Aplicações de fibra de carbono em elevadores e transporte vertical

Um elevador é uma máquina que passa toda a sua vida lutando contra o seu próprio peso. Cada quilo de carro, quadro, porta e corda deve ser acelerado, reforçado e travado milhares de vezes por ano, e cada quilo de contrapeso deve ser suspenso acima do eixo. É por isso que a indústria de transporte vertical se tornou silenciosamente um dos mercados mais interessantes para compósitos de fibra de carbono: uma vez que a massa móvel cai, o tamanho do motor cai, o consumo de energia cai, a vida útil da corda e da ponta se prolonga e toda a máquina fica mais rápida e simples ao mesmo tempo. Este artigo analisa onde a fibra de carbono, a fibra de aramida e a fibra pré-oxidada são usadas em elevadores, escadas rolantes e na indústria de transporte vertical mais ampla, e como um comprador ou engenheiro deve especificá-las.

1. A Cinématica do Peso no Transporte Vertical

Comece com a aritmética de um elevador contrabalançado. O motor de tração só tem que mover a diferença entre a massa do carro e o contrapeso, além dos passageiros. Reduza a massa do carro e da eslinga, e o contrapeso pode ser reduzido pela mesma quantidade, para que o motor, freio, vigas, trilhos de guia e cargas estruturais todos diminuam juntos. Uma poupança de algumas centenas de quilos no conjunto móvel torna-se uma poupança de bem mais de uma tonelada na máquina global.

1.1 Por que a massa em movimento decide tudo o resto

O consumo de energia, a corrente de pico, o tamanho do freio, o diâmetro da corda e a cabeça do eixo são todos a jusante da massa móvel. Em um edifício de alta altura, a massa móvel é dominada pelo próprio sistema de suspensão, e em um elevador doméstico, a massa móvel importa porque todo o produto deve se encaixar em uma estrutura doméstica sem uma sala de máquinas. Ambas as extremidades do mercado estão puxando na mesma direção: estruturas mais leves e membros de suspensão mais leves.

1.2 Onde o design convencional da máquina atinge uma parede

A corda de aço é uma solução madura e não desaparecerá, mas tem uma relação fixa entre diâmetro, carga de ruptura e massa por metro. Eixos mais altos significam cordas mais longas, e uma corda mais longa não só pesa mais, ela se estica mais e precisa de mais tração. Em alguma altura do eixo, a massa da corda sozinha se torna uma parte significativa da carga. Os quadros de automóveis de aço são fortes, mas pesados, o alumínio pesa, mas é macio e sensível à fadiga nas articulações, e ambos os materiais precisam de proteção contra a corrosão em eixos úmidos e ambientes marinhos.

1.3 O que a indústria precisa de um material

O material estrutural ideal para um elevador é rígido, forte, tolerante à fadiga, dimensionalmente estável, não corrosivo, não magnético e conforme ao fogo. Também deve ser fácil de laminar em quadros e fácil de usinar em suportes. O polímero reforçado com fibra de carbono cobre a maior parte dessa lista, e as duas lacunas que deixa, a saber, o desempenho de temperatura em um incêndio de eixo e o comportamento de impacto em alguns componentes, são preenchidas por fibra pré-oxidada e fibra aramida, respectivamente.

2. Membros e cintos de suspensão de fibra de carbono

O sucesso mais visível da fibra de carbono na indústria não é um painel de carro ou uma porta. É o cinto plano que suspende o elevador, e a família de membros de tensão compostos que cresceu em torno dele.

2.1 Cordas compostas e cintos planos

Um cinto de aço revestido com um núcleo de membros de tensão de fibra de carbono substitui várias cordas convencionais por um único elemento plano. O núcleo de fibra de carbono suporta a carga com muito pouco alongamento, o que permite uma poleira de tração menor e um motor menor, e a jaqueta de uretano fornece tração e protege o núcleo do desgaste. Como o cinto é muito mais leve do que o aço que substitui, a energia necessária para mover o próprio sistema de suspensão cai e o cinto dura bem em uma instalação corretamente alinhada sem sala de máquinas.

