Е. Я. Иоффе
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ЛИФТЫ
Е. Я. Иоффе
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ
ЛИФТЫ
Москва Стройиздат 1988
ББК 39.9 И 75
УДК 692.66
Печатается по решению секции литературы по жилищно-комМу-налыюму хозяйству редакционного совета Стройиздата.
Рецензент: канд техн, наук А. А. Понов (МИСИ им. В В. Куйбышева, кафедра «Строительные и дорожные машины»).
Иоффе Е. Я.
И 75 Высокоскоростные лифты.— М.:	Стройиздат,
1988.—92 с.: ил.
ISBN 5 274-00109-2
Кратко описано устройство отечественных скоростных пассажирских лифтов. Приведен анализ узлов высокоскоростного лифта, обоснован выбор оптимальных конструкций. Рассмотрены особенности работы высокоскоростных лифтов (повышенная вибрация, шум, давление воздуха в кабине). Освещен зарубежный опыт создания высокоскоростных лифтов.
Для инженерно-технических работников, занятых проектированием и эксплуатацией лифтов.
3206000000—630 --------------37
047(01)—
ISBN 5-274-00109-2
ББК 39.9
Стройиздат, 1988
ВВЕДЕНИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено улучшение жилищных условий советских людей, для чего необходимо обеспечить каждую семью отдельной квартирой или домом, увеличить строительство жилых домов по новым экономичным типовым проектам с усовершенствованной планировкой квартир, значительно расширить возможности улучшения жилищных и бытовых условий трудящихся.
В современных городах в связи с массовым строительством зданий повышенной этажности значительно возросли потребности в комфортабельных и экономичных пассажирских лифтах. В отечественном лифтостроении налажен серийный выпуск пассажирских лифтов для зданий высотой 17—25 этажей. Однако пока еще нет опыта создания высокоскоростных лифтов для больших высот подъема (50—100 этажей).
При создании лифтов возникают технические трудности, для преодоления которых необходимы существенные затраты времени и материальных средств.
Техническая литература по лифтостроению содержит весьма незначительное количество монографий по созданию и расчету лифтов, а также по исследованию физических процессов, возникающих при их работе.
Книга Ф. Хайменса и А. Хельборпа [1], вышедшая в свет более 50 лет назад, является, по существу, единственной монографией по лифтам, выполненной на высоком научном уровне. Однако в ней охвачены не все проблемы лифтостроения и описаны процессы, происходящие на тихоходных лифтах с небольшой высотой подъема. Тем не менее эта книга и до настоящего времени имеет большую ценность и является примером научного подхода к исследованию лифтов.
Лучшей из отечественных монографий является книга Г. К. Корнеева и др. [2], опубликованная более 25 лет назад. Она содержит много фактического материала по конструкциям лифтов и некоторые элементарные расчеты. Однако эта книга посвящена тихоход
3
ным лифтам с небольшой высотой подъема. 6 монографии Н. Г. Павлова [3], изданной в 1965 г., приведены некоторые несложные расчеты. Эта книга также посвящена тихоходным лифтам, однако в ней описаны пассажирские лифты грузоподъемностью 1500 кг со скоростью 3,5 м/с, созданные для высотных зданий Москвы. В числе других отечественных монографий по лифтам еле дует отметить книгу И. И. Ивашкова и др. [4], в которой дана подробная оценка процесса совместной работы канатоведущего шкива и тягового каната.
Из первых зарубежных монографий по лифтам известны книги Е. Моллоу [14] и К. Вольпи [15], которые давно устарели. В монографии «Лифты» Ф. Аннета [16], изданной в 1960 г., в основном даны описания конструкций тихоходных лифтов без каких-либо расчетов. Рассмотрены лифты со скоростью не более 2,5 м/с. Вы державшая несколько переизданий монография Р. Филлипса [17] последний раз была опубликована в 1973 г. Книга содержит объемное описание лифтовых конструкций и узлов; расчетов почти нет. Максимальная скорость рассматриваемых лифтов 5 м/с. Книга А. Хубенова и др [13], изданная в 1969 г., во многом напоминает монографию Г. К Корнеева и др.
Известная монография по лифтам Дж. Стракоша [18] содержит описание фактического материала по конструкциям лифтов без серьезных расчетов. Автор этой книги не рекомендует применять лифты со скоростью более 8 м/с, считая, чго лифты при пуске не могут быть ускорены быстрее, чем пассажиры приспособятся к изменению скорости. Для экспрессных лифтов требуется определенный минимум числа остановок, который и определяет скорость лифтов. Для зданий высотой 40—50 этажей Дж. Стракош рекомендует лифты со скоростью 5—6 м/с. Описание особенностей работы скоростных лифтов отсутствует.
В книге А. Пиагкевича и X. Урбановича [19] имеется большой фактический материал по конструкциям лифтов и их расчетам, даны некоторые рекомендации. Однако конструкции узлов высокоскоростных лифтов не приведены и не описаны особенности работы высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема.
Монография по лифтам В. Крэкиунойу и др. [20] содержит большой материал по конструкциям тихоходных лифтов. Приведено назначение и устройство всех лифтовых узлов Даны некоторые расчеты Однако в книге нет описания высокоскоростных лифтов.
Книга Р. Адлера [21] в основном посвящена выбору вертикального транспорта для зданий. В ней приведено описание некоторых лифтовых узлов. Сообщается, что в Чикаго в Центре Джона Хэнкока, имеющем 100 этажей, установлены лифты со скоростью 9 м/с. Описание конструкций высокоскоростных лифтов не приводится. Ре
4
комендуется принимать следующие скорости пассажирских лифтов, м/с: для числа этажей 2—5; 5—10; 10—15; 15—25; 25—35; 35—45; 45—60; 60 и более соответственно скорости лифта должны быть: 1,25—2; 1,75—2,5; 2,5—3,5; 3,5—4; 4—5; 5—6; 6—8; 9.
В книге Л. Яновски и И. Долежала [22] изложен обширный материал по конструкциям современных лифтов и отдельных лифтовых узлов. В ряде разделов имеются расчеты. Приведены данные о высокоскоростных лифтах, действующих в США. Указано, что скорость лифтов в США достигает 9 м/с. Однако в книге не рассмотрены конструкции высокоскоростных пассажирских лифтов, не приведены их расчеты, нет описаний физических процессов, возникающих при работе высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема. Книга В. Червенки и др. [23] также не содержит каких-либо существенных сведений о высокоскоростных лифтах.
Приведенный краткий обзор книг по лифтостроению свидетельствует о том, что ни одна из известных книг не содержит научно обоснованных исследований большинства физических процессов, происходящих в высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема. Тем не менее некоторые сведения о высокоскоростных лифтах для больших высот подъема иногда публикуются в зарубежных журналах, анализ информации которых позволил выявить основные особенности работы высокоскоростных лифтов и определить наиболее важные задачи, стоящие перед разработчиками при создании отечественных высокоскоростных лифтов.
Сведения, имеющиеся в зарубежной периодической печати, позволяют утверждать, что в мировом лифтостроении созданы и в настоящее время находятся в эксплуатации несколько высокоскоростных лифтов, имеющих самую большую высоту подъема. Эти лифты, изготовленные в США и Японии, имеют скорость 9 м/с при высоте подъема до 300 м и скорость 10 м/с при высоте подъема до 200 м. Необходимо отметить, что создатели современных высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема в США и Японии столкнулись с рядом отрицательных явлений и непредвиденных особенностей работы этих лифтов: вибрацией, шумом, перепадами давления воздуха в кабине. Игнорирование этих обстоятельств, непринятие необходимых конструктивных мер для предотвращения негативных явлений может привести к возникновению аварийных ситуаций в лифтах, к потере надежности и комфортабельности их работы.
В американских и японских высокоскоростных лифтах применен ряд традиционных для отечественных лифтов конструкций: канатоведущий шкив с двойным обхватом тяговыми канатами, натяжное устройство уравновешивающих канатов; ограничитель скорости, установленный в машинном помещении, направляющие тав
5
рового сечения и т. п. Однако конструктивные отличия ряда отдельных составных частей лифтов, выпускаемых отечественными предприятиями и зарубежными фирмами, а также различие применяемых в лифтах материалов и комплектуюптих изделии не позволяют определить возможность серийного изготовления лифтов отечественных конструкций со скоростью 9—10 м/с при высоте подъема 200—300 м. Весьма затруднительно предвидеть, какие отрицательные явления могут возникнуть при указанных технических характеристиках лифтов, поскольку отечественное лифтостроение не имеет опыта создания и эксплуатации таких лифтов.
В настоящей брошюре автор на основании анализа зарубежной информации, изучения основных параметров и технических характеристик отдельных узлов высокоскоростных лифтов и выявления особенностей их работы дает некоторые рекомендации, которые могут быть полезны при проектировании и создании отечественных высокоскоростных лифтов.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ СКОРОСТНЫЕ ЛИФТЫ
Современный пассажирский лифт представляет собой подъемную машину прерывного действия, предназначенную для вертикального подъема людей и грузов Пассажирские лифты, как правило, устанавливают в глухих (железобетонных или кирпичных) шахтах многоэтажных зданий и сооружений. Перемещение людей и грузов производится в кабинах, движущихся по жестким направляющим, вертикально установленным вдоль боковых стен шахты. Кабина и шахта (на этажных площадках) оборудованы запирающимися дверями. В современных пассажирских лифтах предусмотрена система подъема с противовесом: стальной тяговый канат огибает канато-ведущий шкив, а к концам каната подвешены кабина и противовес. Лифт приводится в действие от лебедки с электродвигателем.
В последние годы значительно повысились требования, предъявляемые к лифтам. Пассажирские лифты должны обеспечивать: а) заданную производительность; б) полную безопасность пассажиров и перевозимых грузов; в) высокую надежность работы; г) повышенный уровень комфорта при транспортировке людей; д) возможность экономичной эксплуатации.
В зависимости от величины скорости движения кабины пассажирские лифты можно разделить на четыре группы: 1) тихоходные— со скоростью до 0,71 м/с; 2) быстроходные — от 1 до 1,6 м/с; 3) скоростные — от 2 до 4 м/с; 4) высокоскоростные более 4 м/с. Параметры и размеры отечественных пассажирских лифтов регла
6
ментируются требованиями ГОСТ 5746—83*. В табл. 1 приведены основные характеристики отечественных пассажирских лифтов.
Лебедки лифтов по своей конструкции могут быть редукторными и безредукторными. У редукторных лебедок канатоведущий шкив крепится к тихоходному валу редуктора. Редукторные лебедки применяются на отечественных пассажирских лифтах со скоростью не более 1,6 м/с и снабжены двухскоростными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором (питание от сети переменного тока).
Таблица 1. Основные характеристики отечественных пассажирских лифтов
Грузоподъемность, кг	Номинальная скорость, м/с	Максимальная высота подъема, м	Наибольшее число остановок	Виды зданий, для которых предназначены лифты *
320	0,5	125	24	п
320	0,71	45	10	ж
320	1	75	17	ж
320	1,4	100	25	ж
400	0,63	70	10	п
400	0,71	45	10	ж
400	1	75	17	ж
400	1,6	85	25	ж
500	0,5	45	14	л
500	1	75	17	ж
500	1	75	17	О
500	1,4	100	25	ж
500	1,4	100	25	О
630	1	75	17	ж
630	1	75	10	О
630	1,6	85	25	ж
630	1,6	65	16	О
800	1	45	10	О
800	1,6	65	16	О
800	2,5	100	25	о
1000	1	75	17	о
1000	1,4	100	25	о
1000	1,6	150	30	О
1000	2	150	40	О
1000	2,5	100	25	О
1000	4	150	40	о
1250	1	45	10	л
1250	1,6	65	16	О
1250	2,5	100	25	О
1250	4	150	25	О
1600	1	45	10	л
1600	1.6	65	16	л
7
Продолжение табл. 1
Грузоподъемность, кг	Номинальная скорость, м/с	Максимальная высота подъема, м	Наибольшее число остановок	Виды зданий для которых предназначены лифты •
1600	2,5	100	25	О
1600	4	150	40	О
* Ж — жилые здания; О — общественные и промышленные предприя тип; П — производственные здания; Л — лечебно-пр филактнчсскнс учреждения.
Г Скоростные лифты имеют безредукторные лебедки, в которых применяется регулируемый электропривод с электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения. У безредук горных лебедок канатоведущий шкив крепится непосредственно на валу электродвигателя постоянного тока. Для зданий и сооружений с боль шой высотой подъема используют скоростные лифты с безредук-торными лебедками, имеющими тихоходный электродвигатель постоянного тока с полупроводниковым управлением и бесконтактными устройствами. Такие лебедки позволяют уменьшить: массу привода, расход электроэнергии при эксплуатации лифтов, затраты времени и средств на ремонт. Система электропривода работает на постоянном токе по схеме: реверсивный тиристорный преобразователь — двигатель.
Преобразователи снабжены бесконтактной системой управления и регулирования, обеспечивающей требуемые параметры переходных процессов и установившегося движения лифта независимо от нагрузки. Система управления предусматривает остановку кабины лифта по попутным вызовам при движении вверх и вниз и рассчитана па использование в системе группового автоматического управления лифтами. Лифт вызывается нажатием кнопки на передней стене шахты. Электрооборудование в машинном помещении и кпо почная панель в кабине связаны гибким подвесным кабелем
Раздвижные двери кабины и шахты открываются автоматически с помощью привода дверей, установленного на крыше кабины Закрывание дверей и пуск лифта происходят после нажатия пассажиром кнопки приказа на кнопочной панели в кабине. Предусматривается фотоэлектрический контроль дверного проема Кинематическая схема отечественного скоростного лифта показана на рис. 1. Общий вид отечественного скоростного лифта показан на рис. 2, а план шахты и машинного помещения — на рис 3 и 4. В верхней части шахты (над шахтой) расположено машинное помещение, где установлены электродвигатель с канатоведущим шкивом и тормо-
8
Рис. 1. Кинематическая схема отечественного скоростного лифта / — канатоведущий шкив; 2 — от водной блок; 3— кабина; 4 — тяговый канат; 5 — подвесной ка бель; 6 — уравновешивающий канат; 7— противовес
зом, низковольтное комплектное устройство управления, трансформатор и вводное устройство.
Под машинным помещением находится блочное, в котором установлены отводные блоки и ограничитель скорости. По всей высоте шахтные двери В нижней части шахты (приямке) расположены са, имеющие тавровое сечение. На этажных площадках установлены шахтные двери. В нижней части шахты (приямке) расположены гидравлические буферы кабины и противовеса, а также натяжные устройства уравновешивающих канатов и каната ограниителя скорости.
Кабина и противовес подвешены на восьми тяговых канатах. На кабине установлены: привод дверей, ловители скользящего типа, роликовые башмаки, датчики замедления и точной остановки. Устройства безопасности предотвращают возможность пуска лифта с открытыми дверями, а также отключают лифт в аварийных ситуациях. Ловители кабины срабатывают при движении кабины вниз с превышением номинальной скорости. Ограничитель скорости центробежного типа срабатывает и с помощью каната ограничителя скорости включает в работу ловители кабины, которые останавливают кабину и удерживают ее на направляющих. Скоростные пас-
2—937
9
Рис. 2. Общий вид отечественного скоростного лифта /—лебедка; 2 — отводной блок; 3 — ограничитель скорости; 4 — направляю тая противовеса; 5 — тяговый канат; 6 — кабина; 7 — направляющая кабн ны; 8 — канат ограничителя скорости, 9— подвесной кабель; 10— дверь шахты; // — противовес; 12 — гидравлический буфер
10
Рис. 3. План шахты лифза
1 — двери шахты; 2 — кабина; 3 — шунт; 4 — датчик точной остановки; 5 — наир пляющая кабины; б — направляющая противовеса; 7 — противовес; 8— шахта; 9 клеммная коробка; /Р —двери кабины
сажирские лифты со скоростью 2 и 4 .м/с изготавливает Карачаровский механический завод (Москва).
Как видно из табл. 1, отечественная промышленность высокоскоростные лифты не выпускает. Чтобы освоить их выпуск, необходимо решить ряд сложных технических задач и преодолеть трудности, возникающие при создании таких лифтов. Изучение уровня развития мирового лифтостроения за последние 20—30 лет свидетельствует о том, что с течением времени происходит неуклонный рост грузоподъемности, скорости и высоты подъема лифтов Это обусловлено тем, что после второй мировой войны во многих странах началось возведение зданий повышенной этажности.
Начиная с 1964 г. началось массовое строительство высоких зданий и в нашей стране. За последние 30 лет грузоподъемность отечественных пассажирских лифтов возросла с 350 до 1600 кг,
2*
11
Рис. 4. План машинного помещении лифта
I — трансформатор; 2 — монтажный люк в полу машинного помещения; 3 вводное устройство; 4—низковольтное комплектное устройство управления
5 — электродвигатель лебедки; 6 — тормоз; 7 — канатоведуший шкив
скорость — с 0,65 до 4 м/с, высота подъема — с 45 до 150 м. Однако достигнутые технические характеристики являются далеко не предельными. Во многих странах мира пассажирские лифты имеют грузоподъемность до 3000—4000 кг, скорость до 8—9 м/с, высоту подъема до 200—300 м.
Учитывая значительные объемы жилищного и гражданского строительства, предусмотренные в планах XII и последующих пятилеток, а также тенденции увеличения высоты и этажности современных зданий и сооружений, есть все основания предполагать, что в 1990—2000 гг отечественное лифтостроепие будет развиваться по пути увеличения грузоподъемности, скорости и высоты подъема лиф тов, поэтому возникнет проблема создания высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема.
12
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛИФТОВ
1. Скорость и высота подъема
Современные пассажирские лифты достигли следующих максимальных скоростей: в США —9 м/с, в Японии—10 м/с Скорость пассажирских лифтов имеет тенденцию к увеличению, однако следует предполагать, что в недалеком будущем она не превысит 12 м/с.
Высота подъема высокоскоростных пассажирских лифтов составляет: в Японии-—200 м, в США — 300 м. Заметим, что указанные высоты подъема не являются предельными. Достижение ббль-ших высот подъема нс вызывает больших затруднений и определяется конструктивным решением комплекса вопросов, связанных с тяговым органом, тяговыми и уравновешивающими канатами, подвесками кабины и противовеса, подводом электропитания, освещения и связи к кабине, а также с ограничителем скорости и ловителями. Высота подъема отечественных пассажирских лифтов имеет тенденцию к увеличению, однако следует считать, что в ближайшие годы она не превысит 200—300 м.
2. Кинематическая схема и ее основные элементы
В японских высокоскоростных лифтах с безредукторным приводом применяется запасовка канатов с отношением 1:1, т. е. прямая подвеска кабины и противовеса (DWT) при двойном угле обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами. Указанная схема показана на рис. 5, а Однако при скоростях лифтов не более 3— 4 м/с применяют запасовку канатов в отношении 2:1, т. е. полиспастную подвеску кабины и противовеса при двойном угле обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами (см. рис. 5. б). Характерные кинематические схемы лифтов показаны на рис. 6 н 7
Массу противовеса обычно выбирают исходя из следующих условий: 1) получения минимальной мощности электродвигателя; 2) обеспечения максимальной безопасности от скольжения канатов по капатоведушему шкиву; 3) совершения минимальной работы. Массу П противовеса определяют по формуле
II-K+tQ,
где К—масса кабины; Q—масса номинального груза; <р — коэффициент уравновешивания.
13
Рис. 5. Кинематические схемы японских скоростных лифт в
а — схема с прямой подвеской кзбины при двойном угле обхвата канато-ведущего шкива тяговыми канатами (для лифтов со скоростью более 4 м/с); б— схема с полиспастной подвеской при двойном угле обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами (для лифтов со скоростью 3—4 м/с): 1 — канатоведущий шкив; 2— отводной блок; 3 —кабина; 4 — противовес; 5 — тяговый канат; 6 — отводной блок кабины
И. И. Ивашков предлагает применять для пассажирских лифтов коэффициент уравновешивания, равный 0,5 [4]; К. Францен — 0,45—0,5; Г. К. Корнесв —0,4 [2]; Н. Г. Павлов считает возможным устанавливать массу противовеса исходя из коэффициента уравновешивания 0,35—0,4 [3]. Согласно многочисленным исследованиям, проведенным ЦПКБ по лифтам, условиям эксплуатации отечественных пассажирских лифтов наиболее точно отвечает коэффициент уравновешивания, равный 0,42—0,45.
Установлено, что все современные высокоскоростные лифты имеют систему подъема с противовесом и с уравновешивающими канатами. В современных высокоскоростных лифтах при высотах подъема до 200—300 м применяются кинематические схемы с углом обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами, равным 360° (см. рис. 6, б). Тенденция развития лифтовой техники на ближайшие годы такова, что высокоскоростные лифты для больших высот подъема будут с противовесами, с уравновешивающими ка-
14
Рис. 6. Характерные кинематические схемы высокоскоростных лифтов
а — схема с прямой подвеской и углом обхвата канатовсдущсго шкива тяговыми канатами менее 180°; б — схема с прямой подвеской и углом обхвата канатовсдущсго шкива тяговыми канатами 360 (двойной обхват): 1 — канатоведущий шкив; 2— отводной блок; 3 — кабина; 4 — тяговый канат;
5 — уравновешивающий канат; 6 — противовес; 7—натяжной блок
15
Рис 7. Кинематические схемы лифтов
а — схема с полиспаст ион подвеской и углом обхвата канатовсдущсго шкива тяговыми канатами 360° (двойной обхват); б — схема с нижним расположением канатоведущего шкива сбоку шахты; 1 — кл натоведу щпй шкив: 2— отводной блок, 3 тяговый канат; 4 — противовес; 5- отводи й блок уравновешивающего каната; 6— натяжной блок; 7 - уравновешивающий канат; 8 — кабина
натами и с углом обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами 360°.
Канатоведущий шкив. В качестве тяговых органов па современных скоростных лифтах используют только канатовсдущие шкивы. Применение барабанного привода полностью исключено. Работоспособность лифта .может быть обеспечена только при условии отсутствия скольжения тяговых канатов по канатоведущему шкиву. Для проверки работоспособности лифта проводят его статиче-
16
elektromehanika.org
ские йспытания. При этом кабину лифта устанавливают в нижнем рабочем положении и загружают грузом, масса которого в 2 раза превышает номинальную грузоподъемность лифта. В течение 10 мин должно отсутствовать скольжение канатов по капатоведущему шкиву. Отсутствие скольжения определяется условием
Sj/SgZ-Yn,
где S, — натяжение канатов кабины; S2—натяжение канатов противовеса; уп — тяговый коэффициент покоя.
уп = сип'»
где е—основание натурального логарифма; р — угол обхвата канатоведущего шкива канатами; ци — приведенный коэффициент трения покоя канатов по канатоведущему шкиву.
Аналогично определяется отсутствие скольжения канатов по канатоведущему шкиву при пуске и торможении лифта в переходных режимах нормальной работы
(Sj/SsJAZ-Yn,
где Yn——тяговый коэффициент движения (рд— приведенный коэффициент трения движения канатов по капатоведущему шкиву); ^=g-\-a/(g—а)—динамический коэффициент (g— ускорение свободного падения; а — ускорение кабины при пуске или торможении).
