Строительные материалы и технологии
Выпуск от 21.03.2006

Лифты
(часть IV)

Кинематические схемы лифтов

Кинематической схемой лифта называют принципиальную схему взаимодействия подъемного механизма с подвижными частями лифта - кабиной и противовесом (или схему запасовки канатов лифта). Существуют разнообразные кинематические схемы лифтов. Они отличаются друг от друга расположением машинного помещения, конструкцией канатоведущего органа, типами применяемых лебедок, гидроцилиндров, наличием или отсутствием противовеса, способами подвески кабины и назначением лифта.

Кинематические схемы лифтов с канатоведущим шкивом

Существует ряд различных канатных систем, применение которых зависит от конкретных условий, в частности от расположения лебедки, номинальной грузоподъемности и номинальной скорости кабины.

Большое внимание необходимо уделить  выбору канатной системы для того, чтобы обеспечить продолжительный срок службы канатов лифта, высокий КПД системы и умеренное потребление энергии. Для этой цели, число блоков должно быть снижено до минимума и, по возможности, следует избегать реверсивных перегибов канатов.

Лебедка обычно расположена над шахтой, т.к. верхнее ее положение обеспечивает применение наиболее простой канатной системы  и относительно небольшую нагрузку на конструкцию здания.

В некоторых установках лебедка расположена в подвальном помещении рядом с полом шахты. В этом случае первоначальная цена выше, и нагрузка действующая на расположенные в верхней части шахты блоки, и, следовательно, на несущие конструкции здания значительно выше. По этим причинам следует по возможности избегать нижнего расположения лебедки.

Расположение механизма привода в промежуточном положении (в средней части шахты) в наши дни встречается редко. Раньше такое расположение использовалось для цепных лифтов с небольшой высотой подъема. Однако они постепенно были заменены более эффективными гидравлическими лифтами.

Схемы основных канатных систем представлены на рис. 3.2 - 3.10. (На всех схемах принято изображение тягового шкива, показанное на рис. 3.1)

Рис.3.1  Обозначение тягового шкива.

 Верхнее расположение лебедки:     

Привод с одним обхватом,  кратность канатной подвески i = 1 (рис. 3.2)

Привод с двойным обхватом, кратность канатной подвески i = 1 (рис. 3.3)

Привод с одним обхватом, кратность канатной подвески i = 2 (рис. 3.4)

Привод с одним обхватом, кратность канатной подвески i = 4 (рис. 3.5)

Рис.3.2 Канатная система с верхним расположением лебедки, привод с одним обхватом, кратность канатной подвески 1.

Рис.3.3 Канатная система с верхним расположением лебедки, привод с двойным обхватом, кратность канатной подвески 1.

Рис.3.4 Канатная система с верхним расположением лебедки, привод с одним обхватом, кратность канатной подвески 2.

Рис.3.5 Канатная система с верхним расположением лебедки, привод с одним обхватом, кратность канатной подвески 4.

Лебедка в нижнем помещении: 

Привод с одним обхватом, кратность канатной подвески i = 1 (рис. 3.6)

Привод с двойным обхватом, кратность канатной подвески i = 1 (рис. 3.7).

Привод с одним обхватом, кратность канатной подвески i = 2 (рис. 3.8).

Рис.3.6 Канатная система с  нижним расположением лебедки, привод с одним обхватом, кратность канатной подвески 1.

Рис.3.7 Канатная система с нижним расположением лебедки, привод с двойным обхватом, кратность канатной подвески 1.

Рис.3.8 Канатная система с нижним расположением лебедки, привод с одним обхватом, кратность канатной подвески 2.

Установка, показанная на рис. 3.2, - наиболее простая.

 Когда расстояние между центром кабины и противовеса больше диаметра шкива, может быть предусмотрен отводной блок для отклонения канатов. Отводной блок, применяемый в тех случаях, когда расстояние между центром кабины и противовесом больше диаметра канатоведущего органа, позволяет увеличить расстояние между ветвями канатов, не увеличивая размеров канатоведущего органа. Кроме того, отводные блоки применяют в тех случаях, когда необходимо изменить направление канатов, например, в выжим­ных лифтах, а также в лифтах с полиспастной подвеской.