2.2 Cabos de viagem leves

O cabo de viagem que segue o carro transporta energia e comunicação para uma massa em movimento, por isso seu próprio peso é uma penalidade que aparece como arrasto extra, irritação e fadiga no raio de curva. Os projetos de cabo que usam membros de resistência de fibra de alta resistência reduzem a massa e melhoram a vida flexível, e a fibra aramida é uma escolha comum onde a dureza importa tanto quanto a rigidez. Reduzir a massa do cabo de viagem também reduz o contrapeso que deve ser fornecido para compensá-lo.

2.3 Opções do governador e da corda de segurança

Os sistemas de segurança e reguladores são regidos por códigos e aprovações, por isso a substituição composta é mais lenta do que em peças estruturais. Quando um elemento de tensão composto é usado, o requisito crítico é o comportamento documentado de deslizamento e fadiga sob carga sustentada, porque um elemento de suspensão que relaxe ao longo de uma década não é aceitável. Fornecedores que trabalham nestas peças fornecem dados de ruptura de rastejamento, curvas de fadiga de tensão-tensão e resultados de curvatura em vez de apenas uma carga de ruptura de curto prazo.

3. Estruturas do carro, quadros e plataformas da eslinga

Acima do cinto e ao redor das portas há uma segunda, maior oportunidade. Cada painel e quadro removidos do carro reduz a carga na suspensão e nos trilhos de guia.

3.1 Quadros de carros e painéis de plataforma

As eslingas e plataformas de automóveis são estruturas laminadas ou pultrudadas, e a placa de fibra de carbono, o tubo e o perfil pultrudado permitem uma estrutura rígida com espessuras de parede muito abaixo de um equivalente de aço. A maior rigidez específica significa que a deflexão sob carga é controlada com menos material e a superfície não corrosiva mantém a estrutura estável em um eixo úmido. Painéis de sanduíche com peles de fibra de carbono e um núcleo de fogo dão uma plataforma plana e rígida e painel de parede que também carrega o acabamento interior.

3.2 Portas, Marmotas e Móveis de Aterragem

As portas de carro e aterrisso estão entre as peças mais cicladas de qualquer instalação. Um painel de porta de fibra de carbono é leve o suficiente para reduzir o trabalho do operador e do motor e rígido o suficiente para permanecer plano depois de anos de uso, e a estrutura composta não é embotellada ou enferrujada como chapa de aço. As margens de aterrisso, os painéis indicadores, as barandas e os móveis do eixo beneficiam da mesma combinação de rigidez, baixa massa e imunidade à corrosão, e a natureza não magnética do material evita interferências com a detecção de posição.

3.3 Pacotes de elevador doméstico e sala de máquinas-menos

No segmento residencial e pequeno comercial, as restrições são diferentes e o caso dos compostos é ainda mais claro. Um elevador doméstico deve entrar em uma escada existente, precisa de uma unidade compacta e um carro leve porque a estrutura de suporte nunca foi projetada para um elevador. Os tubos de fibra de carbono e as placas usinadas permitem que um fabricante construa uma estrutura fina e auto-suportante que pode ser montada no local, e os componentes de fibra pré-oxidada lidam com o isolamento e as funções de barreira contra incêndio em torno da unidade e dos painéis do carro.

4. Equipamento da sala da máquina e componentes da unidade

A sala de máquinas, ou o espaço de máquinas compacto de um elevador sem sala de máquinas, contém peças rotativas e alternativas onde a inércia reduzida e a resistência à corrosão pagam.