Обычно на скоростных лифтах применяют канатоведущие шкивы с полукруглыми канавками. Наибольший интерес представляет исследование нагрузок, действующих на канатоведущий шкив с полукруглыми канавками. Па экспериментальной установке в ГДР имитировалась работа отводного блока и канатоведущего шкива (КВШ). С этой целью на блоке и КВШ устанавливали специальный датчик, регистрирующий усилия, передающиеся от каната на блок и КВШ. Исследование нагрузок на КВШ показано на рис. 8 Нормальное усилие на КВШ от каната равно:
Fn=Fs sin d|3/2+ (Fs+AFs) sin rf|3/2,
где Fs — окружное усилие; AFs — приращение окружного усилия; t/p — угол обхвата шкива канатом.
Анализ воздействия нормального усилия ГЛ- при работе в режиме блока и анализ нагрузок на канат при входе каната на КВШ и при сходе с него проведен на основе записей приборов. При работе в режиме КВШ также проанализировано воздействие нормального усилия. При работе в режиме КВШ происходило непрерывное
3—937
17
Рис. 8. Схемы для nc^®f.°' вания нагрузок на квш
а — схема экспериментальной установки; б — схема для определения нормального усилия на канатоведущем шкиве
0.1 L—I-1-1-1-1-1—।-1—I——।—l_.
012 3 45 6789 10 11 12
УДЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ. МПа
Рнс. 9. Изменение коэффициента сцепления каната с каиатоведущим шкивом в зависимости от удельных давлений и центральных углов подреза ручья для различных типов канатов (экспериментальные данные)
смещение каната, поэтому датчик всегда фиксировал фактическое значение усилия. При величине пути, проходимом канатом, равном 6,2 м, канат на КВШ при малом натяжении смещался на 1 мм, а при большом — на 18 мм. В большинстве же других случаев канат смещался на 2—8 мм.
Для полукруглых канавок с подрезом при угле обхвата 180° коэффициент сцепления равен:
(а \
1 —sin —- ) 2 /
И = Но----:--
л—а—sin а
где рю — коэффициент трения (пары сталь — серый чугун); а — центральный угол подреза канавки шкива.
По нормам ГДР коэффициент сцепления принимается равным: при о = 1,29 рад=74°, р = 0,161; о=1,75 рад=100°, р = 0,205; а=1,92 рад=110°, р = 0,231; а = 2,09 рад =120°, р=0,226.
18
График, характеризующий полученное экспериментально изменение коэффициента сцепления каната со шкивом в зависимости от удельных давлений и центральных углов подреза канавки для различных типов канатов, показан па рис. 9. Критическим для канатов является тот факт, что при прохождении через КВШ пиковые нагрузки возникают на одних и тех же участках канатов. Это является объяснением причин преждевременного износа канатов и шкивов.
Экспериментальные исследования коэффициента сцепления каната со шкивом показали, что он в значительной степени зависит от величины удельных давлений и от конструкции каната, так как эти факторы весьма существенно влияют на характер взаимодействия пары канат — шкив. Найденные по результатам экспериментов величины коэффициента сцепления в ряде случаев оказались значительно больше расчетных.
В отечественном лифтостроении расчетный коэффициент сцепления канатов со шкивом принимается независимо от типа канатов и удельных давлений. Указанное обстоятельство, вероятно, и является причиной возникновения избыточной тяговой способности КВШ, вследствие которой происходят аварии па отечественных лифтах— подъемы противовеса при неподвижной кабине и работающем приводе лифта («затаскивание противовеса»).
Указанные аварийные случаи чаще всего происходят на лифтах, имеющих КВШ с клиновой канавкой. Однако, как показывают опыт эксплуатации и изучение литературных источников, они вполне могут происходить и на КВШ, имеющих полукруглые канавки с подрезом. Отмеченное явление требует весьма тщательного экспериментального изучения на отечественных КВШ в сочетании с различными тяговыми канатами.
В японских высокоскоростных лифтах обеспечивается малая величина проскальзывания канатов по шкиву. Выдерживается соотношение
е^ S2
где рп — коэффициент трения покоя между канатом и КВШ; £ — угол обхвата шкива канатами; Sj и S2—натяжение канатов кабины и противовеса.
При проскальзывании резко снижается долговечность тяговых канатов, и это опасно для пассажиров, поскольку коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Экстренное торможение в указанных лифтах осуществляется без проскальзывания тяговых канатов. Во многих странах применяется синтетическая
3*
19
вставка «cable-save» для канавок КВШ, увеличивающая тяговук) способность. При этом вдвое увеличивается срок службы каната.
Обычно срок службы тяговых канатов составляет от двух до семи лет, а со вставкой в КВШ «cabte-save» на большинстве высотных зданий достигается срок службы канатов пятнадцать лет. При этом не требуются переточка КВШ, смазка канатов и КВШ. Применение указанной вставки в КВШ обеспечивает чистоту и безопасность лифта. На стальных КВШ применяют также кольцевые вкладыши из полиуретана U-образной формы Внутренняя поверхность вкладышей имеет множество пазов, увеличивающих сцепление КВШ с канатами.
Основной причиной износа канатоведущих шкивов является проскальзывание тяговых канатов при больших удельных давлениях. Это положение хорошо согласуется с результатами экспериментального исследования КВШ, проведенного в ГДР (см. рис. 9). Весьма существенное влияние на удельные давления оказывает отношение диаметра КВШ к диаметру тягового каната. При отношении диаметра шкива к диаметру каната в интервале от 20 до 30 удельные давления в 1,5—1,7 раза больше, чем при отношении диаметра шкива к диаметру каната от 80 до 100.
В Японии ручьи КВШ облицовывают не только термореактивным, по и термопластичным полиуретаном. Указанный тип полиуретана позволяет термически соединять («сваривать») концы заготовок, превращая куски необходимой длины в кольца, которые затем натягивают на ручьи КВШ.
«Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов» (ПУБЭЛ), выпущенные Госгортехнадзором СССР (М., 1971), требуют, чтобы канатоведущий шкив обеспечивал сцепление тяговых канатов с ручьями КВШ достаточное для удерживания кабины, содержащей груз массой, равной двойной номинальной грузоподъемности лифта, и исключал возможность подъема противовеса при неподвижной кабине и кабины при неподвижном противовесе. Отношение диаметра канаговсдущего шкива к диаметру тягового каната у пассажирских лифтов со скоростью до 1,4 м/с должно быть не менее 40, а со скоростью более 1,4 м/с — не менее 45. Следует отметить, что табл. 2 ПУБЭЛ, в которой приведены указанные отношения, недостаточно точно учитывает условия работы канатоведущих шкивов и тяговых канатов. Необходимо принять во внимание, что износ канатов и шкивов зависит не только от скорости, но н от общей длины пробега канатов.
Длина пробега тяговых канатов в значительной мере определяется высотой подъема лифта: чем больше высота подъема, тем больше длина пробега. Сочетание длины пробега и скорости при одном н том же машинном времени работы лифта определяет износ
20
и, следовательно, срок службы шкивов и канатов. Однако именно скорость лифта назначается исходя из заданной высоты подъема здания, а не наоборот. Известно, что применение высоких скоростей при малых высотах подъема малоэффективно: частые остановки не позволяют осуществлять стабильное движение па номинальной скорости, и увеличение скорости в этом случае практически не увеличивает производительность лифта. Поэтому определяющим фактором следует считать высоту подъема, а не скорость. В результате отношение диаметра канатоведущего шкива к диаметру тягового каната должно зависеть не только от скорости, но и от высоты подъема, т. е. увеличиваться с увеличением высоты подъема.
Анализ действующих высокоскоростных лифтов показывает, что и в будущем в качестве тяговых органов высокоскоростных лифтов будут применяться только канатоведущие шкивы. Тенденции к применению других тяговых органов не предвидятся. Возможно применение канатоведущпх шкивов: а) из высокопрочного модифицированного чугуна с полукруглым ручьем без подреза и без футеровки при угле обхвата канатами 360°; б) из чугуна или стали с клиновым ручьем без подреза, облицованным кольцами из полиуретана, при угле обхвата канатоведущего шкива тяговыми канатами 360°; в) из чугуна или стали с полукруглым ручьем без подреза, футерованным полиуретаном, при угле обхвата шкива тяговыми канатами до 200°.
Тяговые канаты. На подъемных установках в основном применяются четыре типа тяговых канатов: закрытой конструкции, полузакрытой конструкции, круглопрядпые, грехгранпопрядпые. Некоторые специалисты считают, что наибольшие преимущества имеют канаты закрытой конструкции, так как они меньше подвергаются вращению и вытягиванию, чем прядевые канаты Канаты закрытой конструкции имеют во внешнем слое Z-образные проволоки, а канаты полузакрытой конструкции имеют во внешнем слое чередование круглых и рельсообразпых проволок.
В закрытых канатах имеется один или более внешних слоев проволок, соединенных «в замок». Канаты закрытой конструкции при изготовлении смазывают изнутри. При эксплуатации эти канаты сохраняют свою смазку, в результате чего подвергаются коррозии в гораздо меньшей степени, чем другие типы канатов. На рис. 10 показаны различные типы тяговых канатов. Канаты закрытой конструкции выдерживают более высокое разрывное усилие, чем прядевые канаты. Благодаря гладкой внешней поверхности каната снижается его износ па шкивах и блоках, а следовательно, повышается его долговечность. Конструкция закрытых канатов практически исключает вторичный перегиб внутри каната, поэтому по-
21
Рис. 10. Различные типы тяговых канатов
а, б, в — канаты закрытой конструкции; г, д, е — канаты полузакрытой конструкции; ж — круглопряд-ный канат; з — трехгранно-нрядный канат
следний имеет улучшенные усталостные характеристики.
Ниже приведены преимущества канатов закрытой конструкции:
1)	при одинаковых размерах они обладают большей прочностью при растяжении, чем прядевые канаты, изготовленные из материала аналогичной прочности;
2)	внешняя гладкая поверхность обеспечивает им более высокое сопротивление износу при трении на шкивах и блоках;
3)	канаты закрытой конструкции практически не вращаются; •
4)	упругое и остаточное удлинение у них гораздо меньше, чем у канатов прядевых конструкций;
5)	конструкция центральной части сечения тяговых канатов закрытой конструкции уменьшает случаи появления обрывов внутренних проволок;
6)	канаты закрытой конструкции выдерживают более высокие удельные радиальные давления, чем любые другие виды канатов;
7)	исключение вторичного перегиба повышает усталостную прочность этих канатов.
22
В Англии коэффициент запаса прочности тяговых канатов для подъема людей определяют по формуле
_________4,5 (D/d+C)__________
D/d( 1+0,0051 V	13,5
где D/d — отношение диаметра капатоведущего шкива к диаметру каната; С — коэффициент, равный 35 при кинематической схеме без отводного блока и равный 43 при схеме с отводным блоком; Но — длина отвеса каната (от точки схода с КВШ до подвески кабины, расположенной в крайнем нижнем положении).	/
В последние годы наблюдается тенденция к использованию проволоки для канатов более высокой прочности при растяжении. Канаты смазывают для облегчения движения проволок друг относительно друга, а также для защиты проволок от коррозии. На подъемных установках с КВШ смазку необходимо наносить на канаты с внешней стороны, чтобы не уменьшать силы трения между КВШ и тяговым канатом. При обнаружении на канатах излишней смазки ее следует счищать.
Канадская инспекция надзора исспедовала работу тяговых канатов и установила, что лучшими качествами обладают кругло-прядные канаты крестовой свивки; эти канаты не раскручиваются. С 1937 г. для крепления канатов запрещены баббитовые втулки. В настоящее время повсеместно применяют канатные зажимы. Они открыты для осмотра, допускают регулирование. Клиновые зажимы легко устанавливать, снимать и регулировать. Они имеют высокую прочность и обладают способностью автоматически регулироваться при уменьшении диаметра каната.
В ГДР выпускают канаты для лифтов, имеющие большой срок службы. Эти канаты соответствуют стандарту TGL 17555. В результате эксплуатации лифтов изучены причины возникновения дефектов канатов диаметром 10 мм. Известны случаи обрыва лифтовых канатов из-за дефектов клинового зажима. Обрыв каната у клинового зажима наблюдается у канатов со стальным сердечником. Одной из причин обрыва канатов является их неправильная установка в клиповом патроне. В результате были обнаружены раздавленные пряди. Весьма отрицательное влияние на работу канатов оказывают острые кромки у клинового патрона в месте выхода каната. На обрывы канатов влияют также дополнительные динамические нагрузки на канаты вследствие частых посадок на ловители и съемов с ловителей.
Создание облегченных, высокопрочных, малокрутящихся, устойчивых к агрессивным средам и нарушению структуры тяговых канатов является важнейшей задачей при создании высокоскоростных
23
лифтов. В канатной проволоке возникают технологические напряжения, в канатах появляются зазоры между концентрическими рядами прядей, вследствие чего происходит перераспределение напряжений в элементах каната, приводящее к различной степени износа. В итоге канаты преждевременно выходят из строя. Устранению указанных дефектов способствует предварительная обтяжка канатов. Необходимо промышленное освоение предварительной обтяжки канатов Канаты с пеньковым сердечником дороже, чем с металлическим или без сердечника. Для облегчения канатов необходимо добиваться снижения массы кабин, а также их рационального конструирования.
Круглопрядные канаты с линейным касанием проволок ЛК работают значительно дольше, чем канаты с точечным касанием проволок ТК- Канаты односторонней свивки имеют работоспособность почти в 3 раза большую, чем канаты крестовой свивки. Наработка канатов уменьшается с увеличением высоты подъема. Средняя наработка канатов, изготовленных по ГОСТ 3077—80, в 1,3 раза выше, чем у канатов по ГОСТ 3071—74 *, которые при равной прочности имеют большее число проволок, интенсивно разрушающихся под действием контактных напряжений и коррозии. Трех-граннопрядные канаты имеют износ в 1,6 раза выше, чем круглопрядные с ЛК- В отечественных пассажирских лифтах широко применяют оцинкованные тяговые канаты типа ЛК-0 (ГОСТ 3077—80).
Согласно британскому стандарту BS 5655, который соответствует международным стандартам и аналогичным документам CENELEC (СЕХ — Европейский комитет стандартизации), коэффициент запаса прочности тяговых канатов должен быть нс менее 12, а число канатов — не менее трех. Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации лифтов» число тяговых канатов в пассажирском лифте также должно быть не менее трех. Коэффициент запаса прочности тяговых канатов определяют по формуле
m=P/S,
где Р— разрывное усилие каната; 5 — расчетное натяжение ветви каната.
S=(K+Q+GIiaH + G пат)/л,
где К—масса кабины; Q—масса номинального груза, (7Кап — масса отвеса каната (от точки схода с КВШ до подвески кабины, находящейся в нижнем положении); Онат — масса натяжного устройства уравновешивающих канатов; п — число канатов.
Полученный таким образом ^коэффициент запаса прочности сравнивают с допустимым
[//г].
24
ПУБЭЛ регламентируют следующие допускаемые коэффициенты запаса прочности каната для пассажирских лифтов; при скорости лифта до 1 м/с— 12, свыше 1 до 2 м/с— 13, свыше 2 до 4 м/с— 14, свыше 4 м/с— 15.
В шахтном подъеме при высоте подъема более 600 м уменьшается запас прочности тягового каната. Это объясняется тем, что вдоль по канатам распространяются волны, отражающиеся от верхнего конца каната на КВШ Направляясь вниз, они встречают на своем пути новые волны, поднимающиеся вверх. В коротком тяговом канате они накладываются друг на друга, и суммарные значения динамических напряжений достигают больших величин. В длинных тяговых канатах колебания рассеиваются, затухают и наложения колебаний не происходит. С увеличением высоты подъема уменьшается максимум динамических напряжении в верхнем сечении канатов Поэтому в шахтном подъеме при увеличении высоты подъема свыше 600 м принимается уменьшающийся запас прочности.
В пассажирских лифтах с увеличением высоты подъема, как правило, увеличивается скорость. Согласно п. 4.10.9 ПУБЭЛ, при повышении скорости (что обычно бывает при увеличении высоты подъема) требуется увеличить допускаемый коэффициент запаса прочности каната По сути дела, в шахтиом подъеме при увеличении высоты подъема коэффициент запаса прочности может уменьшаться, а в лифтах, согласно п. 4.10.9 ПУБЭЛ, он должен увеличиваться. Разобщенное существование и развитие шахтного подъема и лифтостроения привело к противоположным взглядам и различным требованиям, предъявляемым к решению одного и того же технического вопроса.
В шахтном подъеме коэффициент запаса прочности тяговых канатов не зависит от скорости, а уменьшается с увеличением высоты подъема В лифтостроении этот же коэффициент увеличивается с ростом скорости и высоты подъема. Видимо, более правильным следует считать положение, принятое при проектировании шахтных подъемных машин. Если не следует уменьшать коэффициент запаса прочности тяговых канатов при увеличении высоты подъема, то уж во всяком случае и не следует его увеличивать.
Изучение вопроса о выборе и применении тяговых канатов свидетельствует о том, что в литературе по лифтостроению содержатся весьма скудные сведения о тяговых канатах. На основании рассмотренной информации по тяговым канатам невозможно сделать какие-либо выводы, прогнозы или дать рекомендации по применению того или иного типа канатов в высокоскоростных лифтах. Поэтому следует обратиться к результатам рассмотрения конструк
4—937
25
ций тяговых канатов, применяющихся в горном (шахтном, рудничном) подъеме:
канаты закрытой конструкции и трехграннопрядные в отечественных шахтных подъемных машинах себя не оправдали;
круглопрядные канаты с пределом прочности при растяжении 1800—2000 МПа, применявшиеся в отечественных подъемных шахтных машинах, не обеспечили положительных результатов при эксплуатации;
переменные (понижающиеся) коэффициенты запаса прочности тяговых канатов при высоте подъема свыше 600 м оправданы практической эксплуатацией шахтных подъемных машин;
наиболее оптимальными для лифтов являются канаты двойной крестовой свивки, высшей марки, нераскручивающиеся, оцинкованные для жестких условий работы, Л К-Р0 6X36 (14-7+7/74-14) + + 1 о с. по ГОСТ 7668—80 с пределом прочности при растяжении 1600—1700 МПа.
Уравновешивающие канаты. При больших высотах подъема масса тяговых канатов является весьма существенной. В зависимости от положения кабины и противовеса по высоте шахты величины нагрузок на канатоведущий шкив имеют значительные перепады, что отражается па безопасности работы лифта. Поэтому применение уравновешивающих канатов, стабилизирующих нагрузки на КВШ, является обязательным.
Уравновешивающие канаты шахтных подъемных машин, подвешенные к кабине и противовесу и свободно висящие в шахте, в приямке образуют петлю. Возможные изменения положения канатов ограничиваются разделительными стойками или решетчатыми ящиками Решетчатые ящики допускают поворот петли уравновешивающего каната не более чем на 26°. На рис. 11 показан решетчатый ящик, устанавливаемый в приямке для ограничения положения двух уравновешивающих канатов.
Для обеспечения удовлетворительной работы уравновешивающего каната необходимо подобрать достаточно гибкую конструкцию каната, чтобы не было большого скручивания петли Расстояние между центрами кабины и противовеса должно относиться к диаметру уравновешивающего каната как 25: 1. Уравновешивающие канаты подвешивают к кабине и противовесу через вертлюги, что обеспечивает свободное вращение уравновешивающих канатов под действием скручивающих сил.
Аварии с уравновешивающими канатами возникают по многим причинам, в результате чего петля может подняться и выйти из решетчатого ящика, что приведет к повреждению уравновешивающего каната и оборудования шахты. Для предотвращения возможных аварий устанавливают контрольные элементы (фотоэлементы). Ти-
26
ВИДСМРХУ
Рис. П. Решетчатый ящик, устанавливаемый в приямке для ограничения положения двух уравновешивающих канатов
1 — решетчатый ящик; 2 — уравновешивающий канат; 3 — элемент контроля (фотоэлемент), отключающий привод лифта в случае, если уравновешивающий канат начнет подниматься вверх или перехлестываться; А — пустота; I — расстояние между центрами кабины к противовеса
Рис. 12. Типичные конструкции круглопрядных канатов, применяе-
мых в качестве уравновешивающих
4*
27
личные конструкции круглопрядных канатов, применйемых в ка' честве уравновешивающих, показаны на рис. 12.
В ФРГ при скоростях лифтов до 2,5 м/с уравновешивание осуществляется за счет свободно подвешенных уравновешивающих канатов а для лифтов со скоростями свыше 2,5 м/с правила эксплуатации лифтов ФРГ и международные правила требуют применения натянутых уравновешивающих канатов. По словам западно-германского специалиста по лифтостроению Клауса Фейрера, это требование правил безопасности ФРГ способствует борьбе с подскоком противовеса при срабатывании ловителей, однако эта мера не полностью решает задачу. К- Фейер не указывает, что уравновешивающие канаты при скорости более 2,5 м/с, согласно требованиям правил безопасности ФРГ, должны иметь натяжное устройство, что немаловажно.
Следует отметить, что борьба с подскоком противовеса при посадке кабины на ловители путем простой установки уравновешивающих канатов является весьма малоэффективной: слишком велика кинетическая энергия противовеса, поэтому канаты подскакивают вместе с ним. В отечественной практике была предпринята попытка удержать противовес от подскока с помощью храпового устройства на натяжном блоке уравновешивающих канатов. Этот эксперимент закончился неудачно: при подскоке противовес вырвал натяжной блок, закрепленный в приямке.
Опыт работы отечественных скоростных лифтов свидетельствует о том, что при скорости 4 м/с и более должны быть использованы демпферы, удерживающие блок натяжного устройства уравновешивающих канатов от подскока вслед за противовесом. Известны случаи применения в качестве свободно подвешенных уравновешивающих канатов лифтов тканевых синтетических лент с утяжеляющими планками. Их основу составляет ткань из химических волокон — пропиленовые волокна высокой прочности, имеющие малое относительное удлинение. Их ширина составляет 75 мм, разрывное усилие 4000 даН.
Британский стандарт BS 5655 требует установки уравновешивающих канатов на лифтах при скоростях более 2,5 м/с. Натяжение уравновешивающих канатов должно контролироваться электрическим контактом. При скоростях лифтов более 3,5 м/с британский стандарт требует также установки специального устройства против подскока натяжного блока уравновешивающего каната. Отношение диаметра натяжного блока уравновешивающего каната к диаметру уравновешивающего каната должно быть не менее 30.
В японских высокоскоростных лифтах па натяжном блоке уравновешивающих канатов устанавливают гидравлическую контрольную систему, которая обеспечивает плавную кривую замедления ка
28
бины. Уравновешивающие канаты в местах креплений к кабине и противовесу имеют возможность поворачиваться. Известно устройство двух натяжных блоков уравновешивающих канатов, установленных симметрично относительно оси кабины и противовеса. Это обеспечивает отсутствие эксцентриситета подвески уравновешивающих канатов. В результате обеспечивается более плавное движение кабины. При этом оказывается возможной центральная установка буферов кабины и противовеса.
Анализируя вопрос о применении уравновешивающих канатов, следует обратить внимание на следующие обстоятельства. В лифтах со скоростью до 2,5 м/с не предусматривается натяжное устройство уравновешивающих канатов, а в лифтах со скоростью свыше 2,5 м/с его установка является обязательной При скорости лифта более 3,5 м/с требуется устанавливать устройство против подскока натяжного блока уравновешивающих канатов. В шахтных подъемных машинах натяжные устройства уравновешивающих канатов не применяются и не требуются.
