Шкив подъемника: типы, профили канавок, руководство по осмотру и советы по замене

Что такое лифтовой шкив и почему это важно?

Шкив лифта, также называемый в технической терминологии шкивом, представляет собой колесо с канавками, над которым проходят лифтовые тросы или стальные ремни для передачи движения и поддержки нагрузки кабины лифта и противовеса. Каждая система тягового лифта зависит от шкивов, которые перенаправляют ход каната, умножают механическое преимущество и передают движущую силу от тяговой машины к кабине. Без правильно спроектированных, изготовленных и обслуживаемых шкивов лифта тросы будут быстро изнашиваться, тяговая машина не сможет эффективно перемещать кабину, а риск проскальзывания троса или механического повреждения резко возрастет.

Термины «шкив лифта» и «шкив лифта» используются в промышленности как взаимозаменяемые, хотя технически шкив конкретно относится к шкиву с канавками, используемому с веревкой или кабелем. В лифтостроении под шкивом подразумевается само колесо с канавками, а под шкивом иногда подразумевается весь узел, включая вал, подшипники и корпус. Независимо от терминологии, эти компоненты лежат в основе механической системы каждого тягового лифта, а их геометрия, материал, профиль канавок и состояние напрямую определяют производительность лифта, срок службы троса и безопасность пассажиров.

В этой статье рассказывается, как работают лифтовые шкивы, различные типы, используемые в лифтовых системах, используемые материалы и производственные стандарты, как их проверять и обслуживать, а также на что обращать внимание при выборе сменных шкивов. Независимо от того, являетесь ли вы лифтером, менеджером по эксплуатации здания или инженером, проектирующим новую установку, детальное понимание лифтовых шкивов имеет основополагающее значение для обеспечения безопасной и эффективной работы лифтовых систем.

Как работают лифтовые шкивы в тяговой системе

В тяговом лифте приводная машина — электродвигатель, соединенный с редуктором, или безредукторный двигатель с прямым приводом — вращает тяговый шкив. Стальные тросы или стальные ленты с покрытием натянуты на тяговый шкив, при этом кабина лифта подвешивается с одной стороны, а противовес - с другой. Трение между тросом и канавками тягового шкива приводит машину вверх и вниз — машина не тянет веревку, как лебедка; он захватывает его посредством тяги. Это фундаментальное различие объясняет, почему профиль канавок, соотношение диаметров каната и шкива и материал канавок оказывают такое непосредственное влияние на производительность системы.

Помимо основного тягового шкива, в полной системе лифта используются несколько дополнительных шкивов. Дефлекторные шкивы перенаправляют канатную дорогу от тяговой машины к кабине или противовесу, когда машина не расположена непосредственно над подъемником. Натяжные шкивы поддерживают натяжение каната и правильное выравнивание всей системы. В тросовых гидравлических лифтах и ​​некоторых тяговых системах несколько шкивов расположены в виде полиспаста для достижения механического преимущества — схемы троса 2:1 и 4:1, используемые во многих лифтовых системах, требуют отклоняющих и натяжных шкивов для завершения канатного пути. Каждый шкив в системе способствует усталости каната при изгибе, поэтому количество шкивов, их диаметр и углы изгиба влияют на срок службы канатов.

Типы лифтовых шкивов и их особая роль

В полной установке лифта используются несколько различных типов шкивов, каждый из которых предназначен для определенной функции в канатной системе. Понимание того, что делает каждый тип и где он расположен, помогает диагностировать проблемы и указывать правильные замены.

Тяговый шкив (приводной шкив)

Тяговый шкив является основным приводным элементом лифтовой системы. Он установлен непосредственно на выходном валу тяговой машины — либо через редуктор, либо непосредственно на валу безредукторного двигателя — и его вращение приводит в движение кабину лифта и противовес за счет трения каната. Тяговые шкивы являются наиболее сильно нагруженными шкивами в системе, поскольку они подвержены как полному натяжению каната, так и усталости при изгибе из-за постоянного изгиба троса по поверхности шкива. Профиль их канавок должен точно соответствовать диаметру каната, а материал канавок должен обеспечивать достаточную тягу, не вызывая чрезмерного износа каната. Диаметр тяговых шкивов варьируется от примерно 320 мм на небольших бытовых лифтах до более 800 мм на высокоскоростных коммерческих системах.

