ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ ПОДЪЕМНОЙ ДВЕРИ

Полезная модель относится к области строительства, а точнее, к конструкции подъемной двери, предназначенной для перекрытия крупноразмерных проемов различных строений, в основном, производственных помещений, т.е. цехов различного назначения, складских ангаров, эллингов для хранения, стоянки и ремонта транспортных средств, например, таких как самолеты, морские и речные суда и т.п.
Известна конструкция подъемной двери, выполненная в виде матерчатой шторы (штора), для строения в виде эллинга, предназначенного для содержания в нем крупногабаритных объектов, в частности, морских и воздушных транспортных средств, с целью профилактического осмотра и ремонта. Проем, закрываемый шторой, представляет собой поверхность прямоугольной формы с площадью, исчисляемой сотнями метров. Основу шторы составляет пара балок, верхняя из которых - несущая, закреплена на строении, а нижняя взаимодействует с основанием строения и несет на себе уплотнительное средство и фиксирующие механизмы, которые связывают ее с этим основанием. Кроме того, нижняя балка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно верхней несущей балки под действием и контролем канатного привода, основу которого составляет лебедка с несколькими барабанами, связанная через редуктор с электродвигателем. Между обеими балками смонтирована собственно штора, выполненная, по меньшей мере, из двух полотен, связанных между собой поперечными плоскими фермами, равномерно установленными по высоте полотен. При этом концы ферм расположены с возможностью перемещения в вертикально установленных, боковых и общей промежуточной направляющих стойках, последняя из которых связана с верхней несущей балкой посредством шарнира, обеспечивающего ее перемещение в направлении перпендикулярном плоскости проема, в то время как боковые стойки жестко вязаны со стенками строения. Плоские фермы, как правило, для облегчения веса изготавливаются из алюминиевого сплава, при этом пояса ферм снабжены средством связи с матерчатыми полосами, образующими полотна шторы. Следует отметить, что каждое полотно шторы связано со своей отдельной частью нижней балки, т.е. последняя выполнена из двух частей [WWW. MEGADOR. СОМ].
Как правило, матерчатые подъемные шторы (шторные двери), предназначенные для перекрытия крупноразмерных проемов, имеют вес, исчисляемый тоннами, и даже десятками тонн. В этом плане, особые требования предъявляются к надежности и безопасности эксплуатации канатного привода подъема и опускания шторы. Указанные качества в значительной мере обеспечиваются наличием в системе управления электродвигателем выключателя последнего из работы в случае аварийной ситуации, возникающей при ослаблении или обрыве канатов механизма подъема нижней балки.
Известна конструкция выключателя, описанная в WO 2008/048561, предназначенная для остановки привода канатной лебедки подъема двери, содержащего несколько барабанов, установленных на верхней несущей балке строения. Основой выключателя является контактный элемент в виде металлического стержня, жестко связанного с помощью пары боковых планок с элементом строения. Длина стержня такова, что канат имеет возможность взаимодействия с ним при любом его положении относительно барабана только в случае его обрыва или ослабления. Иначе, в неаварийной ситуации канат и стержень расположены с незначительным зазором друг относительно друга. Стержень электрически изолирован от элементов строения и включен в цепь управления электродвигателем привода лебедки. В случае ослабления или обрыва троса происходит его контакт со стержнем, что вызывает замыкание (заземление) цепи управления приводом и ведет к остановке электродвигателя.
Недостатком описанного выше выключателя является сложность его конструкции, предопределяемая не механической частью, а, в основном, электрической схемой управления. Кроме того, возможна аварийная ситуация с приводом из-за «нестандартного поведения» каната, в частности, при его ослаблении или обрыве изгиб каната может произойти не в сторону стержня, а в противоположную сторону, т.е. от него. Даже незначительная во времени пауза в контакте между канатом и стержнем может вывести электрический привод подъема двери из строя.
Аналог, описанный в SU 130652, имеет более простую и надежную конструкцию по отношению к предыдущему аналогу. Указанные достоинства связаны с тем, что в выключателе в качестве движущей силы использована сила гравитации или собственная сила тяжести контактного элемента. Конструкцию последнего образует поворотный рычаг, шарнирно связанный с неподвижной частью строения, несущий на одном конце контактный элемент в виде ролика, взаимодействующего в рабочем положении с натянутым канатом, а другим концом - с концевым выключателем, замкнутым на систему управления приводом подъема исполнительного устройства (грейфера). В аварийной ситуации рычаг с роликом под их действием совокупной силы тяжести поворачивается против часовой стрелки вниз, активируя концевой выключатель и останавливая привод подъемного механизма.