Чем же можно объяснить полную противоположность этих двух подходов к вопросу о натяжении уравновешивающих канатов? Лифты имеют высоту подъема до 200—300 м, а шахтные подъемные машины — до 2000 м. С увеличением высоты подъема увеличивается масса канатов (тяговых и уравновешивающих). В результате этого увеличивается давление тяговых канатов на канатоведущий шкив, уменьшается отношение натяжений ветвей и повышается тяговая способность. В шахтном подъеме (при больших глубинах шахг) поэтому не возникает вопроса о нехватке тяговой способности канатоведущих шкивов. При этом тяговая способность обеспечивается даже при небольшом угле обхвата КВШ канатами — 170— 200°. В горном подъеме, кроме того, осуществляется двухкабинпый подъем, когда расчетный неуравновешенный груз составляет не половину номинальной грузоподъемности (как в лифтах), а целую Даже при этом тяговая способность КВШ обеспечивается. Не испытывая опасений относительно нехватки тяговой способности КВШ, специалисты по шахтному подъему вполне обходятся без устройства натяжения уравновешивающих канатов
В лифтостроении из-за малых высот подъема масса канатов обычно весьма незначительна. В результате этого давление канатов па КВШ мало, а отношение натяжений ветвей велико. Поэтому угроза нехватки тяговой способности КВШ всегда стояла перед создателями лифтов. Этим объясняется применение угла обхвата шкива тяговыми канатами 360° в скоростных лифтах и применение КВШ с клиновыми канавками с подрезом (в тихоходных лифтах). Угрозой нехватки тяговой способности КВШ объясняется также запрет на создание двухкабинных лифтов, так как у них в 2 ра
29
за больше величина расчетного неуравновешенного груза Учитывая современную надежную систему контроля автоматических дверей лифтов, нет оснований опасаться эксплуатации двухкабинного лиф та из-за возможности движения при незакрытых дверях одной из кабин
В отечественных пассажирских лифтах во избежание недостатка тяговой способности КВШ (ПУБЭЛ п.7 3.9 б) предусмотрено требование производить испытания лифта на двойную статическую нагрузку помещая при этом в кабину груз, масса которого в 2 раза превышает его номинальную грузоподъемность, определенную по принципу свободного заполнения площади пола кабины. Многолетний опыт проведения испытаний лифтов дает автору основание утверждать, что тяговая способность КВШ при угле обхвата 180° в действительности является избыточной В результате оказался возможным подъем противовеса при неподвижной кабине и работающей лебедке лифта—так называемое затаскивание противовеса. А это явление не менее опасно, чем нехватка тяговой способности и скольжение канатов по КВШ.
Так может быть требование об устройстве натяжения уравновешивающих канатов тоже направлено на увеличение тяговой способности КВШ лифта? Опасения о том, что при работе лифта без натяжного устр йства будут значительные колебания уравновешивающих канатов, которые могут получить повреждения, соприкасаясь с оборудованием шахты, не следует преувеличивать* шахтные подъемные машины имеют ненатянутые уравновешивающие канаты, хотя их длина доходит до 2000 м и движутся они со скоростью до 20 м/с В таких условиях колебания уравновешивающих канатов должны быть значительно более сильными и опасными Тем не менее в шахтном подъеме обходятся без натяжного устройства уравновешивающих канатов Из вышесказанного следует, что лифты, имеющие высоту подъема и скорость в несколько раз меньшие, чем шахтные подъемные машины, смогут надежно и безопасно работать без устройства натяжения уравновешивающих канатов Ведь в шахтном подъеме также применяются ловители (парашюты) и тоже есть подскок противовеса при посадке кабины на ловители.
Однако не следует забывать, какую опасность представляет собой подскок противовеса при посадке на ловители кабины лифта, имеющего натяжное устройство уравновешивающих канатов. Противовес в этом случае может вырвать натяжное устройство уравновешивающих канатов, так как динамика подскока противовеса в значительной степени определяется скоростью лифта (скоростью посадки кабины на ловители). В связи с этим при создании высокоскоростных лифтов для больших высот подъема следует весьма критически подойти к требованию международных правил
30
безопасности лифтов о необходимости применения натянутых уравновешивающих канатов для лифтов со скоростью более 2,5 м/с.
В связи с этим пеооходимо заметить, что в ПУБЭЛ почему-то совершенно не затронуты вопросы применения уравновешивающих канатов и их натяжных устройств, от которых зависит безопасность пассажиров, пользующихся лифтами.
Поскольку в зарубежной технической литературе почти нс имеется сведений об уравновешивающих канатах и их натяжных устройствах, нельзя сделать какие-либо выводы или дать рекомендации по применению того или иного типа уравновешивающих канатов в высокоскоростных лифтах. В связи с этим рассмотрим результаты применения конструкций уравновешивающих канатов, используемых в горном (шахтном, рудничном) подъеме.
в высокоскоростных лифтах, как и в шахтном подъеме, в качестве уравновешивающих одинаково успешно могут быть применены как круглые стальные канаты (по ГОСТ 3077—80 пли ГОСТ 7668—80), так и резинотросовые ленты (по Ту 105587 73). Однако применение круглых стальных канатов более предпочтительно;
применение круглых уравновешивающих канатов должно обязательно сопровождаться установкой вертлюжных устройств па кабине и противовесе;
подвески уравновешивающих канатов к кабине и противовесу должны обеспечивать точную центровку кабины и противовеса:
установка натяжных устройств уравновешивающих канатов не рекомендуется, петля уравновешивающего каната в приямке должна быть ограждена от колебаний специальными ограничительными устройствами. Последний вывод должен быть увязан с работой ловителей и явлением «подскока противовеса» при посадке кабины на ловители, поскольку натянутые уравновешивающие канаты при наличии демпфера, ограничивающего ход натяжного блока, в какой-то степени могут уменьшить подскок противовеса.
3.	Конструктивные особенности кабины
Кабина скоростного пассажирского лифта имеет силовой каркас из стальных прокатных профилей и купе из древесно-стружечных плит, покрытых пластиком. Кабины отечественных быстроходных пассажирских лифтов нового поколения, внедряемых в серийное производство, имеют каркас из стальных гнутых профилей. Купе кабин этих лифтов предусматривается изготовлять из металлопласта толщиной 1,3 мм (по ТУ 14-233-10-79) или стального листа толщиной 1,4 мм с покрытием грунтовкой ГФ-021 и эмалью ПФ-133. Кабины высокоскоростных лифтов испытывают гораздо большие на
31
грузки, чем кабины быстроходных и скоростных лифтов, поэтому вышеуказанные материалы для изготовления кабин высокоскоростных лифтов непригодны. Для кабин высокоскоростных лифтов нужны более прочные материалы. Сталь марки СтЗ имеет низкую удельную прочность и склонна к старению Наибольшей удельной прочностью обладают высокопрочные сплавы на алюминиевой основе, стеклопластики и стекловолокписгые анизотропные материалы (СВ4Vi) Технические характеристики различных материалов применяемых для изготовления шахтных клетей, приведены в табл. 2
Таблица 2 Технические характеристики материалов, применяемых для изготовления клетей (кабин)
Материал	Удельная прочность, см	Предел текучести. МПа	Модуль упругости, МПа	Предел прочности, МПа	Удельная прочность после испыта- ний 5 10 циклов на разрыв, см 10—6
Сталь СтЗ	5,4	230	214-105	420	2980
Сталь ЗОХГСА	10 57	680	2,148-Ю5	830	5680
Дюралюминий Д16 АТВ	16,71	370	0,73-105	468	3790
Стеклопластик связанный (с ПН-1)	19,4	240	0,178-105	320	2930
СВ A Vi 1 1	26,15	320	0,285-105	510	4050
СВАМ 5:1	27,7	405	0,365-10е	540	4910
На лифтах, изготовляемых зарубежными фирмами, в качестве материала для обшивки стенок купе кабины применяют листовую нержавеющую сталь Нержавеющая сталь — это класс различных сталей, состоящий из 38 стандартных видов Основным ком по нентом, обеспечивающим устойчивость против коррозии в этих сталях, является хром. В нержавеющей стали должно быть не менее 11,5% хрома, а также никель или марганец. Американским металлургическим институтом ANSI утверждено семь видов нержавсю щей стали: 201, 202, 300, 302, 304, 316 и 430. Стали серин 300 — хромоникелевые, последние используются наиболее часто, особенно 302. Из числа видов нержавеющих сталей, выпускаемых в США, 30 % являются сталями общего назначения Нержавеющие стали могут иметь различную текстуру. Нержавеющая сталь не теряет цвета, имеет высокое сопротивление коррозии, не требует лаковых защитных покрытий, обладает высокой твердостью, допускает ручную полировку абразивами, не ухудшающую противокоррозионную стойкость, легко сваривается дуговой сваркой, универсальна при конструировании (легко сочетается с другими материалами).
§2
Йзвестны преимущества стальной обшивки купе кабины. Стенки купе и двери изготовляют также из стальной холоднокатаной ленты, обработанной химическим способом. Затем на эту ленту с обеих сторон напылением с помощью автомата наносится эмаль, которая является основой. После сушки ленту помещают в печь, где эмаль (основа) расплавляется. Затем на нее напыляют покрытие различных цветов (на лицевую сторону) и вновь подвергают сушке, после чего ленту помещают в печь при температуре 800° С. В печи верхнее покрытие сплавляется с грунтовкой. Поверхность ленты, полученная таким способом, обладает устойчивостью против ударов и царапин, стойкостью к воздействию агрессивных сред и химических растворителей. Лепта с эмалированной поверхностью не горюча и не токсична, ее легко очистить от грязи и масел. Широкое применение получил н другой способ нанесения эмали на поверхности купе кабин и дверей лифтов. Вначале напыляют адгезионную жидкость (грунтовку), затем наносят жидкий эмалевый порошок, который напыляют через сито с различными отверстиями. Порошки различного цвета наносят на поверхность послойно, после чего производят обжиг в печах. Эмаль расплавляется и проникает в металл, создавая постоянную стеклообразную пленку на металлической поверхности. Обжиг производят 4—5 раз.
Успешно освоено изготовление алюминиевых панелей кабин в лифтах итальянской фирмы «Сабием». Новые лакокрасочные материалы создаются в ГДР. Грунтовка осуществляется алкидными смолами с цинковым порошком 272401. Два верхних слоя составляют алкидные краски В результате получается хорошее антикоррозионное покрытие. Поскольку литературные источники по лифто-строению дают весьма незначительные сведения о материалах для изготовления кабин, посмотрим, что предусмотрено для изготовления кабин (клетей) в горном (шахтном, рудничном) подъеме. Силовые элементы каркасов кабин (клетей) шахтных подъемных машин рекомендуется изготовлять из легированной стали (марки 15ХСНД) с помощью сварки, а для обшивки каркаса кабины (боковых стенок и крыши) применять листы дюралюминия с креплением к каркасу с помощью резьбовых соединений. Эти материалы можно рекомендовать для изготовления кабин высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема.
Башмаки кабины и противовеса. Известны результаты применения роликовых башмаков кабины для скоростных лифтов Фирма ELSCO выпускает ряд роликовых башмаков, в том числе и для лифтов грузоподъемностью 3600 и 5400 кг. Роликовые башмаки типа А предназначены для лифтов с «неограниченной» скоростью. Фирма утверждает, что они обеспечивают комфорт передвижения в лифте даже при неотбалансированной кабине и невыверенных на-
5—937
33
Рис. 13. Конструкции роликовых башмаков фирмы «Elsco»
а — башмак с двойными роликами и полиуретановыми шинами для кабин пассажирских лифтов «без ограничения скоростиэ; б — башмак с одинарными роликами и полиуретановыми шинами для кабин пассажирских лифтов со скоростью 3.5 м/с; в — башмак с одинарными роликами для лифтов с гидроприводом
правляющих. Конструкции роликовых башмаков показаны на рис. 13. В японских высокоскоростных лифтах применяют роликовые башмаки кабины и противовеса Диаметр роликов для башмаков кабины 300 мм, для противовеса 200—250 мм. В ФРГ роликовые башмаки кабины и противовеса применяют в лифтах, имеющих скорость более 1,5 м/с.
Широкое применение нашли роликовые башмаки, предназначенные для работы с тавровыми направляющими. Ролики установлены на качающихся рычагах, подпружинены. В башмаках предусмотрены дополнительные фрикционные демпферы. Известен роликовый башмак, имеющий по два ролика с каждой стороны направляющей. Роликовый башмак взаимодействует с направляющей с предварительным поджатием. Благодаря шарнирному соединению рычага (па котором установлены два ролика) с корпусом башмака смягчаются толчки кабины на стыках направляющих.
Под роликовым башмаком па кабине целесообразно устанавливать связанную с ним пластину, имеющую вырез под головку направляющей. С помощью такой пластины легче контролировать зазоры между роликами и направляющей. На скоростных лифтах применяют скользящий башмак, имеющий алюминиевый корпус, упругий элемент и накладки. Упругий элемент изготовляют из эластомера cellasto. Накладки, взаимодействующие с направляющей,
34
сделаны из полиамида или асбеста. Указанные башмаки можно применять на лифтах со скоростью до 2 и 4 м/с.
Известные литературные источники по лифтостроению не содержат сведений о необходимых конструктивных характеристиках роликовых башмаков для высокоскоростных лифтов. В связи с этим целесообразно рассмотреть конструкции башмаков, применяющихся в горном (шахтном, рудничном) подъеме, которые можно рекомендовать для высокоскоростных лифтов Для кабины и противовеса высокоскоростного лифта, как и в шахтном подъеме, рекомендуется применять роликовые башмаки с гидравлическими амортизаторами, а шины роликов изготовлять из полиуретана. Жесткость гидравлических амортизаторов должна быть переменной, увеличивающейся по мере увеличения давления на ролик. При этом ролики башмаков должны постоянно контактировать с направляющими. Конструктивное исполнение роликовых башмаков с гидравлическими амортизаторами и полиуретановыми шинами разработано институтами: Кривбасспроект, Донгипроуглемаш или Всесоюзным институтом горной механики им. М М. Федорова.
4.	Привод и система управления
Приводы высокоскоростных лифтов должны удовлетворять следующим требованиям:
обеспечивать малую продолжительность подъема, разгона и торможения кабины; небольшой путь разгона и торможения; малые ускорения пуска и торможения при плавности их изменения; точность остановки и ее независимость от нагрузки кабины;
позволять обходиться небольшим количеством необходимых приборов;
быть надежными и экономичными в работе.
Известны преимущества привода постоянного тока с тиристорным возбуждением по сравнению с системой Г — Д для лифтов со скорвстью до 4 м/с. Привод с тиристорным возбуждением имеет более компактное электрооборудование, более низкий уровень шума и меньшее потребление мощности по сравнению с системой Г — Д. В этом приводе вместо электродвигателя переменного тока и генератора с электродвигателем постоянного тока применены полупроводниковые преобразователи мощности — спаренные тиристорные преобразователи Использование тиристорных преобразователей по-зьолило снизить потребление мощности более чем на 24 % по сравнению с приводом по системе Г — Д, а также снизить тепловыделение привода более чем на 17 %; при этом шум в машинном помещении снизился с 80 до 75 дБ-А.
5*
35
За последние годы для приводов лифтов йолучило распростра-неиие применение твердотельных элементов. Ранее переменный тон использовался для питания электродвигателя, который вращал генератор для получения постоянного тока, питающего этот электродвигатель. После разработки твердотельных элементов был создан электропривод с твердотельными элементами. Масса привода с твердотельными элементами па 60 % меньше, а мощность на 30 % больше, чем у привода по системе Г — Д. Это оказалось возможным благодаря устранению потерь от токов холостого хода, от трения, от вихревых токов. Твердотельные элементы применяются также и для привода переменного тока.
В целях обеспечения безопасности предусмотрена защита от повышенного напряжения, а также установка приборов, измеряющих и ограничивающих ускорение, величину тока и скорость. Совокупность приборов позволяет наблюдать за всей системой, давать необходимые команды. ЭВМ обрабатывает информацию в соответствии с программой. Обрабатывающей установкой служит процессор, контролирующий систему. Однако ЭВМ имеет высокую стоимость. Один кремниевый элемент эквивалентен по стоимости 100 000 транзисторов, что дало толчок к развитию микропроцессоров.
В высокоскоростном лифтост роении обычно используются централизованные системы лифтов — для нескольких групп в здании, поэтому применяется диспетчеризация. Одной из главных задач эксплуатации является диа1 ностирование, имеющее целью предотвратить неисправности и обеспечить безопасную работу лифтов. В приводах лифтов со временем применение твердотельных элементов получит широкое распространение.
В японских лифтах со скоростью 9 м/с и высотой подъема 198 м применяется привод постоянного тока мощностью 100 кВт. Лебедка имеет систему принудительного воздушного охлаждения, что уменьшает ее массу. Применяются также лифтовые приводы с использованием кремниевых выпрямителей. Кремниевые выпрямители SCR являются полупроводниковыми устройствами, работающими в одном направлении. Сни состоят из анода, катода и затворного соединения. Кремниевые выпрямители SCR отличаются от диодов тем, что они обладают способностью срабатывать, когда затворное соединение доведено до определенного уровня напряжения, т е работают как выключатель. Когда выпрямитель SCR включен, его проводящее сопротивление низкое, когда выключен—высокое. Переменный ток трансформируется в постоянный с помощью фазового контроля. Кремниевый выпрямитель SCR используют в режиме однополупериодпого выпрямления. Обычно для каждого полупериода применяют два выпрямителя SCR. Выпрямитель SCR работает аналогично мотор-геператорным установкам, обеспечивая ком
36
пенсацию нагрузки, регенерацию, динамическое торможение Компенсация нагрузки достигается посредством сопоставления фактической скорости с заданной. Эта система сравнивает скорость кабины с идеальной скоростью по диаграмме и регулирует ее. Динамическое торможение также осуществляется по диаграмме идеального замедления. Ток может идти в двух направлениях, что обеспечивается двумя выпрямителями SCR.
Имеются данные о выпуске лифтов с приводом постоянного тока на твердотельных элементах. Японская фирма «Хитачи» применяет для многоэтажных зданий лифты с приводом постоянного тока на твердотельных элементах, а также микропроцессоры. Используются современные системы электрического управления и управления с помощью ЭВМ. Созданы системы материального обеспечения и выявлены особенности лифтовых схем постоянного тока на твердотельных элементах Подача команд от скорости обеспечивает плавное движение кабины. Фирма «Хитачи» применяет систему тиристор-Леонард как наиболее эффективную (ТП— Д). Надежность работы привода увеличивается благодаря использованию ЭВМ что позволяет сократить число полупроводниковых элементов.
Существуют два пути обеспечения регулирования напряжения электродвигателей постоянного тока: 1) применение генератора постоянного тока с приводом от электродвигателя переменного тока. Якорь генератора непосредственно соединен с валом канатоведущего шкива. Уровень напряжения и скорость двигателя постоянного тока меняются путем регулирования возбуждения обмотки генератора; 2) применение статического источника питания с использованием кремниевых выпрямителей или комбинации кремниевых выпрямителей с выпрямителями на твердотельных элементах (диодами) Напряжение меняется регулированием рабочего угла кремниевых выпрямителей. Оба типа регулирования имеют свои достоинства и недостатки. От типа источника питания зависит тип электродвигателя постоянного тока.
Несколько лет назад электродвигатели постоянного тока предназначались для работы по системе Г — Д. Требовалось внешнее возбуждение цепи обмотки якоря для ограничения пиков тока Новые электродвигатели специально предназначались для работы без больших внешних возбудителен в цепи обмотки якоря. Они были созданы с учетом обеспечения наибольшего возбуждения цепи обмотки с целью сглаживания пиков тока при подаче энергии от выпрямителей. В то же время были предусмотрены и другие конструктивные особенности для улучшения коммутационных характеристик путем обеспечения близкого соответствия между коммутирующим полюсным магнитным потоком и пульсирующим током выпрямителя.
37
Привод по системе Г — Д имеет небольшое преимущество с точки зрения первоначальных затрат, однако установлено, что через несколько лет эксплуатации источник питания на кремниевых выпрямителях SCR оказывается более экономичным Привод по системе Г — Д способен переносить большие кратковременные перегрузки (троекратные перегрузки в течение нескольких секунд). Кремниевые выпрямители SCR невелики и не могут переносить большие перегрузки. Максимальные перегрузки, которые могут переносить выпрямители SCR не превышают 50% номинальных нагрузок. Поэтому для лифтов устанавливаются кремниевые выпрямители SCR повышенной мощности Сравнение технических характеристик привода на кремниевых выпрямителях и привода по системе Г — Д приведено в табл. 3.
Многие авторы считают большим достижением создание твердотельного тиристорного привода на кремниевых выпрямителях
Таблица 3 Сравнение технических характеристик привода на кремниевых выпрямителях и привода по системе Г — Д
Показатель	Тип привода	
	SCR	г-д
Коммутация двигателя кпд Нагрев двигателя Сложность установки Долговечность Загрязнение окружающей среды Способность переносить перегрузки Коэффициент мощности Надежность Скорость срабатывания Реверсирование Пиковые токи Площадь, занимаемая при- водом Масса привода	Удовлетворительная Высокий Слабый, особенно при низких скоростях Простая, из готовых блоков Достаточная Есть, нужна защита Слабая Низкий Высокая Большая Требует специаль ных приспособлений Высокие при низких скоростях Малая В 2 раза меньше, чем у Г—Д	Хорошая Средний Умеренный Сложная, на месте Более высокая Нет Высокая Умеренный Достаточная Умеренная Простое Равны нулю Большая В 2 раза больше, чем у SCR
38
SCR. Этот тип привода может иметь большую мощность, высокую способность преобразования мощности Экономически выгодно применять привод на выпрямителях SCR, поскольку при этом типе привода снижается расход стали и меди, а также уменьшаются затраты на эксплуатацию. Приводы по системе SCR имеют высокий КПД, небольшие тепловые потери. Максимальный эффект достигается при определенном сочетании скорости и крутящего момента. За последнее время стандартные контроллеры на выпрямителях SCR стали более надежными. Приводы по системе SCR позволяют изменять коэффициент мощности в широких пределах. Кремниевый выпрямитель SCR регулируют прямые и обратные токи, поступающие в электродвигатель постоянного тока И в то же время исследование работы контроллеров на выпрямителях SCR показало, что, являясь недорогими и эффективными, они имеют низкий коэффициент мощности, который изменяется в зависимости от рабочих условий. В работе контроллеров это необходимо учитывать, так как в противном случае происходят перегрев электродвигателя и увеличение шума.
Японские фирмы «Хитачи» и «Мицубиси» планируют выпуск приводов, имеющих твердотельные элементы. В Японии осуществляют принудительное охлаждение приводов массой 5 т, а в США — массой 25 т и более. В японских лифтах типа SV со скоростью до 3 м/с применяют приводные электродвигатели постоянного тока с управлением па тиристорных элементах. При этом достигается плавное регулирование скорости. Обратная связь по напряжению позволяет компенсировать колебания нагрузки и обеспечить стабильную скорость независимо от нагрузки кабины. Управление на тиристорных элементах дает возможность значительно снизить массу и размеры привода по сравнению с приводом по системе Г — Д. При этом также уменьшаются шум и вибрации.