Дефлекторный шкив

Отклоняющий шкив используется для перенаправления канатной дороги от тяговой машины в правильное вертикальное положение над кабиной или противовесом, когда машина не расположена непосредственно над осевой линией подъемника. В лифтовых установках без машинного помещения (MRL), где приводная машина установлена ​​в верхней части подъемного пути, а не в специальном машинном помещении, дефлекторные шкивы особенно важны для установления правильной геометрии каната. Шкивы дефлекторов также используются в верхних машинных отделениях, где машина смещена от центра подъемника. Они несут значительные нагрузки на растяжение каната, поэтому их размер и опора должны быть рассчитаны так, чтобы выдерживать эти силы без отклонения или вибрации.

Автомобильный шкив и шкив противовеса

В конфигурациях троса 2:1, когда веревка проходит от фиксированной точки крепления, вниз вокруг шкива на раме автомобиля, обратно вверх к дефлектору или верхнему шкиву и вниз к противовесу, шкив автомобиля и шкив противовеса устанавливаются на раме автомобиля и раме противовеса соответственно. Эти шкивы позволяют тележке и противовесу двигаться со скоростью, вдвое меньшей скорости каната системы 1:1, что снижает требуемую скорость каната и позволяет тяговой машине меньшего размера перемещать тот же груз. Шкивы кабины должны быть спроектированы с достаточным зазором для канатов внутри конструкции рамы кабины, а их подшипники должны выдерживать полную подвешенную нагрузку кабины плюс номинальную нагрузку, разделенную между ветвями каната.

Верхний шкив (вторичный шкив)

Верхние шкивы представляют собой фиксированные шкивы, установленные в верхней части подъемника или в верхней конструкции машинного отделения, которые перенаправляют канаты между тяговым шкивом и кабиной или шкивом противовеса в многовитых или сложных конфигурациях канатов. В тросовых системах 4:1, используемых в некоторых низкоскоростных грузовых лифтах большой грузоподъемности, компоновку полиспаста завершают несколько верхних шкивов. Эти шкивы обычно меньше в диаметре, чем тяговые шкивы, и предназначены в первую очередь для изменения направления канатной дороги, а не для обеспечения тяги.

Компенсационный шкив

В высоких зданиях, где вес троса становится значительным (обычно в зданиях высотой более 30 метров), компенсационные тросы или цепи подвешиваются под автомобилем и противовесом, чтобы уравновесить вес подъемных тросов во время движения автомобиля. В приямке лифта установлен компенсационный шкив, который направляет компенсационные тросы и поддерживает необходимое натяжение. Компенсационные шкивы натягиваются под действием силы тяжести и должны иметь возможность свободно перемещаться по вертикали в пределах, позволяющих компенсировать удлинение каната и динамическое перемещение каната во время работы.

Профили канавок шкива лифта и их влияние на срок службы каната

Профиль канавки шкив лифта является одним из наиболее технически важных аспектов конструкции лифта, напрямую влияющим как на тяговые характеристики, так и на скорость износа каната. В лифтовых шкивах используются три основных профиля канавок, каждый из которых представляет собой различный компромисс между тягой, давлением каната и усталостной долговечностью каната.