Конструкция выключателя по SU 130652 предназначена для совместной работы с устройством (грейфером), рабочий канат которого совершает продольное перемещение вдоль собственной оси, чем и обусловлена форма применяемого контактного элемента, выполненного в виде ролика, в то время как канат аналога по WO 2008\048561, помимо продольного перемещения, имеет и поперечное перемещение вдоль барабана лебедки. Из этого следует, что, несмотря на очевидные достоинства, выключатель по SU 130652 не может быть использован в качестве выключателя для лебедки подъема, в частности, шторной двери.
Конструкция выключателя по RU 2646553, предназначена для использования в подъемных шторных дверях для перекрытия крупноразмерных проемов, содержащих верхнюю - неподвижную перекладину и нижнюю - подвижную, связанных между собой с помощью гибкой шторы. Конструкция выключателя выполнена на основе соединения двух технических решений, описанных в SU 130652 и WO 2008/048561. От первого, из указанных патентных источников, заимствован гравитационный принцип работы выключателя и основное конструктивное решение - поворотный рычаг, несущий контактный элемент и связанный со строением, а также имеющий возможность взаимодействия с канатом и концевым выключателем. Из второго источника заимствована форма выполнения контактного элемента в виде рамки, образованной из стержня, концы которого соединены с планками, шарнирно связанными со строением.
Основным недостатком этого аналога является то, что в случае обрыва троса около нижней перекладины или близкой к его середине, оставшаяся на барабане часть троса будет противодействовать повороту рамки до тех пор, пока горизонтальная составляющая силы тяжести рамки, действующая на трос, не преодолеет сопротивление от веса свободно висящего троса, т.е. не начнет сдвигать его в сторону, осуществляя собственный поворот и последующее активирование микровыключателя. Значительную роль в снижении эффективности работы выключателя играют инерционные силы, препятствующие быстрому разгону рамки. В этой ситуации отключение двигателя лебедки происходит значительно медленнее, что в конечном итоге может привести к его выходу из строя по причине необратимых нарушений в проводниках обмотки катушек статора.
В значительной мере, конструкция выключателя, выбранная в качестве прототипа и описанная в RU 156808, свободна от недостатков предыдущего аналога и, в первую очередь, за счет его быстродействия. Основой выключателя является контактный элемент в виде рамки, образованной свободно вращающимся стержнем, смонтированным на оси и заключенным между концами двух планок, шарнирно связанных с элементом строения. По меньшей мере, одна из планок по длине снабжена сквозными отверстиями, за одно из которых цепляется витая пружина, одновременно связанная с верхней балкой строения. Система отверстий образует средство регулирования усилия натяжения пружины. Пружина создает не рамке тянущее усилие, направленное вверх, за счет которого стержень упирается в канат, имеющим в рабочем положении форму натянутой струны. Одна из планок своим концом имеет кинематическую связь с концевым выключателем, закрепленным на элементе строения и встроенным в электрическую цепь привода механизма подъема двери. В случае аварийной ситуации, т.е. ослабления или обрыва каната, рамка под действием пружины, практически мгновенно, провернется вверх и концом планки активирует концевой выключатель, что приведет к остановке электродвигателя привода подъема двери.
Недостатком конструкции прототипа является то, что при работе выключателя в аварийном режиме упругая сила пружины вынуждена преодолевать не только силу тяжести рамки, но и вес части оборвавшегося каната, оставшейся на барабане направленных в противоположную сторону относительно направления действия силы упругости, значительно увеличивая ее расчетную величину, при этом, увеличивая напряженное состояние пружины и, таким образом, снижая надежность ее работы. Кроме того, средство регулирования усилия натяжения пружины обеспечивает ступенчатый характер изменения этого усилия, что препятствует оптимизации величины последнего.
Таким образом, задачей полезной модели является снижение напряженного состояния пружины, необходимого для обеспечения надежной работы выключателя, и получение возможности плавного и оптимального по величине регулирования силы ее упругости.