Японская фирма «Мицубиси» на самых высокоскоростных лифтах грузоподъемностью 1600 кг при скорости 10 м/с применяет без-редукторный привод с электродвигателями постоянного тока. Мощность привода 103 кВт, масса 5 т. Привод обеспечивает регулирование скорости в отношении 1 ’200 (т е. до 16 м/с). Система управления использует моделирование скорости с помощью ЭВМ Фирма «Мицубиси» первая создала безредукторный привод постоянного тока для лифтов со скоростью 10 м/с, в котором электродвигатель постоянного тока применяется с управляющими кремниевыми выпрямителями. В ближайшие годы для высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема наиболее целесообразно применение без-редукторного электропривода постоянного тока по системе ТП — Д с двухкомплектной схемой и линейным согласованием.
С увеличением скорости и высоты подъема лифта значительное
39
влияние на его движение оказывают различного рода помехи. В связи с этим в системе упра лепия и per лирования должно быть предусмотрено компенсирование этих помех. К основным при чинам, влияющим на изменение скорости, относятся а) изменение числа пассажиров в кабине лифта; б) возрастание сопротивления тока главной цепи при превышении температуры; в) уменьшение магнитного потока в зависимости от реакции якоря электродвигателя. Для устранения этих явлений необходима система регулирования скорости с обратной связью Рекомендуется система регулирования по методу параллельной компенсации. При высокой скорости и большой высоте подъема лифта частота собственных колебаний системы кабина — противовес в вертикальном направлении уменьшается. Поэтому вследствие небольших циклических возбуждающих сил, которые присуши системе регулирования скорости, легко возникают неприятные вертикальные колебания кабины. В связи с этим наряду со снижением пульсации тормозного момента на лебедке и пульсации напряжения тахогенератора при проходе через элемент параллельной компенсации необходимо выбирать передаточное отношение ролика пульсирующего напряжения тахогенератора таким, чтобы частота возбуждающей силы не совпадала с собственной частотой колебаний системы в вертикальном направлении.
В японских высокоскоростных лифтах в качестве привода тахогенератора использован фрикционный ролик, соприкасающийся с тормозным шкивом лебедки При этом пульсации напряжения, возникающие в тахогенераторе, вызывают вертикальные колебания кабины с виброускорсниями, не превышающими 8 см/с2, что соответствует допускаемой величине порога чувствительности человека и не ухудшает комфортных условий его проезда в лифте В этих лифтах установлен тахогенератор GTY, приводимый от фрикционного ролика При появлении проскальзывания тяговых канатов по капатоведущему шкиву подается сигнал. В системе функционирует тиристорный регулятор. Указанная аппаратура имеет небольшие размеры и обеспечивает: ускорениие при пуске 0,15 g, замед ление при торможении 0,15 g, точность остановки ±3 мм.
В лифтах для высоких зданий применяется компьютерная система «Comput-o-check>, которая позволяет изменять эксплуатационные характеристики лифта. С ее помощью можно настроить системы группового управления при монтаже; она имеет печатающее устройство Компьютерная система дает возможность контролировать лифты с учетом изменения схемы движения, производить сравнение параметров с заданными и проводить их доводку до проектных величин Система работает быстрее и точнее, чем любое механическое регистрирующее устройство.
40
По мере увеличения скорости и высоты подъема лифты более подвержены нарушениям в работе, поэтому необходимо совершенствование системы контроля и управления с точки зрения улучшения стабильности работы. Для этой цели необходима система контроля с обратной связью. Эта система имеет тенденцию к неустойчивости из-за задержек срабатывания приборов контроля управления Указанный недостаток может быть преодолен путем последовательной компенсации и компенсации с обратной связью, что более экономично.
В современных лифтах реле заменяют транзисторами или интегральными схемами Фирма «М N М instrument Е. Mihli» в Мюнхене выпускает микропроцессорное управление. Центральная вычислительная машина способна регулировать четыре электродвигателя различной мощности. Управление осуществляется через тиристорные блоки. В лифтах применяется следующее электронное оборудование, резисторно-транзисторную, диодно-транзисторную, транзисторнотранзисторную логические системы. Это оборудование отличается по конструкции и скоростям срабатывания. При применении крупных ЭВМ используют короткий кабель. Машинное помещение при этом должно иметь кондиционирование и хорошую пылезащиту. В лифтах это трудно обеспечить, так как в машинном помещении происходит большой перепад температур из-за нагрева через кры шу. Широкое применение электроники потребовало переработать традиционные системы управления лифтами.
Применение автоматического анализа движения кабин приводит к оптимальному распределению вызовов. Применяемая электронная система Elevonic предусматривает расположение оборудования па платах, что позволяет сэкономить площадь под оборудование и снизить расход электроэнергии па 30 %. Система жесткого регулирования скорости состоит из трех микропроцессорных блоков: контроллера лифта, контроллера группы и контроллера кабины. Система Elevonic рекламируется во многих зарубежных источниках. В этой системе компьютеры регулируют скорость, ускорение и точность остановки. Осуществляется бесступенчатое регулирование. Рекомендуется применять привод с использованием кремниевых выпрямителей SCR, экономия электроэнергии при этом составляет 30 % по сравнению с применением привода по системе Г — Д.
Известно устройство и метод управления торможением генератора привода лифта на основании полученных входных данных о скорости и направлении движения кабины Входные данные преобразуются в сигналы. «Волновой» генератор получает сигнал о мощности переменного тока н выдает точную форму волны, синхронную с сигналом мощности переменного тока. Точная форма волны и командные сигналы соединены с рядом триггерных устройств, ко
6—937
41
торые подают сигналы триггерному полю генератора, полю двигателя и тормозу приводного двигателя Известно также применение системы регулирования электродвигателя постоянного тока, связанной с канатоведущим шкивом. Преобразователь тока на твердотельных элементах, питаемый от источника переменного тока, обеспечивает подачу постоянного тока на приводной электродвигатель. Управление движением осуществляется с помощью специальных датчиков и тахометра.
В зарубежной практике применяется новый способ обнаружения положения кабины. В приямке лифта находятся лазерный излучатель и приемник отраженного лазерного луча На наружной стороне пола кабины расположена система отражателей. В приемнике луч преобразуется в электрические импульсы, которые поступают в счетпое устройство системы управления. В высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема регулирование скорости должно полностью осуществляться системой электропривода. Механический тормоз должен обеспечивать только фиксацию кабины в требуемом положении, не касаясь управления скоростью движения. В указанных лифтах следует применять систему регулирования с обратной связью, позволяющую производить сравнение скорости и ускорения с заданными величинами и доводить их до проектных значений.
Подвесной кабель. Подвесные кабели управления лифтами должны удовлетворять следующим противопожарным требованиям не подвергаться коррозии; иметь негорючую оплетку; выделять мало дыма при горении; возможно дольше не терять работоспособность при возгорании. С этой целью оплетки выполняют из полимерных материалов с огнеподавляющи.ми добавками При высоких температурах эти оплетки выделяют воду и поглощают теплоту Применяются также оплетки в виде ленты, изготовленной из стек ла или слюды, которая препятствует поступлению кислорода.
В высокоскоростных японских лифтах со скоростью 9—10 м/с при высоте подъема до 200 м применяется 6 подвесных кабелей диаметром 38 мм.
Кабели группами ио 3 шт. крепятся под кабиной па специальных подвесках, соединяя кабину с машинным отделением через натяжной блок, расположенный в середине шахты. Для защиты подвесного кабеля от середины шахты до приямка между поясами шахты установлена проволочная сетка. Для снижения напряжений в подвесных кабелях при землетрясении от середины шахты до машинного помещения между каждым из подвесных кабелей пропу щены и закреплены авиационные канаты. Применяются также специальные направляющие устройства для предотвращения раска
42
чивания подвесного кабеля. Эти устройства представляют собой магнитные элементы, фиксирующие подвесной кабель в шахте.
За рубежом известны случаи применения систем управления лифтом без подвесного кабеля. В кабине установлен передатчик с питанием от аккумуляторной батареи Передатчик посылает сигналы определенной частоты, соответствующие приказам: вверх, вниз, стоп. В машинном отделении находится приемник, декодирующий сигналы и передающий их в систему управления. Для соединения передатчика и приемника используется стальной канат, протянутый ио всей высоте шахты. Он образует вторичную обмотку трансформатора, а первичной является обмотка вокруг стального сердечника в форме кольца, закрепленного на кабине Устройство может работать па низких частотах—менее 1200 Гц, но лучше всего работает при 600 Гц.
Возможно также устройство лифта с бесконтактным управлением. Управляющие сигналы передаются с помощью антенного кабеля, установленного вдоль шахты, и антенны, установленной на кабине. После нажатия кнопки в кабине сигнал передается через антенну, а затем через антенный кабель на приемно-передающее устройство, которое подает команду на исполнительные механизмы. В высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема не рекомендуется применять подвесной кабель во избежание повреждений, которые он может получить от раскачивания при движении кабины. Однако при отсутствии подвесного кабеля в кабине необходимо устанавливать аккумуляторы.
5.	Устройства безопасности
Тормоз. При торможении высокоскоростного лифта механическим тормозом выделяется большое количество теплоты, для которой необходим специальный отвод. В связи с этим в лифтах необходимо предусматривать непосредственное динамическое торможение с помощью электродвигателя Для стояночных условий необходимый тормозной момент связан с моментом привода или моментом сопротивления привода следующим выражением:
M = jV/w,
где Л — мощность привода; (о — угловая скорость
Для лифтовых тормозов могут быть применены различные фрикционные материалы. Металлокерамические накладки для тормозов получают путем спрессовки и частичного оплавления порошков меди, железа, олова, свинца, графита и кремнезема. Тормозные накладки, изготовленные из указанных компонентов, обладают высокой теплопроводностью Недорогие дисковые тормоза выпускают
6*
43
ся фирмой «Maschinen-fabrik Stromag GmbH» в ФРГ. Указанные тормоза включаются пружиной, размыкание происходит с помощью электромагнита. Фирма выпускает четыре модификации тормозов с тормозными моментами 3,6—217 даН-м для дисков диаметрами 250—630 мм. Эти тормоза могут быть использованы и как рабочие, и как стояночные.
Дисковые тормоза по сравнению с колодочными имеют следующие преимущества: а) автоматическую перерегулировку в случае износа накладок и диска; б) не требуют специального обслужива пия; в) большой ресурс накладок позволяет легко их заменять; г) простоту монтажных работ; д) возможность горизонтального и вертикального исполнения; е) компактную закрытую конструкцию, ж) быстродействие. Дисковые тормоза, как и колодочные, включаются с помощью пружины. Растормаживание производится короткоходовым плунжерным электромагнитом. Тормоз имеет регулировку. Диск изготовляют из серого чугуна с мелкозернистой структурой, при этом рабочая поверхность диска должна быть чистой. Чугунные диски допускают рабочую температуру до 200° С. Для температуры свыше 200° С применяют чугун с ферроидальпым графитом и мелкозернистой структурой или сталь, имеющую твердость ^200 НВ. Тормозные накладки пригодны для работы при температуре до 300° С, возникающей при больших нагрузках. Обычно же температура тормозных накладок не превышает 200° С. Описанные тормоза выпускает фирма «Е. A. Foulds Ltd».
Дисковые тормоза обычно выбирают по двум критериям: по способности выдерживать высокую температуру и по принципу минимизации инерционных масс. Поэтому диски делают с внутренней вентиляцией, которая позволяет отводить теплоту от колодок. При 200 включениях в час средняя температура диска составляет около 250° С. Эта температура соответствует режиму торможения одним тормозом, без помощи электродвигателя. К вентилируемому диску воздух подается по трубке. Воздух обдувает лопасти, находящиеся между двумя плоскими дисками вентилятора. Диаметр диска составляет 710 мм при 600 об/мин
Диск изготовляют из серого чугуна с перлитной структурой. При небольших нагрузках дисковые тормоза могут быть без вентиляции и без лопастей. Тормозные накладки выполняют прессованными на основе синтетического каучука Коэффициент трения накладок о диск равен 0,3—0,4. При 300 включениях в час накладки выдерживают 100 000 торможений. Зазор между колодками и диском регулируется автоматически. При тормозном моменте 74,5 даЯ-м диаметр диска составляет 760 мм, что при работе в режиме 5—6 включений в час с вентилятором вызывает нагрев до 240° С. При тормозном моменте 36—46 даЯм диаметр диска со-
44
Рис 14 Схемы дисковых тормозов для привода лифтов
а —с двумя парами колодок: б с одной парой колодок; в — колодочного дискового тормоза; г — вентилируемого диска; / — ось диска; 2 — диск 3— лопасть; 4 — подвод воздуха по трубке; 5 — тормозные накладки
ставляет 640 мм, что при работе в режиме 900 об/мин и 300 включений в час с вентилятором вызывает нагрев до 170° С. При этом время торможения находится в интервале (0,5—0,8) с.
Схемы дисковых тормозов показаны на рис. 14 В высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема необходимо осуществлять электродинамическое торможение, поэтому механический тормоз должен выполнять функцию стояночного тормоза. В этих лифтах рекомендуется применять только дисковые тормоза.
Буфера. Согласно Европейскому стандарту EN-81-1, расчетная скорость посадки кабины на буфер должна на 15 % превышать поминальную. При номинальной скорости лифта до 4 м/с ход буфера должен составлять до 50 % всего хода, а при номинальной скорости лифта свыше 4 м/с — до 33,3 % всего хода Минимальный ход буфера должен быть не менее 0,42 м. При посадке на буфер допускаются ускорения кабины не более 2,5 g. Если же ускорения превышают эту величину, то время действия ускорения, превышающего 2,5 g, не должно быть более 0,04 с.
За рубежом на специальном стенде были проведены испытания гидравлических буферов: движущейся массой 10 т при скорости 7 м/с и массой 1 т при скорости 4,5 м/с. При этом было применено гидравлическое расцепительное устройство для имитации свободного падения. Для самых быстрых в мире японских лифтов со скоростью 9 и 10 м/с созданы специальные гидравлические буфера новой конструкции. Ход буфера составляет 2800 мм. Буфер был
45
Рис. 15. Общий вид гидравлических буферов а фирмы «Отис»: б — фирмы «Шталь»
испытан на нагрузку, соответствующую 1 пассажиру в кабине, и при полностью нагруженной кабине. Скорость, на которую рассчитаны японские буфера, меньше номинальной скорости лифта. Так, в японских лифтах с номинальной скоростью 9 м/с применяются гидравлические буфера для расчетной скорости посадки 6 м/с. Испытывают же такие буфера на скорость 6 м/с. Уменьшенная скорость, при которой испытываются японские буфера, противоречит европейским нормам. Согласно европейским нормам, расчетная скорость посадки па буфер должна превышать номинальную на 15 %, а по японским нормам расчетная скорость посадки на буфер может быть меньше номинальной. У высокоскоростных лифтов, установленных в Останкинской телевизионной башне в Москве, буфера рассчитаны на 1,1 номинальной скорости (7 м/с) и имеют ход 3000 мм. На рис. 15 показаны общие виды гидравлических буферов фирмы «Отнс» и фирмы «Шталь», а на рис. 16 — гидравлический буфер фирмы «Отис» в разрезе. Известны буфера серии 500, выпускаемые американской фирмой Hollister Whitney. Фирма выпускает буфера для скорости лифтов 6—8 м/с, ход буфера находится в пределах 225—450 мм.
Сведения, имеющиеся в технической литературе о лифтовых буферах, не дают четкого представления о конструкции буферов,
46
___г
0
О
14ЕОМШ
а
а
0
а
о
0
о
Ш1
'UIID0
Рис. 16. Разрез гидравлического буфера фирмы «Отис» 1 — резина; 2 — плунжер; 3 - пружина; 4 — индикатор; 5 — резервуар; 6 — пружина
0
О
а а
а а
47
предназначенных для лифтов, движущихся со скоростью 8—10 м/с. Очевидно, что создание таких гидравлических буферов представляет собой непростую инженерную задачу. Недаром создатели японских высокоскоростных лифтов с номинальной скоростью 9 м/с рассчитывали и испытывали для них буфера со скоростью 6— 6,9 м/с. Есть основания предполагать, что пока еще не созданы приемлемые гидравлические буфера для скорости 9—10 м/с. С другой стороны, создание гидравлических буферов с расчетной скоростью, равной номинальной скорости лифта, не является делом крайней необходимости. При наличии регулируемого привода и надежных ловителей кабина практически не может прийти на буфер с номинальной скоростью. Поэтому расчетная скорость посадки на буфер может быть принята ниже номинальной и составлять от нее не менее 80 %. Указанные соображения могут быть приняты во внимание при создании гидравлических буферов для высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема
Ловители и ограничители скорости. К ловителям кабины лифта предъявляют следующие требования:
1)	корпус ловителя должен крепиться к каркасу кабины так, чтобы была обеспечена возможность монтажа и демонтажа ловителя без разборки кабины. Корпус ловителя можно крепить к верхней или к нижней балке кабины, но крепление его к нижней балке является более предпочтительным. Болты крепления корпуса ло вителя к каркасу кабины должны быть разгружены:
2)	оба ловителя кабины должны срабатывать одновременно;
3)	при срабатывании ловителей должен выключаться электродвигатель лебедки лифта;
4)	у всех ловителей должен быть обеспечен запас прочности, равный не менее 1,5 предела текучести или 3,5 предела прочности стали;
5)	после снятия кабины с ловителей последние автоматически должны приводиться в исходное положение;
6)	ловители предварительно должны быть испытаны в натурных условиях согласно требованиям правил безопасности.
При расчете лифтов в режиме посадки на ловители в ФРГ применяют следующие динамические коэффициенты: для клиновых ловителей резкого торможения — 5; для роликовых ловителей резкого торможения — 3; для ловителей плавного торможения скользящего типа — 2. Тем не менее исследователь Рик в ФРГ получал ускорения до 10 g на корпусе клиповых ловителей кабины. В ФРГ ловители резкого торможения применяют на лифтах, имеющих номинальную скорость до 0,85 м/с, в Великобритании, Финляндии и Франции —до 1 м/с, в Голландии — до 0,5 м/с, в США — до 0,635 м/с.
48
Рис. 17. Схемы ловителей резкого торможения
« — клиновой; б— роликовый; в — эксцентриковый; / — направляющая; 2— клин; 3 — колодка; 4 — ролик; 5 — эксцентрик
Общим недостатком ловителей резкого торможения является малый тормозной путь и пеограничипаемое тормозное усилие. Тормозной путь кабины при применении ловителей резкого торможения нс превышает 5—10 мм. На рис 17 показаны схемы ловителей резкого торможения, а па рис. 18 — их общие виды. Общие виды скользящих ловителей плавного торможения показаны на рис. 19.
В ФРГ построена лаборатория для испытаний ловителей. Высота подъема стенда 23,5 м. Экспериментальная шахта представляет собой стальную сварную конструкцию, установленную на круглом бетонном фундаменте и пристроенную к зданию. Грузоподъемность испытательного стенда 20 т. Приямок глубиной 3 м имеет вниз} мешки с соломой. Скорость кабины испытательного лифта 8 м/с, а скорость срабатывания ловителей — 10 м/с. Если конструкция ловителей позволяет производить регулирование замедления кабины, то на указанном стенде можно производить испытания кабины с номинальной скоростью до 10 м/с. При этом скорость, при которой срабатывают ловители, может составить 12,5 м/с. Параметры процесса торможения записываются на осциллографе.
Известна также система контроля и испытаний ловителей в ФРГ. Роликовые ловители испытывают на специальном стенде методом продавливания прессом. При испытании роликовых ловителей на прессе усилие пресса Р составляет
P=K+Q = H/s^,
где К—масса кабины; Q — масса номинального груза; Л — работа, /1=	п — коэффициент запаса; s — путь торможения.
Испытание роликовых ловителей на лифте производят с помощью имитации свободного падения кабины. При этом начальная скорость посадки кабины на ловители не превышает 5 м/с. Для испытания лифтов в режиме свободного падения в Мюнхене при-
49
Рис. 18. Виды ловителей резкого торможения
о-роликовый ловитель фирмы «Haushahn»; б - эксцентриковый ловитель фирмы «Hollister Whitney»
Рис. 19. Виды скользящих ловителей плавного торможения а — фирмы «Отис»; & — фирмы «Шталь»
50
строен к зданию специальный стенд. Испытание ловителей производят по правилам ФРГ TRA-101 п по европейским правилам F.N-81-1.
Наибольший интерес представляет определение коэффициентов трения скольжения ловителей по направляющим, проведенное в ФРГ. При удельных давлениях чугунных клиньев ловителей на направляющую, равных (30 70) МПа, коэффициент трения при смазанных направляющих составляет 0,17—0,19, при сухих направляющих — 0.24—0,29. Если клинья изготовлены из закаленной стали С60, колодки из бронзы MS, удельные давления на направляющую равны (20—70) МПа, то при угле наклона клина 7° суммарный коэффициент трения составляет 0,23—0,34.
При торможении 4-топной массы, движущейся со скоростью 6 м/с, совершается работа с выделением большого количества теплоты (около 300 кДж), которую необходимо отводить. При этом происходит большой износ материала клиньев и направляющих. Более мягкий материал пары трепня изнашивается сильнее, оплавляется и обгорает. Установлено, что при гладких клиньях, изготовленных из серого чугуна, глубина возникающих при торможении рисок составляет: для смазанных направляющих — 0,18 мм, для сухих направляющих — 0,24 мм. При клиньях, изготовленных из стали С60 с нарезкой, смазка на направляющих при торможении сгорает. В результате экспериментов пришли к выводу, что клинья необходимо делать шире, чтобы износ металла при торможении был меньше. На клиньях целесообразно нарезать поперечные канавки для сбора и отвода масла и час иц металла, а также для повышения удельною давления клиньев на направляющую. Следует также принять необходимые конструктивные меры против возможных изменений формы корпуса ловителя. При соблюдении указанных условий можно обеспечить стабильное торможение кабины ловителями.
При изготовлении клиньев из твердых сплавов можно не ограничивать начальную скорость улавливания, так как износ клиньев будет небольшим. Глубокие риски на направляющих возникают только после улавливания кабины при ее свободном падении. При изготовлении клиньев из цветных металлов изнашиваются не только поверхности клиньев, но и направляющие. Особенно сильный износ происходит у клиньев, изготовленных из бронзы. После каждой посадки кабины на ловители появляются задиры, уменьшается толщина бронзовых вкладышей, падает величина тормозного усилия.
Ловители, применяемые в японских лифтах, предназначены для улавливания кабины, движущейся со скоростью 9 и 10 м/с. Эти ловители выполнены в соответствии с американскими правилами безопасности ANSI А. 17.1. Ловителц установлены под нижней бал
51
кой кабины. Тормозные колоДкн ловителей выполнены из специальных сплавов, которые могут противостоять нагреву при трении о направляющие. В случае аварии ловители способны даже при максимальной скорости обеспечить хорошие тормозные характеристики процесса улавливания. Испытания этих ловителей показали, что тормозной путь указанных высокоскоростных лифтов составляет 8,5 м при ускорении кабины 1,7 g и ускорении противовеса 1,55 g. Скорость кабины изменяется плавно — от 12 м/с до нуля, торможение происходит за 1,2—1,3 с.