Для обеспечения достаточного тягового усилия может использоваться привод с двойным обхватом.   На рис.3.3 канаты лифта проходят от кабины через тяговый шкив, вниз, огибая контршкив, обратно к тяговому шкиву и к противовесу.  Контршкив  при­меняемый в лебедках с тяговым шкивом, предназначен для увеличения силы сцепления тяговых канатов с КВШ в тех случаях, когда простого огибания КВШ канатами недостаточно для создания необходимой силы трения между ними. Для получения требуемо­го тягового усилия применяют двойное огибание канатоведущего шкива тяговыми канатами, при котором закрепленные на кабине канаты сначала огибают канатоведущий шкив, а затем контршкив. С контршкива они возвращаются на соседние канавки канатоведущего шкива, огибают его второй раз и направляются вниз, к противовесу. Кроме того, контршкивы могут выполнять функции откло­няющих блоков.

Если диаметр тягового шкива равен расстоянию между центром кабины и противовеса, второй шкив может располагаться прямо внизу. Там, где это расстояние больше, второй шкив служит также отводным блоком (рис. 3.3).

В системах с кратностью канатной подвески не равным 1, оба конца канатов лифта неподвижно зафиксированы на верхних балках, тогда как блоки подвески установлены на кабине и противовесе.

Теоретическая сила натяжения в канатах лифта в i раза меньше, чем при кратности канатной подвески 1, а окружная скорость обода тягового шкива в i  раз больше.

Канатные системы с компенсирующими канатами показаны на рис. 3.9. (кратность канатной подвески 1) и рис. 3.10 (кратность канатной подвески 2). Лебедка расположена вверху и применяется привод с одним обхватом.

Рис.3.9  Канатная система с компенсирующими канатами, кратность канатной подвески 1.

Рис.3.10 Канатная система с компенсирующими канатами, кратность канатной подвески 2.

Противовес служит для создания тягового усилия и уменьшения окружного усилия на канатоведущем органе. Тяговое усилие равно разности натяжений в кабинной и противовесной ветвях тяговых канатов. Величина окружного усилия прямо связана с крутящим моментом и, следовательно, с мощностью приводного электродвигателя. Чем меньше крутящий момент, тем меньше требуемая мощность электродвигателя. Противовес должен уравновешивать порожнюю кабину и часть, примерно 40...50%, веса полезного груза.

Уравновешивающие (компенсационные) гибкие элементы (стальные канаты или цепи, резинотросовые ленты) предназначены для уравновешивания тяговых канатов. Их применяют при значительной высоте подъема и (или) большой грузоподъемности лифта, когда вес тяговых канатов соизмерим с его номинальной грузоподъемностью. Они позволяют уменьшить окружное усилие при движении кабины. Обычно их используют на скоростных лифтах.

Натяжное устройство уравновешивающих элементов служит для натяжения этих элементов, чтобы они не раскачивались и не задевали оборудование шахты.

Кинематические схемы гидравлических лифтов

Под кинематической схемой гидравлического лифта будем подразумевать схему передачи движения от штока гидроцилиндра кабине.

В подавляющем числе случаев кабины гидравлических лифтов не уравновешиваются противовесом, так как их сила тяжести обеспечивает процесс опускания при соответствующем регулировании скорости слива рабочей жидкости из гидроцилиндра в бак.

Характерные кинематические схемы гидравлических лифтов представлены на рис.3.11.

