Расчет основных нагрузочных параметров лифтов

Современные лифты, как грузовые, так и пассажирские, обычно оборудуются противовесами, называемыми также контргрузами. Но в подъемных машинах, устанавливаемых в шахтах, чаще всего для уравновешивания кабины/платформы применяется вторая такая же кабина/платформа.

Контргруз для подъемников выбирают так, чтобы он полностью уравновешивал вес кабины/платформы и некоторую часть веса, равного номинальному весу поднимаемого груза:

Qп = Qк + β×Qн (1)

Где:

1) символами Qн, Qк и Qп обозначен вес: номинального груза, кабины и противовеса;

2) символом β обозначен коэффициент уравновешивания, значение которого обычно берут равным 0,5 (или отличающимся от этого значения не более, чем на 0,1).

Необходимость уравновешивания кабин/платформ вызвана тем, что их перемещение без контргрузов требует применения более мощных двигателей. Целесообразность частичного уравновешивания и полезного перевозимого кабиной/платформой груза становится понятной при определении требуемой мощности двигателя из анализа графика нагрузки. Так, например, можно убедиться, что если лифт работает в основном с пустой кабиной, то на графике, требуемой для этого мощности двигателя, наблюдается минимум при β = 0,5.

Включение в кинематическую схему лифта контргруза ведет к тому, что происходит, во-первых, выравнивание графика, отображающего нагрузку двигателя, а, во-вторых, снижение нагрева этого двигателя при его работе.

Рис. 1. Схема баланса сил в работающем лифте

Рассматривая схему на рис. 1, можно для веса кабины с реальным грузом весом Qг (равным или меньшим номинального веса Qн) написать следующую формулу:

Q = Qк + Qг (2)

Где:

1) Qг — вес реально перевозимого груза;

2) Qк — вес кабины;

3) Q — вес кабины с грузом.

А с учетом веса противовеса Qп, формула для которого приведена выше, и если в кинематической схеме лифта нет уравновешивающего каната, а силами трения, воздействующими на противовес и кабину при их движении по направляющим можно пренебречь, можно записать:

F1 = Qк + Qг + qк×h1 (3)

F2 = Qк + β×Qн + qк×h2 (4)

Где:

qк — вес одного метра каната.

Усилие, приложенное к канатоведущему шкиву при перевозке реального груза, можно вычислить по следующей формуле:

F = F1 – F2 = Qк + Qг + qк×h1 - Qк - β×Qн - qк×h2 = Qг - β×Qн + qк× (h1 – h2) (5)

Таким образом, момент (M) и мощность (P) на валу электродвигателя определяются по формулам:

(6а, 6б, 6г, 6д)

Где:

1) M — это момент на валу двигателя, а P — его мощность, причем, если они записаны с буквой «д» (Mд, Pд), то рассматривается двигательный режим, а если с буквой «г» (Mг, Pг), то — генераторный режим;

2) η — кпд червячного редуктора, причем, если он записан с буквой «д» (ηд), то рассматривается режим прямой передачи энергии, а если с буквой «г» (ηг), то — обратной передачи.

Из формулы (5) следует, что если в кинематической схеме лифта нет уравновешивающего каната, то нагрузка привода зависит от высоты нахождения кабины/платформы лифта.

Подъемные машины с большой грузоподъемностью, например, в 10 тонн, и скоростью движения более 10 м/сек, и поднимающие грузы на большую высоту (более 200 м) оборудуются прочными массивными стальными канатами. Уравновешивание этих канатов при движении кабин/платформ наступает только в средней части пути. При этом в его начале и в конце канат сильно неуравновешен, что приводит к тому, что к валу двигателя приложен большой статический момент, либо затрудняющий работу привода, либо наоборот разгружающий его.