Испытания ловителей на японском лифте со скоростью 9 м/с и высотой подъема 198 м показали, что у таких высокоскоростных лифтов уравновешивающие устройства должны быть более надежными, а процесс торможения кабины ловителями должен быть более плавным, чем у лифтов с меньшими скоростями Ограничители скорости должны обеспечивать максимальную силу трения в исполнительных вращающихся элементах, что требует высокой точности их изготовления Время срабатывания ограничителя скорости должно быть минимальным В связи с большим путем проскальзывания каната ограничителя скорости по его шкиву происходит интенсивное изнашивание удерживающих элементов. Поэтому необходимо улучшать качество материалов, из которых изготовляются удерживающие элементы ограничителей скорости.
При поминальной скорости лифта 9 м/с срабатывание ловителей происходит при 10 м/с, при этом интенсивно изнашиваются тормозные колодки. Вследствие нагрева колодок изменяется структура материала и снижается коэффициент трения колодок о направляющие Для изготовления колодок ловителей был применен литейный чугун, что улучшило условия взаимного сцепления между тормозными колодками ловителей и направляющими Благодаря этому создатели указанного лифта выполнили требования японских правил безопасности и американского стандарта ANSIA.17.1
Британский стандарт BS 5655 обязывает при скорости лифта более 1 м/с применять ловители плавного торможения При ско рости лифтов 0,63—1 м/с применяются подпружиненные ловители резкого торможения, при скорости менее 0,63 м/с — жесткие ловители резкого торможения. Среднее ускорение кабины при посадке на ловители должно быть (0,2—1) g. Скорость срабатывания ограничителя скорости для ловителей плавного торможения должна на 15 % превышать расчетную, ио быть менее следующей величины:
l,25u+0,25/v, где о — расчетная скорость лифта.
Канат ограничителя скорости должен иметь коэффициент запаса прочности не менее 8, а диаметр каната быть равным не ме-
52
Рис. 20. Ограничитель скорости фирмы «Hatishahn»
лее 6 мм. Отношение диаметра шкива ограничителя скорости к диаметру каната должно составлять не менее 30. В лифтах британской фирмы «Экспресс лифт» при скорости кабины 0,75 м/с эксцентриковые ловители сообщают кабине ускорение в 1,5 раза большее, чем роликовые. У скользящих ловителей при начальной скорости улавливания 3,12 м/с тормозной путь составляет 0,588—1,75 м. Известен ловитель, содержащий подпружиненный ролик и направляющую шину. На тормозной колодке установлена накладка из латуни, исключающая возможность образования задиров поверхностей. Предлагаются новые конструкции ловителей, которые могут быть использованы в высокоскоростных лифтах [7—9].
Большое распространение в лифтах получили ограничители скорости центробежного тина. При превышении скорости движения кабины вниз грузы ограничителя скорости преодолевают усилия пружин и останавливает шкив ограничителя скорости. Канат ограничителя скорости за счет сил трения в канавке шкива ограничителя скорости приводит в действие клинья ловителей. Заметим также, что имеются ограничители скорости, зажимающие канат с помощью подпружиненного башмака. Обычно ограничители скорости устанавливают в машинном помещении, но возможна их установка и на кабине. В этом случае вращающаяся часть привода ограничителя скорости соединена с валом блока, охватываемого канатом. Верхний конец каната закреплен на стене шахты, а нижний — прикреплен к концу поворотного рычага. На другом конце поворотного рычага закреплен груз. Неподвижный канат при движении кабины приводит блок во вращение. При превышении скорости поворачивается блок привода ловителей. Па рис. 20 показана конструкция ограничителя скорости, выпускаемого фирмой «Haushahn».
53
ЧАСТОТА ВИБРАЦИИ, Гц
Рис. 21. Изменение комфортных условий в зависимости от характеристик вибрации кабины лифта японской фирмы «Хитачи»
1 — область начала ощущения вибрации (очень хорошая переносимость); II — область ощущения дискомфорта; а — приближение к очень хорошей переносимости; б — хорошая переносимость; в — ощущение легких неудобств; г — дискомфорт
Анализ научно-технической литературы по лифтостроению свидетельствует о том, что в качестве ловителей высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема следует применять скользящие ловители плавного торможения. Однако пет достоверной информации о материалах, применяющихся для изготовления тормозных колодок (клиньев) ловителей высокоскоростных лифтов. Опыт экспериментальных исследований ловителей, проведенных автором в ЦПКБ по лифтам [8], позволяет дать некоторые рекомендации при создании ловителей для скоростных лифтов.
Тормозные вкладыши для клиньев и колодок отечественных высокоскоростных лифтов следует изготовлять с продольной нарезкой (зубьями) из специальной жаропрочной стали (или сплава), имеющей высокую износостойкость Сталь должна выдерживать высокие температуры п давления, не изменяя при этом своих механических свойств (твердости, коэффициента трения и т. д.). Для создания ловителей следует провести специальные исследования с целью определения свойств и выбора необходимого материала для тормозных вкладышей ловителей. Некоторые теоретические предпосылки для решения этого вопроса предложены в работах [5 и 6].
Для высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема необходим надежный ограничитель скорости, включающий ловители при превышении кабиной номинальной скорости движения вниз Поскольку применение привода ловителей от каната большой длины неприемлемо, ограничитель скорости центробежного типа должен быть установлен на кабине и должен взаимодействовать с направляющей Для отечественных высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема предстоит разработать н создать ограничители скорости специальной конструкции.
54
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛИФТОВ
1.	Вибрация, шум, давление воздуха в кабине
Безопасность пассажиров является важнейшим требованием, которому должен удовлетворять лифт. С увеличением скорости и высоты подъема лифта повышаются требования ко всем элементам лифтового оборудования. Условия работы высокоскоростного лифта резко отличаются от условий работы привычных тихоходных лифтов. Несоблюдение размеров и допусков отдельных узлов и детален при изготовлении, неточности сборки узлов и погрешности установки и монтажа оборудования в шахте в работе высокоскоростного лифта приводят подчас к непредвиденным явлениям аварийного ха рактсра, лишающим лифт основного важнейшего показателя качества — гарантированного обеспечения безопасности пассажиров В то же время непредвиденные явления аварийного характера могут возникнуть в лифте при правильном и высококачественном изготовлении и монтаже узлов и деталей лифта в результате увеличения скорости и высоты подъема. Некоторые особенности работы высокоскоростных лифтов были известны еще в 40—50-х годах
В книге Г. К Корнеева и др. [2] отмечено, что для очень высоких зданий типа американских небоскребов на 40—100 и даже более этажей применяются лифты со скоростью до 6—7 м/с. Увеличение скорости сверх 7 м/с сопряжено с большими неудобствами для пассажиров: быстрое изменение барометрического давления при перемещении с одного уровня па другой вызывает у пассажиров болезненные ощущения в слуховом аппарате. Это же явление отмечается и при подъеме на высоту 305 м со скоростью 6 м/с. Атмосферное давление при этом изменяется на 200 мм рт. ст., что весьма ощутимо.
По мере увеличения скорости и высоты подъема лифты более подвержены нарушениям в работе, поэтому необходимо усовершенствовать систему контроля и управления с точки зрения улучшения стабильности работы.
Действие системы контроля скорости зависит от: числа пассажиров в кабине, увеличения сопротивления главного тока в системе Г — Д, вызывающего повышение температуры, снижения магнитного потока приводного электродвигателя вследствие реакции якоря. Для контроля и учета всех возникающих изменений необходима система управления с обратной связью. Эта система имеет тенденцию к неустойчивости из-за задержек срабатывания приборов контроля управления
55
Система управления высокоскоростными лифтами часто является недостаточно надежной — у лифта могут возникать повышенная скорость и резкие остановки, сопровождаемые значительными вертикальными вибрациями кабины. В результате высокой скорости и большой высоты подъема собственная частота колебаний системы в вертикальном направлении уменьшается. Поэтому вследствие небольших циклических возбуждающих сил, которые присущи системе регулирования скорости, легко возникают неприятные для пассажиров вертикальные колебания кабины.
С повышением скорости лифта до 9 м/с увеличиваются поперечные вибрации и шум в кабине. На вибрацию влияют точность установки направляющих и способность роликовых башмаков кабины поглощать вибрацию. Амплитуда ускорения достигает 15 см/с2, а при нахождении пассажиров вблизи одной из стенок кабины — до 20 см/с2. Такие виброускорения недопустимы. Длинные тяговые канаты и длинные направляющие, а также нежесткие шахты являются источниками поперечных вибраций. Поперечные колебания возникают от неровности направляющих, от эксцентриситета роликовых башмаков, а также от эксцентричных канатовсдущих шкивов. Поперечные вибрации возникают, естественно, нс только у тяговых, но также и у уравновешивающих канатов и подвесного кабеля.
Ниже описаны условия, в которых работают высокоскоростные лифты с большой высотой подъема:
1)	вследствие действия ветровой нагрузки на здания происходят колебания лифтовых шахт, что может привести к авариям лифтов;
2)	на кабину и противовес, движущиеся в шахте, действуют аэродинамические нагрузки, являющиеся следствием образования тяги в шахте. Они особенно значительны при прохождении кабины мимо противовеса, а также мимо шахтных дверей;
3)	в нижней части шахты у кабины происходят колебания низкой частоты (1 Гц и менее), которые при возникновении резонанса с колебаниями противовеса приводят к выходу его из направляющих;
4)	колебания кабины действуют на пассажира как землетрясение, поэтому высокоскоростные лифты с большой высотой подъема необходимо исследовать, пользуясь теми же приборами, которые применяются при землетрясениях;
5)	имеет место взаимовлияние кабины и противовеса, поэтому необходимо изолировать кабину от вибрации канатов;
6)	воздушные потоки в шахте при входе и выходе из кабины вызывают резкую боль в ушах пассажиров; аналогичное явление
56
возникает при перепаде давлений, а также при проходе кабипы мимо противовеса.
Указанные условия работы высокоскоростных лифтов требуют разработки специальных норм безопасности, так как даже в лифтах со скоростью 5 м/с шум и вибрации в кабине весьма ощутимы. С ними нужно бороться конструктивными методами. Между кабиной, противовесом и стенками шахты должны быть выдержаны необходимые зазоры, чтобы избежать высоких скоростей и давлений воздушных масс. Пол кабины следует изолировать от рамы каркаса, а подвеску располагать строго по центру тяжести кабины Роликовые башмаки кабины и противовеса должны иметь шины большого диаметра. Различного рода неточности изготовления узлов и деталей кабины, ее монтажа приводят к неустойчивому бесконтрольному движению. Пружины и шины роликовых башмаков снижают колебания кабины. Если пружины роликовых башмаков не дают эффекта, то целесообразно произвести полное демпфирование башмаков.
Шум возникает также вследствие неправильного выбора расстояния между канатами, когда они бьются друг о друга Зазоры между канатами рекомендуются величиной не менее 37,5 мм
Стандарт ФРГ DIN 4109, л. 2 регламентирует защиту от шума в высотных зданиях. Шум в помещениях днем не должен превышать 35 дБЛ, ночью — не более 30 дБА. Допускаемая величина шума от лифтов должна составлять не более 30 дБА.
Шум от лифта можно устранить следующими способами: а) изоляцией лифтовой шахты от здания; б) звукоизоляцией стен шахты; в) правильной смазкой движущихся частей лифта с использованием консистентной смазки; г) применением безредукторного привода; д) применением в тормозах электромагнитов постоянного тока вместо переменного; е) уменьшением зазоров между тормозными шкивами и колодками; ж) применением подшипников скольжения в приводе.
В трехфазных электродвигателях переменного тока от работы магнитов возникает механический и аэродинамический шум, для устранения которого следует уменьшать индукцию магнитов. Снижению шума способствует использование стояночных тормозов в сочетании с безредукторным приводом лифта. Привод лифта следует устанавливать на упругие опоры Воздушный и структурный шум снижают установкой облицовок, прокладок, демпферов, применением резинометаллических деталей.
Ниже приведены данные о величине шума, возникающего при работе элементов лифтового оборудования, дБЛ: электродвигателя (до 10 кВт)—64—66; тормоза — 55—75; редуктора—75—85; ац-
57
паратуры управления — 20—55, кабины — 55—60; дверей — 48—50. При скорости лифта 3,5 м/с шум в машинном помещении обычно составляет 75—80 дБА.
Шум в лифтах можно снизить с помощью металло-резиновых элементов, несвязанных резиновых шин, пробковых прокладок и стальных пружинных амортизаторов. Для снижения шума, возникающего при работе привода, предлагается при частотах возбуждения менее 15 Гц применять пружинные амортизаторы, более 15 Гц — резиновые амортизаторы, более 35 Гц — пробковые амортизаторы. Рекомендуется увеличивать точность установки направляющих и применять резиновые смеси для шин роликовых башмаков.
Палатой профсоюзов Европейской федерации подъемпо-транс-портного оборудования предложены рекомендации по снижению шума при работе лифтов. В них приведены методы измерения шума в помещениях, прилегающих к шахте и машинному помещению. Если в машинном помещении шум до 86 дБА, в прилегающих к нему помещениях 25—30 дБ А, в шахте до 71 дБА, а в помещениях рядом с шахтой 25—30 дБА, то таким установкам в западно-европейских странах присваивается «Знак акустического комфорта». Для снижения шума предлагается: а) стены шахты выполнять из бетона, отлитого в переносной опалубке толщиной 0,22 м при прочности на сжатие 50 МПа; б) в машинном помещении устанавливать бетонную плиту толщиной 0,25 м, площадью 10 м2 или толщиной 0,3 м и площадью более 10 м2, а стены машинного помещения изготовлять из тяжелого бетона. Необходимо выполнять специальные требования к звукоизоляции лебедки относительно здания.
В лифтах с большой высотой подъема необходимо проводить анализ продольных колебаний. С увеличением скоростей лифтов увеличивается амплитуда колебаний кабины в вертикальном направлении. Причинами этих колебаний являются: ускорения, возникающие при движении кабины, несимметричность расположения груза в кабине; изменение нагрузки при входе и выходе пассажиров из кабины. Представляют интерес колебания, вызванные изменением скорости при торможении, вследствие которых возникают вынужденные продольные колебания всей системы. Японской фирмой «Хитачи» предложены соотношения между частотой собственных колебаний системы и характеристикой продольных колебаний кабины при различных типах возмущений. Разработан метод замены поступательного движения вращательным, позволивший снизить колебания системы с помощью дополнительного подвижного блока, который в необходимые моменты фиксируется.
Этой же фирмой проведены исследования поперечных раска
58
чиваний кабины, движущейся со скоростью 6 м/с, в результате которых определены допускаемые величины поперечных колебаний (вибрации) в зависимости от уровня комфорта в кабине, что позволило создать соответствующие нормы Установлено, что при анализе процесса бокового раскачивания кабину следует рассматривать как твердое тело, движущееся поступательно и имеющее три степени свободы, а при исследовании поперечных вибраций кабину следует представить в виде двухмассовой системы с двумя степенями свободы, определив реакции направляющих на изгиб. Установлено также, что боковое раскачивание кабины во многом зависит от степени точности установки направляющих, шага их креплений и расстояния между башмаками кабины по высоте. При проектировании подпружиненных башмаков кабины и противовеса необходимо правильно подбирать их жесткость.
Фирма «Хитачи» установила нормы па поперечные вибрации кабины, движущейся со скоростью 8—9 м/с, которые представлены на рис. 21. С увеличением скорости лифта до 9 м/с увеличиваются вибрация и шум в кабине. На вибрацию влияют точность установки направляющих и способность роликовых башмаков кабины поглощать вибрацию. Амплитуда поперечных виброускорений кабины при движении лифта со скоростью 9 м/с достигает 15 см/с2, а если пассажиры стоят ближе к одной стенке кабины, то виброускорения увеличиваются до 20 см/с2, что недопустимо.
Роликовые башмаки кабины и противовеса диаметром не менее 250 мм обладают повышенной способностью поглощения вибраций. При этом необходимым условием является достижение повышенной точности изготовления и установки направляющих, поскольку вибрации возникают вследствие непрямолинейности и не-плоскостиости направляющих. Применяются различные способы защиты от вибрации при смещении груза в кабине к одной из ее стенок В результате этого поперечные вибрации кабины уменьшаются до 8 см/с2.
Вследствие турбулентности потока воздуха, обтекающего кабину, в последнюю проникает шум величиной 60 фон*. При скорости лифта 9 м/с кабина должна иметь звукоизоляцию, которая бы задерживала шум на 10 фон больше, чем кабина со скоростью до 6 м/с. Для этого в японских лифтах применяют двухслойную обшивку кабины, что позволяет при движении лифта со скоростью 9 м/с снизить шум до того уровня, который возникает при движении лифта со скоростью 5 м/с (т. е. до 52 фон). В результате
* Фон — уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ.
59
Рис. 22. Схема вентиляции кабины, при которой создается эффект шумоизоляции
Рис. 23. Схема для расчета колебаний кабины
1 — роликовый башмак; 2 — купе;
3 — каркас кабины; 4 — направляющая
принятых конструктивных мер, а также применения системы управления с обратной связью на лифтах со скоростью 9 м/с удалось достигнуть: амплитуды вертикальных виброускорений кабины — 10 см/с2, амплитуды горизонтальных виброускорений кабины — 8 см/с2, шума в кабине — 52 фон Известны данные о вибрации лифтов фирмы «Хитачи» со скоростью 6 м/с, установленных в Мировом торговом центре в Токио: амплитуда вертикальных виброускорений кабины—10 см/с2, амплитуда горизонтальных виброускорений кабины — 5 см/с2.
В японских лифтах со скоростью 9—10 м/с кабина имеет обтекаемую форму и установлена в специальном кожухе для снижения шума Снаружи кабина имеет специальную виброизоляцию. Для снижения вибрации канатов и механизмов в машинном помещении под приводом установлена специальная плита. В японских лифтах со скоростью 9—10 м/с в системе управления используют моделирование с помощью ЭВ/М. При этом моделируется также отношение между системой регулирования скорости, канатами и подвеской кабины. В результате с помощью системы управления создан механический демпфер для защиты кабины от вертикальных колебаний.
60
Боковые колебания кабины уменьшены за счет жестких допусков па изготовление и монтаж направляющих, а также за счет применения роликовых башмаков с роликами большого диаметра Кабина изготовлена обтекаемой формы в виде капсулы, что также уменьшило ее колебания Кроме того, амплитуду поперечных вибро-ускорении кабины удалось уменьшить до 10 см/с2. Благодаря двойным стенкам кабины, изготовленным из звукоизолирующих материалов, достигнута шумоизоляция В этих лифтах применена новая система вентиляции кабины, в которой поток воздуха создает шумоподавляющий эффект. Так, при скорости кабины 10 м/с шум в кабине не превышает 50 дБА. Схема вентиляции кабины, создаю щей эффект шумоизоляцип, показана на рис. 22.
Анализ вибрации лифтов в высотных зданиях, проведенный японской фирмой «Тошиба», показал, что длинные тяговые канаты, длинные направляющие и нежесткие здания являются источниками вибрации лифтового оборудования. Поперечные колебания возникают вследствие неровности направляющих и эксцентриситета роликовых башмаков. Было произведено моделирование системы «купе— каркас кабины — башмаки». Каркас и купе были приняты абсолютно жесткими с шестью степенями свободы. При составлении математической модели системы членами выше 2-го порядка пренебрегли. После упрощений получили
[М] {X}+[CJ {i}+m {X} = {F},
где [Л1] — квадратная матрица 4-го порядка, в которую входят масса и момент инерции системы; [С] — квадратная матрица 4-го порядка, в которую входят коэффициенты демпфирования; [К] — квадратная матрица, в которую входят постоянные жесткости; {X}, {X}, {X}—одностолбцовая матрица с четырьмя строками, в которую входят независимо друг от друга ускорение, скорость и перемещение; {F} — одпостолбцовая матрица с четырьмя строками, в которую входит внешнее воздействие.
На рис. 23 приведена расчетная схема системы. Результаты расчета на ЭВМ колебательного процесса для случая искривления каждой направляющей в виде синусоиды с амплитудой 1 мм и длиной волны 4 мм показаны на рис. 24.
В результате решения математической модели колебательного процесса установлено, что на вибрацию кабины большое влияние оказывают конструкция башмаков и состояние направляющих кабины: а) для направляющих, искривленных в виде синусоиды, виброускорение зависит от длины синусоиды и жесткости пружин роликовых башмаков (при некоторых скоростях это виброускорепие имеет максимум); б) снижением жесткости пружины роликовых
61
РАЗНОСТЬ ФАЗ КОЛЕБАНИЙ МЕЖДУ ЛЕВОЙ И ПРАВОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ, ГРАД
ЖЕСТКОСТЬ ПРУЖИНЫ РОЛИКОВОГО БАШМАКА, КГС/М
Рис. 24. Результаты расчета колебательного процесса при искривленных направляющих
а — изменение виброускорений пола кабины в зависимости от разности фаз колебаний между левой и правой направляющей при скорости лифта 3 м/с; б — кривая поперечных колебаний кабины, в — кривые изменения внброускорений кабины в зависимости от жесткости пружин роликовых башмаков при скорости лифта б м/с; 1 — кар-
кас кабины, 2 — купе
башмаков можно уменьшить внброускорение кабины; в) при изменении разности фаз волн левой и правой направляющей от 0 до л/2 амплитуда колебаний пола кабины уменьшается незначительно; г) амплитуду виброускорений пола кабины можно уменьшить до 5 см/с2 за счет снижения жесткости роликовых башмаков.
Ниже приведено моделирование системы с использованием всех динамических характеристик лифта. Учтены возможные изменения крутящего момента привода, в результате которых возникают вертикальные колебания кабины. С увеличением высоты подъема лифта увеличиваются длина его канатов и вибрация. Снижается собственная частота колебаний каната и, если она совпадет с периодом колебаний здания от ветра или землетрясения, может возникнуть резонанс. При подъеме к самому верхнему этажу частота поперечных колебаний канатов приближается к частоте собственных колебаний кабины, т. е. кабина может попасть в резонанс. Для этого случая математическая модель системы имеет вид дифференциального уравнения в частных производных гиперболического типа
м ~---
di*
дЦ
dt
+ ки=—т
дЦ ду

62
Uotiin a>t
Уо
Рис. 25. Схемы колебательной системы лифта а — расчетная схема лифта; б — гармоники колебаний тяговых канатов лифта при движении кабины вверх со скоростью 3 м/с; в — гармоники колебаний тяговых канатов лифта при движении кабины вверх со скоростью 9 м/с (получены с помощью
ЭВМ)
Дана блок-схема управления электродвигателем. Получено решение на ЭВМ для канатов длиной 70 и 250 м. Проведены эксперименты на лифтах. На рис. 25 показаны схемы колебательной системы лифта. В результате проведенного исследования сделаны следующие выводы: 1) при колебаниях здания и каната может возникнуть резонанс колебаний. При остановке лифта всегда происходят вынужденные колебания, для устранения которых в лифтах необходимо устанавливать гасители колебаний; 2) во избежание появления резонанса между поперечными колебаниями каната и колебаниями кабины следует правильно подбирать жесткость роликовых башмаков; 3) амплитуду поперечных колебаний кабины можно значительно снизить путем установки к пружинам роликовых башмаков специальных гасителей (демпферов).