Круглая канавка (U-образная канавка)

Круглая канавка имеет круглое поперечное сечение с радиусом, немного превышающим радиус каната - обычно радиус канавки составляет 0,53–0,55 диаметра каната. Веревка контактирует с канавкой по большой дуге (примерно 120–150°), распределяя контактное давление равномерно по большой площади. Такое низкое контактное давление обеспечивает минимальную деформацию каната и максимальную усталостную долговечность каната, что делает шкивы с круглыми канавками предпочтительным выбором для всех дефлекторных шкивов, автомобильных шкивов и верхних шкивов, где тяга не требуется. Ограничением круглых канавок на тяговых шкивах является то, что они обеспечивают меньшую тягу (трение), чем канавки с подрезами, чего может быть недостаточно для систем с низким коэффициентом противовеса или высокими требованиями к ускорению.

Подрез V-образный паз

Канавка с подрезом сочетает в себе V-образную форму с подрезом небольшого радиуса внизу. Наклонные стороны канавки сжимают веревку, создавая эффект расклинивания, который значительно увеличивает нормальную силу между веревкой и канавкой — и, следовательно, увеличивает доступную тягу — по сравнению с круглой канавкой при том же натяжении веревки. Коэффициент тягового усилия, достижимый при использовании канавки с подрезом, обычно на 50–80% выше, чем при использовании круглой канавки с эквивалентным углом канавки, поэтому канавки с подрезом являются стандартным профилем для тяговых шкивов в большинстве современных лифтовых установок. Компромиссом является более высокое контактное давление на проволоку каната на кромках канавок, что ускоряет износ каната и снижает усталостную долговечность каната. Углы канавок подрезов обычно варьируются от 90° до 105°, причем более глубокие подрезы обеспечивают более высокое сцепление за счет более быстрого износа каната.

V-образный паз (полный V)

Полная V-образная канавка без подрезов обеспечивает максимальное тяговое усилие за счет сильного расклинивания, но за счет очень высокого контактного давления, которое приводит к быстрому износу каната. Полные V-образные канавки редко используются в современных тяговых шкивах пассажирских лифтов, но их можно встретить в старых установках или в некоторых грузовых и служебных лифтах. Высокое контактное давление между канатом и канавкой в ​​V-образной канавке также приводит к быстрому износу самой канавки, что требует более частой замены тягового шкива по сравнению с конструкциями с подрезной канавкой. Если в существующих установках встречаются полные V-образные канавки, их состояние следует тщательно оценивать во время технического обслуживания.

Материалы и стандарты производства лифтовых шкивов

Шкивы элеватора изготавливаются из материалов, выбранных таким образом, чтобы обеспечить правильное сочетание твердости, прочности, обрабатываемости и износостойкости для их роли в системе. В таблице ниже приведены основные используемые материалы и их характеристики:

Шкивы лифтов должны соответствовать соответствующим стандартам безопасности, включая EN 81-20 и EN 81-50 в Европе, ASME A17.1 в Северной Америке и GB 7588 в Китае. Эти стандарты определяют минимальное соотношение диаметров шкива и каната (обычно D/d ≥ 40 для тяговых шкивов, где D — диаметр шага шкива, а d — диаметр каната), допуски профиля канавок, требования к механическим свойствам материала и критерии проверки. Соблюдение этих стандартов является обязательным для утверждения типа лифта и проверяется как во время производства, так и во время периодических проверок безопасности.

Соотношение D/d: почему диаметр шкива относительно диаметра каната имеет решающее значение

Отношение среднего диаметра шкива (D) к диаметру каната (d), обычно обозначаемое как D/d, является одним из наиболее важных параметров при проектировании троса и шкивной системы лифта. Каждый раз, когда веревка изгибается над шкивом, внешние проволоки каната растягиваются, а внутренние сжимаются. Чем меньше шкив по отношению к веревке, тем сильнее это изгибающее напряжение и тем быстрее веревка накапливает усталостные повреждения. Соотношение D/d 40:1 — минимум, обычно требуемый стандартами безопасности лифтов для тяговых шкивов — означает, что для каната диаметром 13 мм минимальный диаметр шага шкива составляет 520 мм.