В простейшем случае усилие со штока центрально расположенного гидроцилиндра непосредственно передается на нижнюю часть рамы каркаса кабины (рис.3.11 a).  Гидроцилиндр располагается в специальной яме под полом приямка шахты. Рабочие нагрузки от кабины и груза непосредственно воспринимаются штоком, работающим на сжатие и передаются на опоры гидроцилиндра. Это обстоятельство практически исключает передачу нагрузок на конструкцию здания, что является несомненным достоинством такого типа лифта. Однако необходимость в специальном отверстии достаточной глубины в ряде случаев оказывается не приемлемой (в скальных или сильно обводненных грунтах).

Схемы, представленные на рис.3.11 b, c , не имеют указанного недостатка в связи с задним или боковым расположением одного или нескольких гидроцилиндров. В этом случае все нагрузки воспринимаются фундаментом приямка шахты или специальным фундаментом, не связанным с конструкцией здания.

Необходимость увеличения скорости движения и высоты подъема кабины привела к широкому применению лифтов с канатными мультипликаторами (рис.3.11 d,e,f). При этом отпадает необходимость в увеличении производительности насосов гидроагрегатов и открывается возможность применения гидроцилиндров с небольшим ходом штока. Последнее обстоятельство имеет некоторые экономические и технологические преимущества. Как и при использовании гидроцилиндра прямого действия, рабочие нагрузки лифта не передаются на конструкцию здания.

 Рис.3.11 Кинематические схемы гидравлических лифтов.

Схема с 4-х кратным мультипликатором, представленная на рис.3.11 e) не получила широкого распространения в силу значительной податливости системы, приводящей к чрезмерным колебаниям уровня пола кабины при любом изменении нагрузки, что весьма нежелательно для грузовых лифтов с повышенной точностью остановки. Обычно используются двухкратные канатные мультипликаторы.

Применение телескопической конструкции подъемных гидроцилиндров прямого действия позволяет существенно снизить глубину грунтовой ямы (рис.3.11 g) или увеличить высоту подъема кабины (рис.3.11 h, i, j).

Обычно применяются гидроцилиндры с двумя или тремя секциями, движение которых синхронизировано. Чаше всего телескопические гидроцилиндры применяются без канатного мультипликатора. При центральном воздействии штока на кабину (рис.3.11 g) длина хода кабины составляет 20 и 30 м, а при боковом - 7 и 10 м (для гидроцилиндров с 2 и 3 секциями, соответственно).

При применении лифтов со штоками гидроцилиндров, работающих на сжатие, вызывает некоторые проблемы в связи с необходимостью обеспечения их продольной устойчивостью. В связи с этим появились конструкции лифтов, в которых штоки работают на растяжение (рис.3.11 j, m, n). Существенным недостатком такой кинематики лифта является передача рабочих нагрузок на перекрытие шахты, увеличение ее высоты и усложнение технического обслуживания.

С целью сокращения расхода энергии на подъем массы кабины, штока и груза были попытки использовать лифты, у которых противовес уравновешивает часть силы тяжести кабины и штока (рис.3.11 n). Необходимость в дополнительных отклоняющих блоках и передача нагрузки на конструкцию здания лишает гидравлический лифт его основных преимуществ, как лифта без машинного помещения, не нагружающего конструкцию здания. По этой причине эта кинематическая схема лифта оказалась не жизнеспособной.

Наряду с гидравлическими лифтами плунжерного типа в настоящее время широко применяются грузовые платформы рычажного типа с автономной системой гидропривода. Характерные варианты кинематических схем гидроподъемников этого типа приведены на рис.3.12.

Схема, представленная на рис.3.12, а применяется в грузовых гидравлических платформах с высотой подъема до 2 м. Увеличение высоты подъема достигается при использовании последовательной системы расположения рычагов (рис.3.12b). Гидравлические платформы увеличенной длины и повышенной грузоподъемности изготавливаются по кинематической схеме d.

Приведенные на рис.3.12 варианты подъемников имеют две симметрично расположенные системы рычагов, расположенные с боковой стороны грузовой платформы. На нижней раме располагается соответствующее количество гидроцилиндров и гидроагрегат с системой управления.

Рис.3.12.  Кинематические схемы гидравлических подъемников.