Ниже приведены различные предложения и рекомендации, направленные на снижение вибрации и шума в кабинах высокоскоростных лифтов. Предлагается для кабины сделать аэродинамиче-
63
скин козырек, препятствующий возникновению толчков, вибраций й шума при прохождении кабины мимо шахтных дверей. Известен и другой способ снижения шума в кабине. Предлагается в выступающей перед дверью части пола кабины сделать множество сквозных отверстий, которые будут снижать шум, возникающий при прохождении кабины мимо шахтных дверей. Рекомендуется применение виброгасителя для лифта. Сущность предложения заключается в том, что тяговые канаты следует крепить к кабине с помощью пружин жесткостью не более 2000 МПа и подвешивать к месту их крепления динамический гаситель. Предлагаются и другие мероприятия ио снижению вибрации, шума и улучшению вентиляции в скоростном лифте (9 м/с), установленном в высотном здании. Известна конструкция кабины, снижающая шум и вибрацию. Кабина имеет две оболочки. Наружная оболочка кабины состоит из отдельных секций, соединенных болтами, фланцы наружной оболочки расположены внутри кабины. Внутренняя оболочка (обшивка) кабины крепится к наружной на винтах.
Предлагаются также различные противошумные устройства для снижения шума и вибрации лифтов со скоростью 4—-9 м/с. Шум и вибрация возникают вследствие разности давлений воздуха над и под кабиной, а также при прохождении кабины мимо шахтных дверей. Известны различные гасители колебаний для кабины лифта. Между полом и рамой пола кабины устанавливают резиновые подушки и две продольные шариковые опоры. Разработаны системы автоматического регулирования скорости лифта, обеспечивающие подавление продольных (вертикальных) колебаний кабины Применяется устройство для регулирования положения точки подвешивания кабины, влияющего на возникновение вибраций.
В высокоскоростных лифтах в момент прохождения кабины мимо противовеса резко уменьшается давление воздуха, охватывающего кабину с одной стороны, что вызывает поперечные колебания и резкий звук. Для предотвращения этого явления предлагается установить в шахте перегородку на участке встречи кабины и противовеса. В верхней и нижней частях перегородки следует сделать отверстия и щели. При скорости лифта более 3,5 м/с невозможно предотвратить поперечную вибрацию кабины под влиянием поперечных колебаний несущих канатов, неровности направляющих и эксцентричности роликовых башмаков. Для создания комфортных условий необходимо снизить поперечные вибрации кабины до 2 Гц. Этого нельзя достичь с помощью резиновых прокладок между полом и каркасом кабины, поэтому предлагается установить между ними стальные стержни с пружинами сжатия, т. е. подвешивать купе внутри каркаса кабины. Для предотвращения продольных колебаний кабины предлагается устройство, в котором пружинные под
64
вески кабины и противовеса снабжены фрикционными гасителями колебаний. При этом один конец плиты под приводом (под машинным помещением) неподвижен, а другой опирается на пружинные или гидравлические амортизаторы. Привод (пол машинного помещения) колеблется вместе с кабиной и противовесом в одной плоскости. Это создает единую колебательную систему, способствующую снижению продольных колебаний. Известно еще одно устройство для снижения вибраций. Па подвеску кабины устанавливают фрикционную шайбу для снижения вибраций низкой частоты и пружину для снижения вибраций высокой частоты.
Для предотвращения вертикальных колебаний кабины применяют электромагнитное устройство, позволяющее поглощать не только обычные вертикальные колебания, но и низкочастотные колебания, возникающие в момент изменения числа оборотов электродвигателя. Обычные колебания поглощаются пружинной подвеской кабины и амортизационными прокладками, установленными между купе и каркасом Низкочастотные колебания поглощаются электромагнитным демпфером, который включается непосредственно перед изменением частоты вращения электродвигателя. Электромагнитный демпфер содержит П-образный магнит и пару качающихся тормозных башмаков, которые входят во впадину электромагнита. Магнит закреплен на верхней балке каркаса кабины, а башмаки — на кронштейне, связанном с пружинной подвеской. Под действием пружины сжатия тормозные башмаки смыкаются, располагаясь па некотором расстоянии от боковых стенок электромагнита. Перед переходом электродвигателя в другой режим работы в обмотку электромагнита подается электрический ток. При этом тормозные башмаки притягиваются к его боковым стенкам. Низкочастотные колебания поглощаются за счет сил трения между башмаками и боковыми стенками электромагнита.
В высокоскоростных лифтах шум в кабине возникает вследствие завихрений воздуха в шахте Для борьбы с шумом можно использовать следующее на крыше кабины установить вентиляторы и накрыть их кожухом, кабину лифта сделать с двойными стенками Воздух от вентиляторов должен циркулировать по замкнутому контуру между двойными стенками кабины. При этом шум в шахте пе будет проникать в кабину. Для улучшения звукоизоляции кабины необходимо предусмотреть в кабине двойные стенки и облицевать их изнутри звукоизолирующим материалом. Внутренние и наружные стенки кабины должны соединяться с помощью амортизационных элементов. Соединение следует осуществлять металлическими полосами с болтами на резиновых прокладках. Стенки купе можно соединять также с помощью пластинчатых пружин и прокладок.
65
В результате исследований проведенных в МГУ им Ломоносова, разработан специальный датчик для измерения шума в салоне автомобиля Установлено также какая часть шума, создаваемого автомобилем, идет в салон, а какая — наружу. Поскольку условия в кабине лифта и в салоне автомобиля во многом близки, целесообразно использовать результаты этих исследований при со здании высокоскоростного лифта Для предотвращения поперечных колебаний канатов в высокоскоростных лифтах для высотных зданий разработано следующее устройство. Вблизи подвесок тяговых и уравновешивающих канатов между отдельными канатами устанавливают упругие прокладки с помощью специальных накладок и болтов Силы упругости прокладок предотвращают колебания по всей длине канатов. Вертикальные колебания кабины можно снизить с помощью двух электромагнитов, установленных на ее крыше. Сердечники электромагнитов, выполненные в виде скоб, охватывают направляющие При приближении кабины к остановке вк почаются электромагниты, создается электромагнитное поле, возбуждающее в направляющих вихревые токи, которые поглощают вертикальные колебания кабины. Амортизационные прокладки можно устанавливать в верхних углах крепления купе к каркаем и под полом кабины При этом вибрация канатов нс будет передаваться па кабину.
Обычно в лифтах кабина подвешена на демпфирующей подвеске, колебания которой поглощаются неметаллическим упругим материалом, а противовес — на пружинной подвеске Поскольку упругий материал предохраняет от резонанса предлагается и противовес подвешивать на демпфирующей пружинной подвеске что позволит снизить колебания и избежать появления резонанса. Для снижения колебаний тяговых канатов в высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема предложено специальное устройство, описание которого дано в работе [11].
При движении кабины с большой скоростью возникает значительный перепад между давлением воздуха внутри и снаружи кабины, поэтому при открывании дверей на остановке пассажиры ощущают боль в ушах Для регулирования давления воздуха внутри герметичной кабины применяют специальное устройство, которое выравнивает давление внутри и снаружи кабины до момента открывания дверей На крыше кабины устанавливают вентиляторы, с помощью которых в кабину подают свежий воздух, и выпускные патрубки для выхода воздуха из кабины наружу. Благодаря этому при высоких скоростях не возникает разницы давлений воздуха на входе у всасывающих патрубков вентиляторов и па выходе у выпускных патрубков Указанное техническое решение обеспечивает постоянную скорость циркуляции воздуха.
66
2. Обеспечение безопасности лифтов при землетрясениях
Высокоскоростные лифты могут быть установлены в зданиях и сооружениях, построенных в районах действия сильных ветров и землетрясений. При сильном ветре или землетрясении сейсмостойкие здания и сооружения имеющие гибкие конструкции, колеблются в поперечном направлении, в результате чего возникают поперечные колебания тяговых канатов, амплитуды виброускорений которых достигают 50 см/с2 и более Для устранения этого явления следует применять специальные устройства, снижающие колебания канатов Кроме этого, необходимо усиливать сечение направляющих, чтобы кабина и противовес не вышли из них при землетрясениях а также осуществлять мероприятия по предотвращению запутывания канатов и кабеля и опрокидывания оборудования Созданы специальные системы управления, применяемые в лифтах при землетрясениях, пожарах и прекращении подачи электроэнергии (эта система применена на лифтах в японском отеле «Кейо Пла за»).
В США действует стандарт, требования которого направлены на предотвращение аварий в лифтах при землетрясениях. Согласно этому стандарту, на лифтах следует устанавливать специальные приборы-сейсмодатчики Разработаны специальные требования по установке сейсмических выключателей. Сейсмический выключатель должен замыкать контакт при землетрясении и останавливать лифт. Создано несколько сейсмических выключателей для различных случаев применения.
К ссйсмодатчикам предъявляют следующие требования- а) направление действия сейсмодатчиков должно осуществляться по двум горизонтальным осям; 6) чувствительность к вибрации должна составлять не более 5 Гц; в) наибольшая амплитуда виброускорения 60-4-100 см/с2; г) питание — от постоянного тока напряжением 125 В, 0,2 А; д) рабочая температура должна быть от —10 до -|-50оС Способ установки сейсмодатчика в нулевое положение—вручную Сейсмодатчик состоит из магнита рычага, микровыключателя, защелки и калиброванного груза. Чаше всего при землетрясениях противовес выходит из направляющих. Для предотвращения этого явления необходимы специальные устройства контроля.
При создании лифтов со скоростью 10 м/с в качестве защиты от землетрясений было предусмотрено усиление конструкций: на правляюших и их креплений, кабины и противовеса, а также оборудования машинного помещения. Лифтовое оборудование предварительно было подвергнуто испытаниям, в которых были смоделированы условия землетрясения с помощью мощного генератора ко
67
лебаний. В результате проведения испытаний в конструкцию лифта были внесены изменения Если при землетрясении кабина лифта находится в экспресс-зопе, она останавливается и медленно, за счет разницы масс кабины и противовеса, движется до ближайшей остановки Конструкция описанного лифта рассчитана на нагрузки с коэффициентом запаса прочности в 3 раза большим по сравнению с нагрузками возникшими при сильном землетрясении, происшедшем в Японии в 1923 г.
При землетрясении происходят беспорядочные колебательные движения земного грунта — вертикальные и горизонтальные. Современные здания и сооружения в вертикальном направлении имеют большой запас прочности. Поэтому действием вертикальной вибрации (от землетрясения) на лифты обычно пренебрегают. При землетрясениях также возникают высоко- и низкочастотные колебания. Землетрясение, происшедшее вблизи сооружения, вызывает в нем высокочастотные колебания и наоборот — вдали от сооружения — низкочастотные. Для высотных зданий наиболее опасны низкочастотные колебания, поэтому, находясь вдали от эпицентра землетрясения, высотные здания больше подвержены разрушениям. Здания. возведенные из жестких конструкций, подвергаются высокочастотным колебаниям, а здания, возведенные из гибких конструкций, — низкочастотным. Лифты должны переносить землетрясения без повреждений, для чего лифтовое оборудование следует закреплять наглухо от действия горизонтальных и вертикальных сил. Некоторые проектировщики считают, что элементы лифта достаточно рассчитывать на ускорения не более 0.5 g.
При землетрясении 8,6 балла, происшедшем в 1964 г. в Анкоридже на Аляске, из 100 установленных лифтов наибольшие повреждения получили лифты с приводом от канатоведуших шкивов, тогда как лифты с гидравлическим приводом имели незначительные повреждения. При землетрясении лифты являются относительно безопасным местом, поскольку кабина представляет собой закрытую конструкцию Ниже приведены характерные повреждения лифтов, полученные при землетрясениях* незакрепленные элементы привода были сброшены; станции управления опрокинуты; реле повреждены, так как от толчка при землетрясении распахнулись панель; противовесы вышли из направляющих; вышли из строя направляющие, закладные детали; от падающих вниз обломков шахты повреждено лифтовое оборудование.
В феврале 1971 г. в Лос-Анджелесе во время землетрясения вышло из строя 1000 лифтов. Повреждения получили следующие лифтовые узлы, шт- уравновешивающие канаты—100; канаты ограничителя скорости — 20; тяговые канаты—100; подвесные кабели— 7; кабины (вышли из направляющих) — 18; кабины (сели на
68
ловители) — 102: противовесы (вышли из направляющих)—674; кабины (повреждены противовесами) —109; генераторы (смещены)— 174, направляющие противовесов (смещены)—49. Были также повреждены закладные детали направляющих противовесов — 174; шахтные двери — 22; роликовые башмаки: противовесов — 286, кабин — 9,
В 1971 г. в Сан-Фернандо (США) в результате землетрясения в 5—6 баллов произошли большие разрушения в лифтах, поскольку они не имели сейсмозащиты Американским стандартом с 1972 г. предусмотрены требования, предъявляемые к лифтам в части сейсмостойкости. В Японии в префектуре Мияги в нюне 1978 г. землетрясение силой 5 баллов разрушило лифты в зданиях, которые сами пострадали незначительно Отсюда был сделан вывод, что зна чительный ущерб лифтам приносят землетрясения силой 5 баллов и выше. Это подтвердили статистические данные о землетрясениях, происшедших в 1968 г на Хоккайдо, в 1972 г. на Хатидзё, в 1974 г. в Идзу. Установлено, что основной ущерб был нанесен лифтам вследствие подземных толчков и прекращения подачи электроэнергии.
В целях обеспечения защиты лифтов от землетрясений необходимо выполнение следующих требований- а) лифтовые конструкции должны быть рассчитаны с учетом действия горизонтальных ускорений, равных 0,3 g, б) исключена возможность выхода противовеса из направляющих; в) оборудование в машинном помещении должно быть рассчитано на сдвиг с учетом действия горизонтальных ускорений, равных 0,5 g-, г) должно быть предусмотрено предохранительное устройство против срыва и колебаний канатов и подвесного кабеля, а также устройство связи системы управления лифтом с сигналами сейсмодатчиков. Кроме того, необходимо соблюдать специальные правила по эксплуатации лифтов во время землетрясений. Некоторые защитные мероприятия, проводимые в лифтах при землетрясениях, приведены в табл. 4.
Расчетное ускорение определяют по формуле
где а0 — ускорение внедрения грунта в здание, kB — коэффициент увеличения реакции здания на толчок грунта (Агв обычно принимают равным 2—3); kt — коэффициент увеличения реакции самого лифта.
Направляющие должны быть сейсмостойкими. На противовесе необходимо устанавливать дополнительные средние башмаки, что позволит снизить нагрузки на направляющие. Колебания оборудования в машинном помещении обычно достигают частоты 10 Гц, а если установить впбропоглотители, то можно их снизить до 5 Гц.
69
Таблица 4 Защитные мероприятия, предусмотренные на случай землетрясений
Сила землетрясения, балл	Характер восприятия землетрясения	Амплитуда внброускоре-пия грунта, с м/с2	Защитные мероприятия
0	Неощутимо	0—0,8	Лифты могут продолжать работать После землетрясения необходимо
1 2 3	Еле ощутимо Слабое Легкое	0.8—2,5 2,5—8 8—25 1	
4	Среднее	25—80	’	осуществить контроль и испытания всех лифтов Должны быть предусмотрены не-
5	Сильное	80—250	обходимые устройства для без-
6	Очень сильное	250—400	опасности пассажиров (кабину следует сразу остановить, осу-
7	Катастрофическое	Более 400 i	ществить защиту узлов лифта от разрушений и поломок), а также автономные подвижные кабины для эвакуации пассажиров
Под действием колебаний здания начинают вибрировать канаты и подвесной кабель. Происходит их соударение со стенками шахты, что является источником шума и может привести к обрыву канатов и кабеля. Поэтому для канатов и кабеля устанавливают специальные демпферы и предохранительные устройства. Эти устройства разрабатывают на основе исследований вибрации канатов относительно колеблющегося здания. Резонанс колебаний канатов и здания может возникнуть и при сильном ветре Амплитуда колебаний канатов противовеса при землетрясении достигает 400 мм.
При землетрясениях силой 5 баллов и более кабину лифта следует сразу остановить. В машинном помещении должны быть установлены сейсмодатчики, отключающие лифт при землетрясении. При этом кабину необходимо остановить у ближайшего этажа для выхода пассажиров. В лифте должно быть предусмотрено устройство, предотвращающее выход роликовых башмаков из направляющих, а также возможность зацепления канатов и подвесного кабеля за детали оборудования в шахте. Обязательно должна действовать си стема контроля землетрясения или применяться сигнализаторы.
В США в связи с сильными землетрясениями, происшедшими в 1967—1977 гг., возникла необходимость проведения динамического анализа лифта на сейсмостойкость, а также моделирования поведения лифтов при землетрясениях. Отдельные лифтовые узлы проверялись на вибростендах
70
в 1980 г. в японские правила безопасности лифтов были внесены изменения, касающиеся сейсмостойкости лифтов. При высоте подъема лифта более 60 м методика расчета на сейсмостойкость определяется динамическими характеристиками здания, в котором установлен лифт. При высоте подъема менее 60 м расчет на сейсмостойкость производится по единой методике. Рекомендуется применять вибростенды для испытании оборудования машинного помещения, направляющих и т. д.
Разработано устройство для остановки лифта при землетрясении В шахте устанавливают электропроводный рельс, по которому бегут электропроводные ролики При возникновении землетрясения ролики отходят от рельса и отключают лифт.
Возможно также использование устройства безопасности для контроля взаимного расположения элементов лифта при взрывах и землетрясениях. В шахте сверху вниз протянута проволока, параллельная направляющим противовеса. На противовесе установлен кольцевой контактор, пе вступающий в контакт с проволокой. При взрыве или землетрясении (когда противовес выходит из направляющих) кольцевой контактор вступает в контакт с проволокой, заземляет проволоку и останавливает лифт. Предложено также устройство для автоматической остановки лифта в случае возникновения сильных вибраций здания, представляющее собой маятниковый сейсмоприемник, который включает электрическую цепь, останавливающую лифт.
Возможно применение специальной системы обнаружения горизонтальных перемещений противовеса при землетрясении. После обнаружения перемещений происходит переключение лифта на аварийный режим работы. Разработано устройство, сигнализирующее о расхождении направляющих и выходе из них противовеса. Предлагается применять поперечные стяжки, предотвращающие деформации направляющих противовеса при землетрясениях. Генератор сигналов можно установить и на противовесе. В случае возникновения больших колебаний по сигналу датчика замыкается цепь генератора сигналов. Катушка, входящая в цепь генератора, обхватывает тяговый канат. В машинном помещении устанавливают приемник сигналов, снабженный катушкой, обхватывающей тяговый канат. От приемника сигналы поступают к реле, дающему команду на выключение лифта.
Во избежание подскока грузов противовеса рекомендуется при жимать их вертикальными пружинами. В некоторых источниках предложен монолитный литой противовес, который не деформируется при землетрясениях. При угрозе землетрясения возможно применение следующего устройства для управления лифтом: по сигналу датчика отменяются все вызовы и пе регистрируются новые. При
71
Этом кабина направляется к ближайшему этажу. Разработано также устройство для управления лифтом при землетрясении, которое имеет датчик, реагирующий на слабые сейсмические в.0лны, и датчик, реагирующий на сильные сейсмические волны. Под действием первого датчика (при слабых колебаниях) лифт переводится в аварийный режим работы — кабина направляется на ближайшую остановку.
Может быть применена аварийная система управления лифтом, при которой высадка пассажиров при землетрясении осуществляется на среднем этаже здания. Расположение кабины и противовеса посередине высоты подъема является наиболее безопасным при землетрясении. Если при движении кабины с пассажирами возникают сильные колебания, то кабина останавливается у ближайшего этажа для высадки пассажиров, а затем направляется на средний этаж как наиболее безопасный при действии землетрясения. В этом положении происходят минимальные колебания канатов и минимальные повреждения кабины и противовеса Применение двух датчиков рекомендовано во многих источниках. Датчики для вертикальных и горизонтальных колебаний заблаговременно извещают систему управления лифтом о землетрясении.
Для эвакуации пассажиров в экстремальных условиях в потолке кабины делают отверстие. Осветительный плафон со ступеньками открывается внутрь, а люк — наружу. Возможен и другой вариант; на боковой стенке кабины предусматриваются дверь и специальный мостик для перехода пассажиров при аварии в кабину соседнего лифта, в которой также имеется дверь на одной из боковых стенок.
9 ноября 1965 г. в результате аварии энергосистемы в США возник большой перерыв в подаче электроэнергии. В лифтах, установленных в 107 зданиях, застряли 355 пассажиров. В американских лифтах исходя из экономических соображений аварийные генераторы ранее не устанавливались. Однако после этой аварии энергосистемы стало ясно, что необходимы автоматические зарядные и пусковые агрегаты для освещения и связи в лифтах, а также электрогенераторы, служащие для привода лифтов и работающие на дизельном топливе, бензине или газе. Необходимо также предусматривать возможность перехода из кабины в кабину через боковые аварийные выходы. Для эвакуации пассажиров из неисправного лифта предлагается использовать устройство с применением вспомогательного электродвигателя постоянного тока, питающегося от аккумуляторов, и приспособление для открывания дверей. В случае аварии пассажиры лифта сами подгоняют кабину к ближайшей остановке и открывают двери.
Разработаны электрические схемы автоматической доставки ка
72
бины лифта при прекращении энергоснабжения. Японская фирма «Мицубиси» применяет систему аварийного питания от аккумуляторов на случай отключения электроэнергии Используется группа автомобильных аккумуляторов напряжением 12 В, рассчитанная на 36 А-ч работы. Эти аккумуляторы питают приводной электродвигатель, тормоз и механизм привода дверей, а также приборы освещения в кабине. Постоянный ток от аккумуляторных батарей через выпрямитель и регулятор напряжения преобразуется в переменный. Предложены системы управления лифтом, осуществляющие контроль положения кабины в случае перерыва в подаче электропитания. Создано устройство защиты тиристорного преобразователя лифтового электропривода постоянного тока при исчезновении напряжения питающей сети. Известно устройство безопасности для лифтов на случай кратковременного отключения электроэнергии. Устройство определяет причину и переводит кабину в аварийный режим — останавливает ее пли сажает на ловители. После подачи электроэнергии устройство восстанавливает нормальную работу лифта без резких изменений. На основании статистических данных о несчастных случаях во время пожаров пришли к выводу, что в каждом высотном здании для аварийных целей должно быть установлено не менее двух лифтов
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ЛИФТЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В РАЗЛИЧНЫХ СТРАНАХ
Лифты некоторых европейских стран. Ежегодно в мире в различных зданиях и сооружениях устанавливается около 150 000 лифтов (не считая СССР и Китая), из них 75 000—в Европе. По американским данным, пропускная способность лифтов в 25 раз больше, чем железных дорог. Интересно отметить, что в разных странах принята различная расчетная масса пассажиров лифта: в Швейцарии— 80 кг, во Франции — 75 кг, в Америке — 68 кг, в Японии — 65 кг.
При строительстве и эксплуатации высокоскоростных лифтов в высотных зданиях необходимо учитывать следующее: 1) неверти-кальность шахт (в различных странах допуск па вертикальность шахты при хорошем контроле и применении скользящей опалубки обеспечивается в пределах ±4 см па 200 м высоты); 2) деформации зданий и сооружений под действием ветра; 3) «поршневой эффект», возникающий при перемещении кабины с большой скоростью Особенно сильное действие «поршневого эффекта» наблюдается в шахтах при высоте подъема свыше 200 м, где установлены 2 пас
73
сажирских лифта со скоростью 6 м/с и более. Для ликвидации «поршневого эффекта» приходится делать специальный соединительный капал от нижней части шахты до шахты соседних лифтов. В последние годы внедряются лифты с двухэтажными кабинами, а также устраиваются пересадочные этажи («скайлобби») в зданиях.