Поставленная задача решается за счет того, что в выключателе для аварийной остановки подъемной двери, содержащем контактный элемент в виде рамки, образованной стержнем с осью и парой планок, посредством шарнира связанной с элементом строения, который обеспечивает ей возможность поворота под действием пружины, снабженной средством регулирования силы ее упругости, при этом рамка своим стержнем взаимодействует с канатом лебедки подъемного механизма двери, а одной из планок - с концевым выключателем остановки электродвигателя этого механизма, один конец пружины закреплен на оси стержня, а другой конец через средство регулирования ее натяжения связан с элементом строения, при этом средство регулирования выполнено в виде винтового механизма, образованного болтом и гайкой, первый из которых связан со вторым концом пружины, а вторая опирается на кронштейн, прикрепленный к строению и расположенный под шарниром крепления рамки. Решению поставленной задачи способствует то, что кронштейн расположен от шарнира на расстоянии не менее радиуса поворота рамки.
Технический результат полезной модели состоит в том, что изменение места размещения пружины по отношению к рамке выключателя дает возможность суммировать силу тяжести рамки и вертикальную составляющую силы упругости пружины, уменьшая тем самым напряженность последней в рабочем состоянии, что ведет к повышению ее эксплуатационной надежности. Плавное изменение силы натяжения пружины позволяет оптимизировать нагрузку на нее, что также ведет к повышению надежности.
На прилагаемых к описанию чертежах даны схематические изображения контактного элемента в виде рамки (фиг. 1) и выключателя (фиг. 2).
p
п
пв
пг
Выключатель для аварийной остановки подъемной двери, содержит рамку 1, включающую стержень 2, смонтированный на оси 3 с возможностью вращения, которая, в свою очередь, своими концами соединена с планками 4, связанными посредством шарниров 5 с неподвижными элементами строения 6, образующего проем подъемной двери (на чертежах не показана). Таким образом, рамка 1 имеет возможность поворота вокруг шарниров 5 и опирается в рабочем положении на постоянно натянутый канат 7. Стержень 2 рамки 1 дополнительно поджимается к канату 7 с помощью усилия двух растянутых пружин 8, один конец каждой из которых крепится к оси 3, а другой конец крепится к резьбовой шпильке 9, пропущенной через отверстие кронштейна 10 и несущей гайки 11, опирающуюся на кронштейн 10, в свою очередь, закрепленный на элементе строения 6. Шпилька 9 и гайка 11 образуют средство регулирования силы натяжения пружины 8. На чертеже фиг. 2 представлены силы, действующие на рамку 1: F - сила веса рамки, условно сведенная к оси 3; F - сила натяжения пружины и производные от нее силы - F - вертикальная и F - горизонтальная. Радиус поворота рамки 1 обозначен как R, а дуга поворота имеет позицию 12. Планки 4 являются двуплечими рычагами и конец одной из них, противоположный стержню 2, связан кинематически с толкателем 13 концевого выключателя 14, закрепленного на элементе строения 6 и встроенного в систему управления электродвигателем канатной лебедки подъема двери.
Работает выключатель следующим образом.
Аварийная ситуация может выражаться в обрыве каната в месте его крепления к нижней подвижной балке подъемной двери.
p
пв
Таким образом, рамке 1 для отключения двигателя необходимо совершить поворот против часовой стрелки и концом планки 4 через толкатель 13 воздействовать на концевой выключатель 14. Для преодоления веса конца оборванного каната рамка 1 под действием суммы сил F и F совершает этот поворот. При этом сила натяжения пружины может быть выбрана меньше за счет использования силы тяжести рамки, что дает возможность снизить нагрузку на пружину, т.е. уменьшить ее напряженное состояние, что очень важно, учитывая характер работы пружины, находящейся постоянно в натянутом (взведенном) состоянии, которое сопровождается релаксацией внутренних напряжений, во времени снижающих силу упругости пружины. Известно, что чем меньше внутренние напряжения, тем меньше влияние релаксационных процессов. Усилие натяжения пружины должно гарантировать надежность поворота рамки, а значит и надежность и быстроту срабатывания концевого выключателя 14. Для поддержания усилия натяжения на оптимальном уровне, который определяется систематической практической проверкой времени срабатывания выключателя, осуществляют подтяжку пружины, увеличивая ее длину путем вращения гайки 11 на шпильке 9. Как показал эксперимент, оптимальным местом размещения средства регулирования натяжения пружины является его расположение ниже шарнира 5 на расстоянии от последнего не менее радиуса R поворота рамки 1, при котором пружина представляет собой хорду дуги 12, являющейся траекторией движения выключателя при повороте рамки 1.