Неравномерная нагрузка, действующая на привод, требует установки в таких подъемных устройствах двигателей с завышенной мощностью. В случаях высоты подъема, превышающей 200 метров, уравновешивания основных подъемных канатов (головных) добиваются с помощью дополнительных (называемых хвостовыми) канатов, подвешиваемых снизу к кабинам/платформам. Если эти хвостовые канаты имеют диаметр и длину, такую же, как и головные, то кинематическая система становится уравновешенной.

При перевозке грузов нагрузка на привод постоянно изменяется. Поэтому для определения момента и мощности на валу привода при разных грузах строят график зависимости этих величин (по нескольким точкам) от нагрузки. Например, такой, как на рисунке ниже (рис. 2), и используют его в дальнейшем для нахождения промежуточных значений.

Рис. 2. Диаграмма, построенная по нескольким точкам

При выборе электропривода важно также учитывать и режим работы подъемной машины, а именно:

относительную (выраженную в процентах) продолжительность работы во включенном состоянии (ПВ);
количество включений двигателя в течение часа (ЧВ).

При этом режим работы подъемного оборудования во многом определяется его назначением. Так, например, в жилых зданиях график движения лифта относительно равномерный. Причем параметр ПВ равен приблизительно 40 %, а ЧВ обычно находится в диапазоне 90…120. В зданиях административного назначения нагрузка на лифтовое оборудование неравномерная. Она сильно возрастает утром во время прихода сотрудников на работу и вечером в момент их ухода домой, а также в полдень, в обеденный перерыв. При этом значение ПВ лежит в диапазоне 40…60 %, а ЧВ — 150…200.

Нарисовав график для статической нагрузки вала электродвигателя и выбрав тип привода, можно далее построить диаграмму нагрузок с учетом переходных процессов.

При этом необходимо учитывать количество остановок, совершаемых кабиной, а также время:

А) на разгон/ торможение привода;

Б) на открывание/закрывание дверей;

Г) на загрузку/выгрузку пассажиров.

Как правило, у лифтов, имеющих автоматически функционирующие двери, суммарное время на открывание/закрывание дверей и загрузку лифтовой кабины равно шести—восьми секундам.

Время, нужное на разгон/торможение лифта определяют по диаграмме движения, зная номинальную скорость перемещения, а также допустимое значение ускорения лифтовой кабины. А по нагрузочной диаграмме, построенной с учетом динамики и статики работы системы электропривода, можно произвести тепловой расчет двигателя и получить информацию о его нагревании, используя, например, метод средних потерь или другие методы.

Рис. 3. Изменение момента привода в зависимости от величины перевозимого кабиной груза

Где:

1 — кабина в начале пути (первый этаж);

2 — кабина в средней части шахты;

3 — кабина в конце пути (на самом верху шахты).

Ниже приведен пример расчета статических моментов, имеющихся на валу привода в разных режимах работы, для случая конкретного пассажирского лифта.

Исходные данные для расчета:

макс. грузоподъемность Qн = 4850 Н;
скорость перемещения кабины v = 1 м/сек;
макс. высота подъема hо = h1 + h2 = 43 метра;
вес кабины Qк = 6880 Н;
вес контргруза Qп = 9330 Н;
диаметр шкива Dш = 0,95 метра;
коэффициент передачи i редуктора привода = 40;
кпд передачи η = 0,65 (с учетом наличия сил трения);
вес каната Qкан = 860 Н.

Таблица

Усилие, действующее на шкив:

(7а, 7б)

А если учесть, что h2 = hо – h1, то получим:

(8а, 8б)

При работе лифта на подъем (Fc > 0) его электродвигатель функционирует в режиме, называемом «двигательным», и переходит в режим «генераторный», если Fc становится равным нулевому или отрицательному значению.

Результаты расчетов моментов двигателя по вышеприведенным формулам представлены в Таблице и на рисунке 3. Более точные значения требуемых величин могут быть получены при учете сил, препятствующих перемещению кабины и противовеса при их движении в шахте и обычно равных не менее 5 % от силы Fc.

2016.06.24