Наиболее высокими сооружениями в Европе являются телевизионные башни, среди которых следует отметить Останкинскую телевизионную башню в Москве, имеющую бетонную часть высотой 384 м, а общую высоту — 532 м. Далее за ней с понижающейся высотой следуют телевизионные башни в следующих городах Европы: Берлин — Мюнхен — Г амбург — Вена — Дрезден — Дортмунд — Зап. Берлин — Штутгарт. В Голландии есть дымовая труба высотой 260 м, которую обслуживает пассажирский лифт грузоподъемностью 200 кг со скоростью 0 5 м/с Высота его подъема 186 м.
В ПНР, в 15 км от г. Плоцка, установлена телевизионная башня высотой 642 м, в которой действует реечный подъемник с приводом от бензинового двигателя. Привод мощностью 13,23 кВт (18 л. с.) имеет 3 червячных редуктора и 3 шестерни, находящиеся в зацеплении с зубчатой рейкой. Подъемник изготовлен шведской фирмой «Алимак». Высота подъема 637 м. Скорость его весьма мала. Максимальная скорость реечных подъемников, выпускаемых шведской фирмой «Алимак», обычно не превышает 0,95 м/с, хотя есть подъемники и со скоростью 1,6 м/с.
Самое высокое административное здание в 62 этажа в Европе— «Тур Монпарнас» (Париж), его высота 210 м. В этом здании установлены лифты фирмы «Асинтер-Отис» грузоподъемностью 1600 кг, 7 лифтов имеют скорость 6 м/с, 6 лифтов — скорость 5 м/с. Ниже приведены максимальные скорости лифтов, выпускаемых в различных европейских странах, м/с: в БНР—1,4, в ВНР—1,4, в ГДР —6,3, в ПНР —4, в СРР —4, в ЧССР —2,8, в СФРЮ — 1,2, в Италии — 4. Финская фирма «Коне» выпускает лифты со скоростью до 7 м/с, однако стандартные лифты этой фирмы имеют скорость не более 3,5 м/с, как н английской фирмы «Экспресс-лифт». Западногерманская фирма «Шталь» выпускала стандартные лифты со скоростью не более 2,5 м/с, а итальянская фирма «Фаль-кояи» — со скоростью до 3,15 м/с, однако она может изготовить лифты и с более высокими скоростями — 4 и 5 м/с.
Европейская федерация подъемно-транспортного оборудования регламентирует скорость пассажирских лифтов 5 м/с, вместимость 24 человека. Стандартом СЭВ PC 713-74 установлена скорость лифта 6,3 м/с, а стандартом PC 1484-68 — 5,6 м/с. Международной организацией по стандартизации (ИСО) предусмотрены для жилых
74
домов скорость пассажирских лифтов 2,5 м/с, а грузоподъемность 1000 кг. Для административных зданий ИСО рекомендует скорость лифтов 5 м/с, а грузоподъемность 1600 кг.
Лифты в Австралии. В высотном центре в Сиднее, имеющем 65 этажей, установлено 24 лифта, разделенных по высоте на 4 зоны. Грузоподъемность лифтов 1350 кг, максимальная скорость 7 м/с. Ускорение в переходных режимах не превышает 1,65 м/с2, точность остановки ±3,3 мм. Высота этажа в этом здании составляет 3,3 м, имеются пересадочные этажи: 24, 39, 53. В других источниках высотное здание в Сиднее названо «МЬС-центр>. Грузоподъемность лифтов указана другая—1600 кг, максимальная скорость — 7 м/с. Это самая высокая скорость лифтов в Австралии. В лифтах использована система управления скоростью с обратной связью, без путевых выключателей, индукторов и селекторных лент. В системе управления применена ЭВМ В Сиднее также имеется башня высотой 200 м. В ней установлены пассажирские лифты грузоподъемностью 1400 кг со скоростью 6 м/с. В 1974 г. в Сиднее построено 38-этажпое здание страховых компаний, в котором установлены лифты с двухэтажными кабинами; между 24-м и 38-м этажом работают лифты со скоростью 5 м/с. Таким образом, в Австралии максимальная скорость лифтов не превышает 7 м/с, а высота подъема — не более 200 м.
Лифты в Гонкош е. В Гонконге имеется несколько зданий высотой 20—40 этажей, в которых установлены лифты со скоростью 1,5—7 м/с. В 1980 г. в Гонконге закончилось строительство 64-этажного сооружения «Хоупвелл-центра» — административного здания в виде круглой башни. Для этого здания 28 лифтов поставила швейцарская фирма «Шиндлер». Кабины трапецеидальной формы, скорость лифтов, работающих внутри здания, 4; 6,3 и 7 м/с—всего 18 лифтов, кроме того, снаружи здания действует 10 прозрачных лифтов (обзорных) со скоростью 2,5 м/с. В этих лифтах применена система бесконтактного управления Transitronic. Лифты оснащены специальными генераторами для аварийного питания. На случай пожара предусмотрена специальная система управления. Лифты оснащены переговорными устройствами и дисплеем. При возникновении тайфуна обзорные лифты автоматически отключаются. Таким образом, максимальная скорость лифтов в Гонконге не превышает 7 м/с, а высота подъема составляет примерно 200 м.
Лифты в Канаде. В Канаде в 1971 г. впервые появились лифты со скоростью 9 м/с с двухэтажными кабинами Они были установлены в Коммерческом банке. Ивестна башня-CN, построенная в Торонто. Ее высота 540 м. В этой башне установлены лифты со скоростью 6 м/с, высота подъема 330 м (самая большая в мире высота подъема лифта, установленного в здании). В башне-CN уда
75
лось осуществить исключительно плавные лифтовые подъемы. Это достигнуто за счет применения лазерного луча для установки направляющих. Поскольку плотный свет лазерного луча можно резко фокусировать на дальних расстояниях без разброса, он нашел широкое применение в строительстве при центровке тоннелей, мостов и других строительных сооружений. До монтажа лифтов в указанной башне центровку и выверку направляющих производили путем сравнения их прямолинейности с туго натянутой струной (за счет весков или стяжных муфт). Положение направляющих также проверяли осмотром с крыши кабины при движении на малой скорости, что нерационально и не дает точных результатов.
Направляющие лифтов в башне-CN монтировали участками по 90 м с помощью струны, все 4 участка были выверены, отцентрованы и точно установлены. Это сделано с помощью лазерного луча сотрудниками фирмы «Отис» в содружестве с фирмой «Diffracto Ltd» и фирмой «Nova Laser Systems Ltd» (Канада). Лазерный луч (усиление света путем интенсивной эмиссии излучения) представляет собой свет одного цвета с одной длиной волны. В Канаде применялся гелпопеоновый лазер, создававший красновато оранжевый свет с длиной волны 0,6328 мм. В лазерном луче волны по шагу совпадают.
Лазерный генератор содержал стеклянную трубку со смесью гелия и неона. Эти газы приводились в действие с помощью высоковольтного разряда. Зеркала па концах трубки отражали монохроматический свет с одной длиной волны туда и обратно. Возникал луч толщиной с карандаш, простирающийся на сотни метров с очень небольшой потерей интенсивности. Потребляемая мощность лазерного генератора 0,001 Вт. Лазерный генератор состоит из лазерного проектора, смонтированного в верхней части шахты, и детектора со считывающим устройством, установленного на крыше кабины. Проектор снабжен специальным «калиматором» переменного фокуса для более резкой фокусировки В башпе-CN лазерный луч даже на расстоянии 330 м нс рассеивался
Детектор представляет собой электрооптический датчик, преобразующий энергию луча в аналогичные электрические сигналы, которые подаются в считывающее устройство, имеющее два прибора. Один направлен слева — направо, другой спереди — назад. Детектор прижимается скобами к направляющим Положение направляющих корректировали согласно показаниям приборов тут же, на месте. Использование лазерной техники позволило значительно увеличить точность установки направляющих и тем самым создать предпосылки для плавного подъема и комфортных условий в кабине. Следует отметить, что автором настоящей брошюры в работе [12] также предложен прибор, позволяющий определять точнос1ь
76
убтйновкй направляющих. Корректировка положения направляющих производится на основании приборных записей
В Канаде предполагается строительство «Небесного подиума», высота которого составит 540 м. Там будут установлены 4 лифта, которые будут поднимать 1300 человек в час. Вопрос о скорости лифтов еще не решен. Таким образом, максимальная высота подъема лифтов, установленных в Канаде, составляет 330 м при скорости движения 6 м/с. В Канаде есть пассажирские лифты со скоростью 9 м/с, однако их высота подъема значительно меньше 300 м.
Лифты в Великобритании. Самый высокий комплекс административных зданий в Великобритании — «Бишопсгейт тауэр» (138 м) Это сооружение имеет 41 этаж и оснащено двухэтажными лифтами фирмы «Экспресс-лифт». Максимальная скорость 7 м/с, точность остановки ±6 5 мм. Обычно же высотные здания в Великобритании строят высотой 30 этажей (100—120 м). В Великобритании в зависимости от числа этажей в здании рекомендуются следующие расчетные скорости лифтов, м/с: для шести этажей — 1,5, семи — 2, семнадцати — 3, двадцати семи — 4, тридцати семи — 5, сорока семи — 6, пятидесяти семи этажей — 7. Обычная вместимость лифтов для высотных зданий 15 человек. В Великобритании установлено около 150 000 лифтов, наибольшая скорость которых 9 м/с.
Безопасность эксплуатации лифтов выше, чем любой другой системы, связанной с транспортировкой людей. Использовать лифт в пять раз безопаснее, чем ходить пешком по лестнице. Разработчики лифтов очень сторожны при проведении каких-либо технических изменений. Тем нс менее микроэлектронные схемы внедрены в системы управления лифтами, обеспечивая большую надежность и легкое обслуживание. Новые системы регулирования привода на переменном токе обеспечивают более плавное движение и более высокую точность остановки кабины
Для привода лифтов уже используются вертикальные (линейные) электродвигатели и дисковые тормоза. Применяются также линейные двигатели для привода дверей электронные емкостные устройства для дверей. Заметны тенденции к переходу на стандартные конструкции. В последние годы стали делать капсулообразные кабины, кабины для обзора местности, двухэтажные кабины.
В Великобритании для лифтов со скоростью 2—7 м/с применяют безреду к горный привод с электродвигателями постоянного тока, п и этом диаметры капатоведущих шкивов составляют 750— 1200 мм. Редукторный привод применяется при скорости лифтов 0,12—1,75 м/с и грузоподъемности до 15 т, гидравлический — при
77
Рис. 26. Подъемник для высоких мачт федеральной почты ФРГ
а — расчетная схема подъемника; б — эпюра натяжений тяговых канатов подъемника при нижнем расположении канатоведущего шкива непосредственно под кабиной; / — отводной блок; 2 — канатоведущнй шкив
скорости лифтов менее 0,75 м/с В Вестминстерском банке в Лондоне установлены лифты со скоростью до 7 м/с. Шум от лифтов, выпускаемых фирмой «Экспресс-лифт», при скорости 1,5 м/с составляет, дБ: в машинном помещении 70—71,5, в кабине 46—47, в кабине при закрывании дверей 53.
В Великобритании выпускают лифты грузоподъемностью до 3000 кг. При высоте подъема до 100 м обычно применяют лифты со скоростью 0,75—2,5 м/с, а при высоте подъема до 250 м рекомендуется применять лифты со скоростью 1,75—8 м/с. Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что максимальная скорость лифтов в Великобритании не превышает 7 м/с, а высота подъема — 200 м.
Лифты в ФРГ. Высота подъема лифтов для высоких мачт федеральной почты ФРГ составляет 312 м, грузоподъемность 450 кг,
78
скорость 0,63 м/с. Эти подъемники не имеют противовеса и установлены в решетчатых мачтах. Они имеют нижнее расположение привода непосредственно под кабиной. В верхней части канаты огибают один отводной блок. Рама привода может перемещаться в вертикальном направлении по специальным направляющим, выполняя функции натяжного устройства тяговых канатов. На рис. 26 показаны расчетная схема этого подъемника и эпюра натяжений тяговых канатов. Здесь приняты следующие обозначения: G — масса натяжного груза, включая массу лебедки; К — масса кабины; Q — масса груза в кабине; GKa6 — масса подвесного кабеля; Скан — масса одной ветви тяговых канатов; а — угол обхвата шкива канатом; р, — коэффициент сцепления каната со шкивом; а — ускорение; 5'2—натяжение тяговых канатов на отводном блоке; Si—натяжение тяговых канатов под кабиной; S2— натяжение свободной ветви тяговых канатов у канатоведущего шкива; е110— тяговая способность канатоведущего шкива; b, с, d, f — размеры, указанные на рис. 26.
Уравнение равновесия имеет вид:
5/4"5/= С?4-/(4-2Скан4”-^(^/Я)>
где
5/ = /С4~С+^каб1 5/=524"Скан(1—&/g)', G = Si4-S2.
Должно выполняться условие пескольжения канатов по канатоведущему шкиву
(52/51)дин^6,х ;
(^+Ф4~Скаб) (1 +п/£)4-26ьан(п/£)+0>5(7 (ЗгАОдип-	0,5G	.
^=2,62; (52/5.)Дпп-=2,1-2,24; ai=0,5G; b=GKaH(14-a/g);
с= (/(4-Р+Скаб) (1-ba/g);
d= (K+Q4-GKa6) (14-a/£)4-2GKaH(a/g)4-0,5G;
/ = G taa (1—о/g).
В телевизионной башне в Штутгарте находятся в эксплуатации два лифта грузоподъемностью 1200 кг, вместимостью 16 человек (высота подъема 154 м, скорость 4 м/с). Привод лифтов — безре-дукторный с применением электродвигателей постоянного тока и тиристорного управления. В системе управления применяется аналоговая вычислительная машина В башне радиостанции г. Гамбурга установлены два лифта каждый вместимостью 18 человек и скоростью 6 м/с. В башне радиосвязи установлен еще один лифт гру
79
зоподъемностью 600 кг, со скоростью 3 м/с. Высота всей башни 204 м, но лифты ходят только до ресторана, расположенного на высоте 127 м. Привод лифтов безредукторный по системе Г-Д. Канатоведущий шкив расположен на валу двигателя. В машинном помещении предусмотрена специальная вентиляция. Крепления направляющих установлены с шагом 2 м. Грузы противовеса выполнены из свинцового лома
В мюнхенской телевизионной башне также установлены лифты со скоростью 6 м/с. Известно, что фирма «Хаусхан» получила заказ на изготовление лифтов для телевизионной башни во Франкфурте-на-Майне, которая будет высочайшей в Европе. Для этой башни фирма поставит два пассажирских лифта грузоподъемностью 2700 кг, со скоростью 6 м/с. Высота подъема 225 м. Предусмотрен также один грузовой лифт со скоростью 4 м/с. Фирма «Хаусхан» выпускает также лифты со скоростью 7 м/с.
Развитие современного лифтостроения в ФРГ идет по пути усовершенствования отдельных элементов лифтов, в частности:
улучшения технологии изготовления и повышения качества направляющих, применения холоднотянутых направляющих, правки направляющих на роликовых машинах, увеличения чистоты поверхности направляющих;
применения пружинных прижимов для крепления направляющих к закладным деталям в шахте,
создания испытательных комплексов, башен для испытаний различных лифтовых узлов (наподобие башни в Мюнхене для испытаний ловителей);
разработки конструкций с учетом физических и физиологических возможностей человека (доказано, что человек может выдерживать гораздо большие перегрузки, чем считалось ранее, в частности он способен выдерживать резкие остановки при скоростях, ле превышающих 1,7 м/с);
применения дисковых тормозов в лифтовых лебедках вместо колодочных, хотя дисковые тормоза еще не нашли широкого применения;
азотирования червяков редукторов лифтовых лебедок, применения закаленных и шлифованных червяков;
внедрения капатоведущих шкивов, имеющих поверхностную закалку канавок;
проведения точной центровки кабины (совпадение центра тяжести кабины с центром подвески);
применения двухэтажных кабин;
применения тканых лент в качестве уравновешивающих канатов; тканые ленты утяжеляются за счет прикрепленных к ним по
80
перечных брусков, при этом натяжные устройства уравновешивающих канатов не применяются;
замены стальных пружинных буферов полиуретановыми для лнфтов со скоростью до 1.25 м/с, а при скоростях свыше 1,25 м/с — применения только гидравлических буферов;
применения асинхронных электродвигателей для привода лифтов со скоростью до 1,25 м/с, применения регулируемого редукторного привода переменного тока для лифтов со скоростью 1.25— 1,6 м/с; применения безредукторных приводов постоянного тока для лнфгов со скоростью свыше 2 м/с.
В будущем предвидится создание системы лифтового торможения с помощью блуждающих токов, а также широкое применение электродвигателей с внешним ротором, поскольку они позволяют создать компактную конструкцию лифтового привода В результате экспериментов, проведенных па испытательной станции в Мюнхене, установлено, что с уменьшением скорости кабины тормозное усилие скользящих ловителей увеличивается. При применении тянутых направляющих коэффициент трения ловителей скользящего действия значительно меньше, чем при применении направляющих, имеющих механическую обработку. Установлено также, что тяговые канаты крестовой свивки типа «Баррингтон» наиболее износоустойчивы Рекомендуется изготовлять купе кабины из многослойных конструкций (листов) с целью снижения шума и устранения колебаний Анализ технической информации свидетельствует о том, что максимальная скорость лифтов, установленных в ФРГ, не превышает 7 м/с, а максимальная высота подъема высокоскоростных лифтов составляет не более 225 м
Лифты в США. Крупнейшим зданием в Ныо Порке является Всемирный торговый центр. В нем одновременно может находиться 130 000 человек, его высота составляет 412 м (НО этажей). В Центре установлено 95 лифтов грузоподъемностью от 1600 кг при скорости 2,5 м/с до 4500 кг при скорости 8 м/с. Это административное здание было построено в 1974 г. Всемирный торговый центр является одним из высочайших зданий в мире, поскольку известное здание «Эмпайр стейт бплдннг» имеет меньшую высоту— 380 м. Для сравнения: Эйфелева башня в Париже имеет высоту 300 м, почтовая башня в Лондоне— 174 м
Заметим, что ни один лифт во Всемирном торговом центре не ходит с 1-го до 110-го этажа. На 44-м и 78-м этажах устроены пересадочные площадки на другие лифты В результате здание по высоте разделено на 3 зоны, одна над другой. У каждой зоны есть свой посадочный вестибюль, который называется «скайлобби». Тем не менее до 78-го этажа ходят экспрессные лифты. Их вместимость— 55 человек, скорость — 8 м/с. Высота подъема экспрессных
81
лифтов составляет примерно 280 м. Всего же в здании установлено 255 лифтов, и за 1 мин можно подняться на высоту 390 м.
В 70-этажном здании Центра Рокфеллера установлены пассажирские лифты со скоростью 6 м/с, высота подъема — 237 м Известны данные о подвижных массах лифта: масса кабины — 3220 кг, противовеса — 4170 кг, половины подвесного кабеля — 853 кг, тяговых канатов— 1542 кг и уравновешивающих канатов — 1061 кг. Грузоподъемность лифта составляет 3000 кг. В «Эмпайр стейт билдинг» 102 этажа, по лифты поднимаются только до 80 го этажа, что соответствует высоте подъема 305 м. Скорость лифтов в этом здании 5 м/с, однако может быть достигнута скорость 6 м/с. Фирма «Отис» установила (в Чикаго) в высотном здании (41 этаж) лифты со скоростью 8,6 м/с. Однако вскоре эта скорость была снижена, и лифты стали работать со скоростью не более 8 м/с.
В 60-этажном здании установлены лифты со скоростью 6 м/с, вместимостью 30 человек, а также лифты с двухэтажными кабинами вместимостью (2X20) 40 человек. Скорости стандартных пассажирских лифтов, выпускаемых американской фирмой «Отис», не превышают 3,5 м/с. Технические данные лифтов, установленных в различных зданиях США, приведены в табл. 5.
Таблица 5. Технические данные лифтов, установленных в высотных зданиях США
Наименование здания, город	Высота здания, м	Этаж, до которого ходят лифты	Скорость лифтов, м'с
«Сниирз Тауэр», Чикаго	442,25	88	9
«Всемирный	торговый центр», Нью-Йорк	412	99 (// = 290 м)	8
«Эмпайр стейт билд ин г», Нью-Йорк	380	67	6
«Центр Джона Хэнкока», Чикаго	337,5	50	9
«Сиги сервис билдинг», 11ью-Йорк	290	26	5
«Центр Рокфеллера», Нью-Йорк	260	75	7
Центр «Джона Хэнкока» в Чикаго имеет высоту 337,5 м (101 этаж). Здание оснащено экспрессными лифтами со скоростью 9 м/с. Высота самою высокого в мире здания «Сниирз Тауэр» в Чикаго составляет 442.25 м (111 этажей), установленные в этом здании экспрессные лифты имеют двухэтажные кабины. При грузоподъемности 2250 кг лифты работают со скоростью 7 и 8 м/с, а при гру
82
зоподъемности 2700 кг их скорость составляет 9 м/с. 104-й этаж является обзорным, но высота подъема обзорных лифтов меньше, поскольку возможно устройство «скайлобби». В будущем предполагается, что грузоподъемность американских массовых пассажирских лифтов возрастет до 4—5 т, а скорость — до 6—8 м/с. Будут широко применяться двухэтажные кабины и пересадочные этажи («скайлобби»).
Таким образом, максимальная скорость американских лифтов составляет 9 м/с, а максимальная высота подъема — около 300 м. Необходимо отметить, что американские лифты по максимальной скорости подъема несколько уступают японским (10 м/с), однако высота подъема американских лифтов наибольшая Правда, на Гавайских островах у потухшего вулкана Мауна Кеа установлены два самых высоких лифта в мире с высотой подъема 415 м. Лифты с прозрачными стенками обслуживают обсерваторию.
Лифты в Японии. В области создания высокоскоростных лиф тов Япония занимает первое место в мире. Динамика увеличения скорости и высоты подъема японских лифтов для высотных зданий за почти двадцатилетний срок приведена в табл. 6.
Таблица 6. Рост скорости и высоты подъема японских лифтов
Год установки	Наименование зданий где установлены лифты	Число этажей в здании	Скорость лифтов, м/с
1960	Отель «Киото Кокусай»	11	3,5
1968	«Мейтецу Гранд отель»	18	4
1969	«Касумигасаки Мицуи билдинг»	36	5
1972	Отель «Кейо-Плаза»	47	6
1975	«Шиньюки-Сумитомо билдинг»	52	9
1978 «	Отель «Икебукуро Саншайн»	60	10
Для здании высотой 50 этажей необходимы лифты со скоростью G—8 м/с. До середины 70-х годов японская фирма «Хитачи» изготавливала и поставляла лифты со скоростью 5—6 м/с (для здания МИД Японии и Всемирного торгового центра в Нью-Йорке). В 1974 г. фирма «Хитачи» завершила создание самого высокоскоростного лифта в мире со скоростью 9 м/с, с безредукторным приводом и с двигателем постоянного тока Первые такие лифты были установлены в здании «Шиньюки-Сумитомо билдинг».