Использование большего соотношения D/d значительно продлевает срок службы каната. Исследования и полевые данные неизменно показывают, что увеличение D/d с 40 до 60 может более чем удвоить усталостную долговечность каната при эквивалентной нагрузке. Высокоскоростные лифтовые системы с большим циклом работы, например, в высотных коммерческих зданиях, совершающих сотни поездок в день, часто предусматривают соотношение D/d 60–80 или выше для достижения приемлемого срока службы канатов между заменами. Соотношение D/d должно поддерживаться для всех шкивов в системе, а не только для тягового шкива, поскольку усталость каната от изгиба накапливается для каждого шкива, с которым канат контактирует во время каждого цикла поездки. Дефлекторные и верхние шкивы иногда имеют меньший диаметр, чем тяговый шкив, но их вклад в усталость каната необходимо учитывать при расчете общего срока службы каната.

Проверка шкива лифта: что и когда проверять

Регулярный осмотр лифтовых шкивов является обязательным элементом технического обслуживания лифта по всем основным стандартам безопасности. Проверка шкивов преследует две цели: выявление изношенных или поврежденных шкивов до того, как они вызовут повреждение каната или отказ системы, а также проверку того, что система шкивов продолжает обеспечивать достаточную тягу и срок службы каната. Следующие пункты проверки должны включаться в каждое периодическое посещение лифта для технического обслуживания:

• Измерение износа канавок: Используйте калибр для канавок (профильный калибр, соответствующий номинальному профилю канавки) для измерения глубины и профиля каждой канавки. Канавки, износ которых превышает допуск производителя (обычно увеличение радиуса канавки более чем на 10–15 %) или видимое уплощение профиля подреза, необходимо повторно обработать или заменить шкив. Изношенные канавки уменьшают тягу в тяговом шкиве и увеличивают контактное давление троса в дефлекторных шкивах, ускоряя износ троса.
• Состояние поверхности канавок: Осмотрите поверхности канавок на наличие задиров, трещин, точечной коррозии или коррозии. Задиры — продольные канавки, прорезанные в канавке шкива оборванными проволоками каната — создают концентрацию напряжений в канате и резко ускоряют деградацию каната. Любой шкив с насечками необходимо повторно обработать, чтобы восстановить гладкую поверхность канавок, или заменить, если глубина канавок после повторной обработки упадет ниже минимальной.
• Постоянство глубины канавок: Измерьте глубину канавок во всех канавках шкива с несколькими канавками. Неравная глубина канавок приводит к неравномерному распределению нагрузки по веревкам: самая мелкая канавка несет наибольшую нагрузку, а веревки в более глубоких канавках испытывают меньшее натяжение. Этот дисбаланс нагрузки ускоряет износ перегруженного каната и снижает общий коэффициент безопасности системы. Канавки следует обработать повторно, если разница в глубине между канавками на одном шкиве превышает 0,5 мм.
• Состояние подшипника: Проверьте подшипники шкива на предмет шума, шероховатости или чрезмерного люфта, вращая шкив вручную со снятыми тросами. Грубые, шумные или ослабленные подшипники указывают на выход из строя смазки или износ подшипников и требуют немедленной замены. Неисправные подшипники шкива приводят к перекосу шкива, что приводит к ускоренному износу каната и ненормальной нагрузке на вал шкива и опорную конструкцию.
• Выравнивание шкива: Убедитесь, что шкив правильно совмещен с канатной дорогой — шкивы, которые смещены, заставляют веревку проходить под углом через канавку, создавая боковые силы, которые изнашивают веревку и канавку асимметрично и могут привести к тому, что веревка перескочит через канавку на высоких скоростях. Соосность проверяется с помощью линейки или лазерного инструмента для выравнивания по поверхностям шкива.
• Состояние шкива: Убедитесь, что все ограждения шкивов находятся на своих местах, не повреждены и правильно расположены, чтобы предотвратить сход троса с рельсов. Стандарты безопасности требуют, чтобы на всех шкивах лифта были установлены ограждения, удерживающие трос в канавке в случае внезапной потери натяжения.

