных реакций башмаков кабины:

а) схема горизонтальной проекции кабины;

б) схема вертикальной проекции кабины.

На рис. приняты следующие обозначения: А, В - ширина и глубина кабины, м; h - расстояние между башмаками по вертикали, м; П - обозначение точка подвески кабины; Х_п, Y_п - продольное и поперечное смещение точки подвески кабины относительно центра пола, м; S - натяжение тяговых канатов, кН; К - положение центра масс кабины; Г - положение центра масс расчетного груза; Х_в, Y_в - продольное и поперечное смещение центра масс кабины относительно центра пола, м; Х_г, Y_г - продольное и поперечное смещение центра масс расчетного груза, м; N_п, N_н - нормальные реакции в зоне контакта башмаков с направляющими, которые действуют перпендикулярно и параллельно плоскости направляющих; Р_к, Р_г - сила тяжести кабины и груза, соответственно, кН.

Из уравнений равновесия определяем соответствующие нормальные реакции

, (2.13)

, (2.14)

где Р_г = Q_р·10^-2 – величина силы тяжести массы расчетного груза, кН (для пассажирского лифта Q_р=0,5·Q_с, где Q_с – грузоподъемность из условия свободного заполнения кабины);

Р_к – сила тяжести массы кабины, кН;

Х_п, Y_п – координаты смещения точки подвески кабины, принимаются по конструктивным соображениям от 0,03 до 0,1 м;

Х_к, Y_к – величина продольного и поперечного смещения центра масс кабины, зависящая от конструкции дверей кабины, может приниматься в пределах от 0,02 до 0,1 м;

Х_г,=В/6, Y_г=А/6 - определяются в предположении, что расчетный груз равномерно распределен по треугольной площадке, составляющей 50 % площади пола кабины, отделенной диагональю прямоугольного контура.

  2.2 Расчет направляющих

Направляющими называются неподвижно установленные в шахте стальные рельсы, расположенные по боковым сторонам кабины (противовеса), которые гарантируют прямолинейное движение без поперечного раскачивания и обеспечивают постоянство безопасных зазоров между подвижными и неподвижными частями оборудования в шахте лифта.

В аварийных режимах посадки на ловители направляющие служат прочной основой для плавного торможения и надежного удержания кабины (противовеса) до момента снятия с ловителей. Возникающие при этом значительные динамические нагрузки непосредственно воспринимаются направляющими и устройствами их крепления в шахте.

В нормальных рабочих режимах направляющие воспринимают силы нормального давления башмаков, которые обусловлены смещением центра масс груза и кабины относительно канатной подвески или процессом загрузки кабины средствами напольного транспорта.

От прочности, жесткости и точности установки направляющих зависит надежность и безопасность работы лифта. В связи с этим раздел 5.3 ПУБЭЛ предъявляет ряд специальных требований к конструкции направляющих [4].

Прочностной расчет направляющих производится с учетом нагрузок действующих в рабочем режиме и при посадке на ловители (рис. 2.6).

Примем следующие обозначения:

l, l_р – величина пролета крепления направляющей и ее расчетный пролет;

е – эксцентриситет приложения продольной силы R относительно центра тяжести сечения направляющей;

N_н, N_п – нагрузка, действующая в плоскости направляющих и перпендикулярном к ней направлении;

R – расчетная величина тормозной силы ловителя;

М_н, М_п, М_R – изгибающие моменты в опасном сечении направляющей.

Рис. 2.6. Расчетные схемы направляющих

а) многоопорная балка; б) двухопорная балка

Направляющая рассматривается как неразрезная многопролетная балка, загруженная в одном пролете поперечными, нормальными силами и продольной тормозной силой при посадке кабины (противовеса) на ловители.

Методика расчета направляющих противовеса особой специфики не имеет. В связи с этим, более детально рассмотрим расчет направляющей кабины.