4.1 Casos do motor, suportes e eixos de transmissão

Um eixo de transmissão de fibra de carbono reduz a inércia rotacional e aumenta a primeira frequência natural de dobragem, o que ajuda uma máquina de tração sem engrenagens a funcionar silenciosamente. Quadros de motor, suportes de montagem e placas de cama da máquina em fibra de carbono reduzem a massa na estrutura da cabeça do eixo e eliminam a necessidade de pintura e galvanização. Como o material não é magnético, pode ser usado perto do circuito magnético sem distorção do campo.

4.2 Bordas e Componentes de Guia

Sapatos de guia, caixas de guia de rolos e os elementos estruturais de um conjunto de ponta são candidatos para fibra de carbono onde a rigidez e a baixa massa são importantes. Os rolos e componentes de guia se beneficiam da fibra de aramida em camadas de desgaste e impacto, uma vez que a aramida é excepcionalmente resistente e não abrasiva para a superfície do trilho. Ambos os materiais estão em casa em um ambiente de eixo porque nenhum corrode quando a condensação se forma em uma manhã fria.

4.3 Componentes da escada rolante e caminhadas móveis

Balaustradas de escadas rolantes, componentes de degraus e paletes, estruturas de orientação de trilhos e móveis de placa de pente funcionam por décadas em edifícios públicos onde tanto a aparência quanto os custos de manutenção são importantes. Os perfis e painéis de fibra de carbono dão uma estrutura rígida, leve e estável, enquanto a fibra aramida adiciona tolerância ao impacto em pontos expostos e a fibra pré-oxidada fornece a barreira de fogo por trás do revestimento e em torno dos componentes de acionamento.

5. Deveres materiais de incêndio, térmico e segurança

O transporte vertical é um produto de segurança vital, por isso as decisões materiais são limitadas por códigos e pelas consequências de uma falha. Os materiais compostos respondem a essas restrições quando o grau específico e a evidência de teste são escolhidos deliberadamente.

5.1 Realidades de teste de incêndio para interiores de carros

Paredes, tetos, pisos e portas de carros estão sujeitos a requisitos de desempenho contra incêndios, e a solução composta é um sistema em vez de um único material. Uma pele de fibra de carbono pode ser combinada com um núcleo de fogo e uma camada intumescente ou mineral, e revestimentos de fibra pré-oxidada podem ser adicionados onde a não-combustibilidade conta. A chave é testar o conjunto como ele será instalado, porque um laminado que passa sozinho pode não passar com o adesivo e acabamento usado na produção.

5.2 Fibra pré-oxidada em freios e tarefas térmicas

A fibra pré-oxidada é um material resistente à chama e não derretido que não queima ou derrete a temperaturas de serviço, e é usado como reforço da almofada de freio, como isolamento térmico em torno dos componentes da máquina, como barreira atrás dos painéis e como sentido dentro do espaço da máquina. Ele também suporta bem nas condições de poeira e vibração de uma escada rolante, onde a lã mineral pode se assentar e comprimir ao longo do tempo.

5.3 Fibra de aramida na proteção contra impactos e explosões

Quando uma falha liberaria energia, a fibra de aramida ganha seu lugar como uma camada absorvente de energia. É usado em revestimentos protetores em torno de equipamentos de acionamento, em proteção contra impactos para móveis de eixo expostos e em envolturas de contenção para componentes pressurizados ou de alta energia. O tecido aramídico também é uma escolha natural para equipamentos macios, como slings de levantamento, tampas de slings e cobertores de proteção usados ​​durante a instalação e remodelação de elevadores, onde uma peça metálica não deve arranhar um interior de carro acabado.

6. Matriz de seleção de materiais para transporte vertical

A matriz abaixo mapea o ponto de trabalho em um sistema de transporte vertical para a forma de produto que se adequa a ele e o material convencional que geralmente substitui.

6.1 Leitura da Matrix

Leia cada linha como um pacote em vez de uma única compra. A forma do produto, a razão pela qual ele foi escolhido e a solução convencional que ele substitui pertencem juntos, e a maioria das instalações combina várias linhas ao mesmo tempo. O valor comercial de um único fornecedor é maior quando cintos, perfis estruturais, painéis, feltros e têxteis de proteção chegam com documentação consistente e entrega coordenada, porque o elevador é montado em uma sequência fixa e um item ausente interrompe toda a construção.