Когда следует заменить шкив лифта

Решение о замене шкива элеватора вместо продолжения его эксплуатации или повторной обработки канавок – это решение, которое должно сбалансировать безопасность, срок службы каната и затраты на техническое обслуживание. Следующие условия требуют замены шкива или повторной обработки канавок и должны рассматриваться как обязательные действия, если они выявлены во время проверки:

• Износ канавок выходит за пределы допуска: Если измерения датчика износа канавок показывают, что износ канавок выходит за пределы установленного производителем допуска на радиус канавки или геометрию подреза, и когда остается достаточно материала, чтобы можно было выполнить повторную обработку без уменьшения толщины основания канавки до уровня ниже минимальной толщины стенки, канавки следует обработать повторно. Если материала для повторной обработки недостаточно, замените шкив.
• Трещина или перелом: Любые видимые трещины на корпусе шкива, ступице или ободе требуют немедленной замены шкива. Трещины в чугунных шкивах быстро распространяются под действием циклических нагрузок и могут привести к катастрофическому разрушению. Не пытайтесь отремонтировать треснувшие шкивы сваркой или другими способами.
• Задиры на канатных канавках, которые невозможно обработать: Если насечки настолько глубоки, что повторная обработка для удаления насечек приведет к уменьшению глубины канавки ниже минимальной, требуется замена.
• Коррозионные повреждения: Значительные коррозионные язвы на поверхностях канавок или на корпусе шкива в средах с высокой влажностью, химическим воздействием или прибрежным соленым воздухом могут потребовать замены, когда глубина точечной коррозии ставит под угрозу структурную целостность шкива или гладкость контактной поверхности каната.
• Износ корпуса подшипника: Если отверстие корпуса подшипника изношено или повреждено так, что наружное кольцо подшипника не может надежно удерживаться, шкив необходимо заменить — попытка использовать подшипники слишком большого размера или клейкие ремонтные составы в изношенном корпусе не является приемлемой мерой безопасности в лифтовых системах.

Лифтовые шкивы в современных РСЗО и высокоскоростных системах

Технология лифтов без машинного помещения (MRL), которая с конца 1990-х годов стала доминирующим типом установки для малоэтажных и среднеэтажных зданий, создала новые проблемы и создала новые конфигурации для систем лифтовых шкивов. В установках MRL тяговая машина монтируется внутри шахты — обычно наверху — и геометрия каната должна быть установлена ​​с помощью дефлекторных шкивов, расположенных в ограниченном пространстве конструкции шахты. Это предъявляет гораздо более высокие требования к точности позиционирования шкивов, конструкции опор конструкции и планированию доступа для обслуживания, чем при использовании традиционных установок в машинном отделении. Шкивы дефлектора MRL часто интегрируются в станину машины или монтируются на специальных стальных кронштейнах, приваренных или прикрепленных болтами к конструкции подъемного пути.

Высокоскоростные лифты, обслуживающие высотные здания, движущиеся со скоростью 4 м/с и выше, предъявляют жесткие требования к характеристикам тяговых шкивов. На высоких скоростях существенно возрастают вибрация каната, аэродинамические эффекты и динамические ударные силы в точках входа и выхода канатных блоков. Высокоскоростные тяговые шкивы всегда изготавливаются из кованой стали или высокопрочного ковкого чугуна, прецизионно сбалансированы для минимизации вибрации, оснащены высокоточными подшипниками и имеют тщательно оптимизированные профили канавок, которые минимизируют усталость каната при сохранении достаточного сцепления. Появление систем стальных ремней с плоским покрытием (таких как Schindler's Multibelt и Otis' Gen2) для скоростей до 4 м/с привело к появлению шкивов с полиуретановой облицовкой в ​​качестве альтернативы железным шкивам с канавками, обеспечивающих более тихую работу и более длительный срок службы ремней в условиях средней высоты, одновременно упрощая изготовление шкивов по сравнению с тяговыми шкивами с прецизионными канавками.