С увеличением скорости и высоты подъема внешние помехи значительно влияют па работу лифта. Для нормальной работы таких лифтов необходимо обеспечить следующие условия: а) скорость лифта не должна изменяться при изменении нагрузки в кабине;
83
б) точность остановки не должна изменяться при изменении нагрузки в кабине и продолжительности работы лиф га; в) при любой загрузке кабины и скорости лифта кривые ускорения и замедления (диаграммы цикла работы лифта) должны иметь вид гладкой трапецеидальной кривой; г) при движении не должны появляться вертикальные колебания кабины
В пассажирских лифтах со скоростью 9 м/с, установленных в здании «Шиньюки-Сумитомо билдинг», применена система обратной связи по скорости. Предусмотрены специальные устройства для борьбы с шумом и вибрацией в кабине. Все устройства безопасности этих лифтов предварительно проходят жесткие эксплуатационные испытания. Но характеристикам системы управления, ходовым качествам и обеспечению безопасности пассажиров описываемые японские лифты со скоростью 9 м/с сопоставимы с быстроходными лифтами. В Японии имеются такие здания, в которых установлены лифты со скоростями 6.5—8,3 м/с.
В 52-этажном здании «Шиньюки-Сумитомо билдинг» установлены 4 высокоскоростных лифта со скоростью 9 м/с. изготовленные фирмой «Хитачи». Кабины сконструированы на основе опытного моделирования—испытаний в аэродинамической трубе Также испытан и ряд других устройств, что позволило в результате значи телыю снизить вибрацию и шум. Для регулирования скорости в этих лифтах применена система обратной связи, содержащая тири сторы, обеспечивающие плавное и точное управление. Фирма «Хитачи» для отеля «Ксйо-Плаза» в Токио изготовила лифты типа AS со скоростью до 6 м/с. Привод работает на постоянном токе с тиристорным возбуждением. Лифты оснащены высокоточными направляющими таврового сечения. В лифтах предусмотрены: защита против завихрений воздуха у кабины; специальная звукоизоляция кабины; специальные устройства предотвращающие раскачку подвесного кабеля и уравновешивающих канатов при землетрясениях. Ловители тормозят кабину при скорости 6,9 м/с Буфер рассчитан на посадку кабины при скорости 6 м/с. В боковой стенке кабины имеется запасная дверь для выхода пассажиров через рядом стоящий лифт при землетрясениях или авариях. Для точной остановки соседнего лифта при эвакуации пасажиров на всех кабинах снаружи сбоку установлены фотоэлементы.
Высота подъема лифтов в отеле «Кейо-Плаза» составляет 170 м. Точность остановки равна ±5 мм. Ускорение кабины при пуске 0,1 g. Фирма «Хитачи» разработала нормы вибрации и шума, обеспечивающие необходимые условия комфортности для пассажиров в лифге, имеющем скорость 6 м/с. Вибрация возникает вследствие недостаточной точности изготовления и монтажа направляющих, а также из-за их недостаточной жесткости Вибрации
84
являются также следствием гибкости каркаса здания, рассчитанного на возможность землетрясения. С целью уменьшения вибраций применены роликовые башмаки с амортизаторами, повышена точность изготовления и монтажа направляющих. Для уменьшения длины штока гидравлического буфера на ограничителе скорости установлены блокировочные контакты, а на нижнем этаже— датчик положения кабины, которые срабатывают при превышении номинальной скорости на 15 %. В результате скорость посадки кабины на буфер не превышает 4 м/с. Такие лифты предполагается использовать также при высоте подъема более 200 м.
Лифты типа AS имеют систему управления скоростью, приме-। няемую для высокоскоростных лифтов. Эта система обеспечивает: 1) точную компенсацию внешних нарушений в работе и высокую надежность благодаря наличию обратной связи по скорости; 2) точную остановку па этаже благодаря применению датчика непрерывной сигнализации положения кабины; 3) минимальные размеры и массу приводных электродвигателей. Массы электродвигателей приводов лифта грузоподъемностью 1600 кг (при с=9 м/с), применяемых различными японскими фирмами, равны; фирмы «Хитачи» — 5,3 т, «Мицубиси» — 9,3 т, «Гое-Отис» — 11т.
Отель «Нкебукуро Саншайн» (называемый также «Сап-шайн-60») оснащен лифтами фирмы «Мицубиси». В отеле установлена группа из восьми лифтов; два со скоростью 10 м/с—самые быстрые лифты в мире, шесть со скоростью 9 м/с.
Лиф гы со скоростью 10 м/с могут быть выделены из группы. Грузоподъемность этих лифтов составляет 1600 кг. Фирма «Мицубиси» успешно решила проблему управления системой, имеющей повышенную кинетическую энергию, а также проблему боковых (поперечных) колебаний (кабины и канатов), которые увеличиваются в квадрате по мере увеличения скорости. Фирма «Мицубиси» успешно решила проблему снижения шума в кабине, который возрастает в шестой степени с увеличением скорости лифта, а также проблему весьма значительных вертикальных колебаний кабины от пружинящего эффекта тяговых канатов. Японские фирмы «Мицубиси» и «Хитачи» — крупнейшие по производству лифтов. Япония поставляет лифты и в Европу, в том числе в ГДР, Францию, Голландию. Отмечается тишина и плавность хода японских лифтов благодаря применению новаторских конструкций. Комфорт при подъеме в японских лифтах выше, чем у лучших лифтов, изготовленных в США, но и стоимость японских лифтов выше. Качество транспортировки пассажиров в лучших американских лифтах лишь приближается к условиям комфорта, созданным японскими лифтострои-телями.
85
Благоприятное впечатление от японских лифтов усиливает хорошая отделка, выполненная в лучших японских традициях. За последние годы в Японии начали строить здания высотой более 50 этажей. Скорости японских лифтов теперь наибольшие в мире — до 10 м/с. Как и в США, применяются пересадочные этажи («скан-лобби») в высотных зданиях и двухэтажные кабины. Японские лифты серии МР имеют грузоподъемность до 1600 кг и скорость до 4 м/с. В здании «Саишайн-60» установлены также и грузовые лифты. Высота подъема этих лифтов составляет 220 м, грузоподъемность 1600 кг, скорость 1,5 м/с. В телевизионной башне в Саппоро высотой 144 м установлены открытые лифты для обозрения местности. Высота подъема 67,5 м, грузоподъемность 1000 кг, скорость 1 м/с. Лифты предназначены для работы при температуре до минус 20° С, при этом происходит обмерзание канатов, обледенение роликовых башмаков; на кабинах установлены снегоочистители. Необходимо заметить, что подвесной кабель из-за его раскачивания от ветра не был применен, вместо него был установлен канатный троллей желобчатой формы.
В здании «Осака Обаяши» установлены первые в Японии лифты с двухэтажными кабинами. Фирма «Мицубиси» поставила для 32 этажного здания лифты со скоростью 2,5 и 4 м/с. Стандартые пассажирские лифты фирмы «Хитачи» имеют вместимость 6,9, И; 13 и 15 человек при скорости лифтов соответственно 0,75; 1,0; 1,5; 1,75 м/с. Точность остановки ±10 мм, ускорение кабины при пуске 0,1 g. В Японии на лифтах применяются тяговые капа гы диаметром не менее 12 мм (12, 14, 16 мм и более) при числе канатов — не менее трех. Отношение диаметра шкива к диаметру каната должно быть пе менее 40 Масса одного пассажира (для расчета) принимается равной 65 кг Площадь машинного помещения должна быть в 2 раза больше, чем площадь поперечного сечения шахты. Масса противовеса принимается равной массе кабины плюс 0 4—0,5 массы номинального груза.
Из вышесказанного следует, что по максимальной скорости подъема и обеспечению комфортности для пассажиров высокоскоростные японские лифты занимают первое место в мире (максимальная скорость японских лифтов—10 м/с, лифтов США — 9 м/с). Однако по высоте подъема японские лифты уступают лифтам, имеющимся в других странах (максимальная высота подъема японских лифтов — 220 м, лифтов США — около 300 м).
Лифты в Советском Союзе. Максимальная скорость отечественных пассажирских лифтов составляет 4 м/с при высоте подъема до 150 м и максимальной грузоподъемности до 1600 кг (ГОСТ 5746—83*). Наряду с отечественными лифтами в высотных гостиницах и больших административных зданиях и сооружениях
86
Применяются лифты финской фирмы «Коне». Лифты для Останкинской телебашни (высота 532 м, высота бетонной части 384 м) в. Москве были закуплены в ФРГ. В Останкинской башне установлены 3 пассажирских лифта грузоподъемностью 1050 кг, скоростью 7 м/с и один (до ресторана) лифт грузоподъемностью 500 кг, скоростью 4 м/с При проектировании лифтов для Останкинской телебашни возникло несколько сложных технических проблем.
1	. Решался вопрос о подвесном кабеле. Возникли опасения, что из-за раскачивания машинного помещения подвесной кабель будет задевать за стены шахты. Колебания шахты в пересчете на 2 года эксплуатации должны были составить 1—2 м, а через 30 лет эксплуатации могли достичь 3,5 м. Шпиль башни может раскачиваться, отклоняясь до 7 м. По этим причинам могли возникнуть значительный износ подвесного кабеля, его повреждения и сбои в работе лифта. С большим трудом удалось отказаться от применения подвесного кабеля, поскольку ранее в лифтах радиосвязь пе использовалась Возникла необходимость установить в кабинах мощные аккумуляторные батареи. Их масса составила около 500 кг. Подзарядка аккумуляторов производится ночью, во время стоянки лифтов. Энергия аккумуляторов обеспечивает питанием освещение, устройства вентиляции, приводы дверей, сигнализации и связи. Нагревательные печи, имеющие такую же массу, пришлось установить под каждой кабиной.
2	. При работе высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема возникают значительные колебания тяговых и уравновешивающих канатов. Во избежание этих явлений в шахте через каждые 7 м установлены деревянные планки из светлого бука со специальной пропиткой, являющиеся канатоотражателями и имеющие вид колец. За эти кольца выступают только башмаки кабины. Ка-натоотражатели установлены и для тяговых, и для уравновешивающих канатов. Направляющие в лифтах телебашни подвешены к перекрытию над шахтой, поскольку таким образом легче преодолеть последствия температурного расширения (перемещения) К стенкам шахты через 2—3 м крепятся направляющие.
3	Осадка сооружения могла нарушить нормальную работу лифтов, поэтому в соединениях отдельных секций шахты по высоте были оставлены зазоры. При ожидаемой усадке сооружения 80 мм был оставлен суммарный зазор между секциями 160 мм (8 стыков по 20 мм в каждом стыке). Это было сделано с учетом того, что до установки лифтов бетон, из которого изготовлена башня, должен стареть в течение года.
4	Бетонная шахта подвержена действию изгибающих моментов, перепадам температуры, попаданию воды и льда. Для умень
87
шения влияния этих вредных факторов: а) между отдельными секциями шахты по высоте установлены специальные переходники, которые обеспечивают возможность смещения секций друг относительно друга на 9 мм; б) в креплениях направляющих к шахте предусмотрены амортизаторы, в) кабины лифтов на ночь спускают в нижние теплые помещения.
5	Возникала необходимость создания натяжного устройства уравновешивающих канатов и буферов по специальным проектам. Вертикальный ход блока натяжного устройства уравновешивающих канатов в этих лифтах составляет более 1 м. Поэтому на оси натяжного блока по обе стороны от пего, перпендикулярно осн, были установлены вертикальные гидроцилиндры, верхняя часть которых имеет упор в специальную поперечную балку. В результате при срабатывании ловителей кабины натяжной блок подскакивает вверх всего на 40—50 мм. Буферы рассчитаны на улавливание кабины, движущейся со скоростью 7,7 м/с (1,1 номинальной). При этом они имеют ход около 3 м. Противовесы имеют высоту 7 м. Они оснащены длинными пружинами для компенсации неравномерного натяжения канатов
При проектировании лифтов для телебашни основное внимание уделялось удобству их обслуживания и обеспечению большого срока эксплуатации. Ниже приведены технические данные высокоскоростных лифтов, действующих в Останкинской телевизионной башне
Техническая характеристика
Вместимость, чел......................................14
Грузоподъемность, кг................................1050
Скорость, м/с..........................................7
Масса, кг:
кабины ...	................. 3400
противовеса.................................... 3925
канатов.................................... ...	4760
Силы трения при движении	в	шахте,	даН ...	30
Диаметр канатоведущего шкива,	мм	.	644
Максимальное ускорение в переходных режимах, м/с2 1,2
Изменение ускорения в переходных режимах, м/с2 .	0,5
Электродвигатель постоянного тока для привода лиф та фирмы AEG:
мощность, кВт.....................................90
максимальный крутящий момент, даН-м .	.	825
угловая скорость, мин-1 ....	208
Генератор с преобразователем:
угловая скорость, мин-1........................ 1450
мощность генератора. кВт	160
Тормоз двухколодочный с пружинным приводом:
усилие тормозной пружины, даН ....	300
88
При пуске лифта кабина за 7,8 с выходит на номинальную скорость, проходя путь 27 м. Режим движения определяется электронной вычислительной машиной. Лифты имеют систему группового управления Применена схема переговорного устройства Geadux-512 Это беспроволочная связь с модуляцией частот по системе «Мультиплекс». Основная часть оборудования расположена в машинном помещении. Сигнал от станции группового управления поступает к двум (из 10) звуковым генераторам, выходные напряжения которых суммируются без обратной связи в последовательно включенном усилителе. С помощью модулятора эта смесь низких частот модулируется в базовую частоту, и появляющийся в результате этого сигнал высокой частоты через усилитель и фильтр поступает на управляющую петлю — стационарное устройство, являющееся передающей и принимающей антенной. Высокочастотное поле, излучаемое петлей, обеспечивает индуктивную связь с антеннами на кабине. Диапазон частот 300—3400 Гц. Имеется пять передающих каналов: 1) сигнал к кабине; 2) команды из кабины; 3) сообщение, касающееся безопасности движения (из кабины); 4) телефонная связь с кабиной; 5) телефонная связь из кабины. С целью увеличения безопасности на кабине установлены 3 антенны.
• • ж
Заключение. В результате анализа зарубежной информации о высокоскоростных лифтах с большой высотой подъема выявлены основные особенности их работы и определены наиболее важные проблемы, которые необходимо решить при создании отечественных высокоскоростных лифтов. Исследование собранной информации позволило выработать некоторые рекомендации, необходимые для создания отдельных узлов высокоскоростных лифтов П >мимо задач первоочередной важности: внедрения эффективных средств гашения колебаний кабины; применения эффективных средств защиты от шума в кабине, средств обеспечения необходимого (по условиям переносимости пассажирами) давления воздуха в кабине, средств, обеспечивающих безопасность лифтов при землетрясениях и прекращении подачи электроэнергии, — должен быть решен вопрос об обеспечении безопасности пассажиров высокоскоростных лифтов с большой высотой подъема.
Кроме этих главных задач необходимо решение ряда общих проблем подъемно-транспортной техники. В соответствии с современными направлениями развития науки и техники следует:
разработать и внедрить оптимальные системы управления электроприводом, процессами торможения, оптимальные параметры дис
89
сипации и жесткости отдельных конструктивных элементов, что приведет к решению ряда технологических вопросов и определению динамических критериев;
создать элементы лифта, обладающие минимальными конструктивными несовершенствами (неуравновешенностью, несоосностью, зазорами и т. п.),
внедрить средства, снижающие энергию колебательных процессов динамические гасители, диссипативные поглотители колебаний; податливые звенья, рассеивающие энергию;
использовать при конструировании лифтов методы определения оптимальных параметров жесткости, инерционности и диссипации лифта с точки зрения получения минимальных динамических переходных процессов в элементах (канатоведущем шкиве, кабине, приводе, канатах, ловителях и т. д).
Для создания экономичной подъемной установки необходимы: а) определение действительных напряжений в динамических переходных процессах; б) разработка методов определения влияния динамических нагрузок на усталостную прочность деталей и узлов, что особенно важно при высоких скоростях подъема, в) разработка методов минимизации силовых переходных процессов в пространстве динамических параметров подъемной установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Хайменс Ф, Хельборн А. Подъемники с канатоведущими шкивами безбарабанного типа: пер. с англ.— М.: Машгиз, 1937.— 162 с.
2.	Корнеев Г. К., Коротов М. Г., Мацохейн И. С. и др Лифты пассажирские и грузовые.— М: Машгиз, 1958.— 568 с.
3	Павлов Н. Г. Лифты и подъемники.— М.; Л Машиностроение, 1965,—203 с.
4	Ивашков И. И., Бовин Г. М., Меклер А. Г. и др. Подъемники.— М: Машгиз, 1957.— 311 с.
5	Иоффе Е. Я. О безопасных ускорениях кабины лифта при срабатывании ловителей//Тр. ЦПКВ по лифтам.— М, 1973.— Вып. 1.— 207 с.
6.	Иоффе Е. Я- Исследование динамики лифта в аварийном режиме//Тр ЦПКБ по лифтам.— М, 1973.— Вып. 1.— 207 с.
7,	А. с. 316634 СССР, МПК В 66 В 5/22 Клиновой ловитель/ / Е. Я. Иоффе, Г. Г. Мирский, В. Ф. Тюрин, О Н. Шариков // Бюллетень изобретений.— 1971.— № 30.
8.	А. С. 1266826 СССР, В 66 В 5/24. Ловитель кабины лифта/ /Е. Я. Иоффе, В. Р. Глумов//Бюллетень изобретений.— 1986.— № 40.
9.	А. с. 1346553 СССР, В 66 В 5/24 Ловитель кабины лифта/ / Е. Я. Иоффе, В. Р. Глумов//Бюллетень изобретений.— 1987.— № 39.
10	А. с. 835920 СССР, М Кл3 В 66 В 5/08. Устройство для остановки кабины лифта / Е. Я Иоффе, Я. И. Лагун // Бюллетень изобретений.— 1981.— № 2.
11.	А. С. 1204534 СССР, В 66 В 5/12 Лифт/Е Я. Иоффе//Бюл-летень изобретений— 1986.— № 2
12.	А. с. 312816 СССР, МПК В 66 В 13/14. Динамометрический башмак для подъемников с жесткими направляющими / В В. Алифанов, Е. Я Иоффе, Г. Г. Мирский, В. Ф. Тюрин//Бюллетень изобретений.— 1971.—	26.
13.	Хубенов А., Павлов Г., Асансьори. София, Машиностроение, 1965,— 241 с.
14.	Molloy Е. Electric lifts: Contactor. — London, 1942 —232 p.
15.	Volpi C. L’ascensore moderno: Hoepli. — Milano, 1944 —222 p.
16	Annet F. A. Elevators —McGraw-Hill, New-Jork, 1960 —388 p.
17	Phillips It S. Electric lifts. Pitman publ., London, 1973,— 515 p.
91
18	Strakosch G. R. Vertical transportation —Weley., New-Jork, 1967 —365 p
19-	Piatkiewicz A., (Jrbanowicz H., Dzwigi elektryezne. — Wyd. n-t, Warszawa, 1972.—440 S.
20	Craciunoiu V. Ascensoare electrice. — Bucures.ti, 1966. — 545 p
21.	Adler R. R. Vertical transportation for buildings.— Wiley, New-Jork, 1970. — 311 p.
22.	Janovsky L., Dolezal 1. Vitahy a eskalatory. — Praha, 1980.— 590 p
23	Cervenka V., Rumi H. Vytalla-opravy a udrzba — Praha, 1976. — 356 p.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...................................................3
Отечественные скоростные лифты .	.	....	6
Технические параметры и конструктивные характеристики высокоскоростных лифтов.................................... 13
1	Скорость и высота	подъема..........................13
2	Кинематическая схема и ее основные элементы .	.13
3	. Конструктивные особенности кабины .	.	.	.31
4	. Привод и система	управления.......................35
5	Устройства безопасности.............................43
Особенности работы высокоскоростных лифтов	.	.	.55
1. Вибрация, шум, давление воздуха в кабине .	. 55
2. Обеспечение безопасности лифтов при землетрясениях 67
Высокоскоростные лифты, применяемые в различных странах 73
Список литературы.........................................91
92
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
ГОТОВЯТСЯ К ВЫПУСКУ СЛЕДУЮЩИЕ КНИГИ:
Поляков А. А., Кана во В. А. Тепломассообменные аппараты в инженерном оборудовании зданий.— М.: Стройиздат, 1989.
Обобщены результаты теоретического и экспериментального исследований проблем повышения энергетической эффективности систем инженерного оборудования, использующих поверхностные воздухоохладители и вихревые трубы, а также систем вторичных энергоресурсов. Рассмотрены конструктивное устройство поверхностных воздухоохладителей и вихревых труб, термодинамические и энергетические основы их применения, энергетическая эффективность происходящих в них процессов и методика расчета.
Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных организаций и служб эксплуатации.
93
Ионин А. А. Надежность систем тепловых сетей.—М.: Стройиздат, 1989.
Рассмотрены проблемы и основные понятия надежности теплоснабжения, общая постановка расчета надежности централизованных систем теплоснабжения, принципы проектирования и расчета надежных систем тепловых сетей. Приведены статистические данные по отказам элементов тепловых сетей и их оборудования, методика расчета надежности резервированных и нерезервированных тепловых сетей, система критериев надежности теплоснабжения. Рассмотрены вопросы эксплуатационной и режимной надежности теплоснабжения. Разработана нормативная база для расчета и даны примеры расчета.
Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций.
Лившиц М. Н. Аэроионификация.— М.: Стройиздат, 1989.
Описаны исследования, проведенные по вопросам применения искусственной ионизации воздуха (аэроионификации) в различных закрытых помещениях. Изложены методы и устройства для получения легких отрицательных ионов кислорода воздуха для индивидуального и группового применения в различных помещениях. Описаны совмещенные системы механической приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха с аэро-ионизационными устройствами. Приведены нормативные документы и практические рекомендации по применению искусственной ионизации воздуха в различных закрытых помещениях.
Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций, а также служб эксплуатации.
95
Производственное издание
Иоффе Евгений Яковлевич
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ЛИФТЫ
Редакция литературы по жилищно-коммунальному хозяйству Зав. редакцией Т. А. Горькова Редактор А. А. Широкова Мл. редактор Л. А. Козий Технический редактор Л. Ю. Калева Корректоры Е. Б. Тотмнна, Г. Г. Морозовская
ИБ М 4270
Сдано в набор 29 03.88	Подписано в печать 02.08.88	Т-15387
Формат 84xl08'/si	Бумага тип. № 2	Гарнитура Литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 6,04 Усл. кр.-отт. 5,25 Уч изд. л. 5,77
Тираж 17 600 экз. Изд. № AVI-2027 Заказ 937 Цена 30 коп.
Стройиздат. 101442 Москва, Каляевская, 23а
Типография ХОЗУ Миннефтепрома
elektromehanika.org
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
Макаров А. Г., Ломакин Г. К. Автоматика скоростных лифтов.— М.: Стройиздат, 1989 (IV кв.) —20 л.: ил.
Изложены принципы работы и устройства логических элементов, блоков и узлов систем одиночной автоматики и групповой работы скоростных лифтов. Описаны электрические схемы логических элементов блоков и узлов систем лифтов.
Для электромехаников, и бригадиров, занятых техническим обслуживанием скоростных лифтов.