7. Especificação, teste e certificação

O transporte vertical é regulado e os materiais compostos entram na indústria através da prova de teste marcada pela porta. Um fornecedor que entenda isso tornará o processo de aprovação do comprador mais curto.

7.1 Padrões, códigos e trilha de papel

As peças compostas para elevadores são qualificadas de acordo com a norma de segurança do elevador aplicável para a região e de acordo com as normas de material e incêndio para a montagem como um todo. Na prática, um pacote de projetos inclui certificados de materiais com rastreabilidade de lotes, relatórios de ensaios mecânicos e físicos, relatórios de ensaios de incêndio para a montagem acabada e, quando pertinente, dados de rastreamento e fadiga. A coerência entre certificados e lotes de produção importa tanto quanto os próprios números, porque uma substituição na cadeia de suprimentos pode invalidar uma aprovação.

7.2 Ensaios de fadiga, flexão e tração

Um elemento de suspensão em um elevador pode ver milhões de ciclos de carga ao longo de sua vida útil, e uma porta pode circular centenas de vezes por dia por duas décadas. Os testes, portanto, concentram-se na fadiga de tensão-tensão para os membros de suspensão, na fadiga de dobra sobre o diâmetro da ponta realmente usado e no teste de ciclo de dobradiças, rolos e fechos em painéis móveis. O teste de tração e desgaste de um cinto revestido é feito na geometria real da viga, porque a vida útil do cinto é uma propriedade do sistema em vez de uma propriedade do material.

7.3 Inspeção durante uma longa vida útil

Os componentes compostos são inspecionados por exames visuais, testes de torneira e, se aplicável, métodos ultrassônicos ou radiográficos. O produto mais útil na entrega é uma linha de base documentada: registros de lotes de materiais, desenhos como construídos, registros de alinhamento e binário e fotografias de juntas críticas. Com uma linha de base na mão, cada inspeção subsequente se torna mais rápida e cada decisão sobre reparação ou substituição se torna baseada em evidências em vez de um palpite.

8. Por que Tanchain para Programas de Transporte Vertical

Um projeto de transporte vertical precisa de um parceiro material capaz de cobrir tarefas estruturais, de suspensão e de segurança sem perder a coerência entre elas. Tanchain fabrica filamento de fibra de carbono, fibra grafada, tecido, pré-impregnado, tubo pultrudado, perfil e placa usinada para o âmbito do quadro composto, painel, núcleo de correia e componente de acionamento, juntamente com filamento de aramida, fibra grafada e tecido para impactos, desgaste e tarefas têxteis de proteção, e fibra pré-oxidada grafada, filamento, fio, feltro e tecido para isolamento de alta temperatura, reforço de freio e barreiras contra incêndio.

Essa gama significa que uma única ordem de compra pode cobrir uma eslinga de carro, um conjunto de painéis interiores, uma placa de cama da máquina, uma especificação do núcleo do cinto, um feltro de barreira contra incêndio e um conjunto de eslingas de instalação, com documentação consistente e programação coordenada. Certificados de materiais, rastreabilidade de lotes e dados técnicos são fornecidos como padrão, e nossa equipe apoia a fase de especificação com seleção de produtos e orientação de aplicação.

Navegue pela gama de produtos de fibra de carbono Tanchain, fibra de aramida e fibra pré-oxidada, ou envie-nos um layout de carro, dados de eixo e ciclo de trabalho. Nossa equipe de engenharia revisará a massa móvel, o arranjo da suspensão e os requisitos de segurança e incêndio, recomendará os formulários de produto para cada seção do sistema e fornecerá um pacote de material completo para a aplicação de transporte vertical, do membro de suspensão ao isolamento atrás do painel do carro.