Aplikacije ogljikovih vlaken v dvigalih in vertikalnem prometu

Dvigalo je stroj, ki se celo življenje bori proti lastni teži. Vsak kilogram avtomobila, okvirja, vrat in vrvi je treba pospešiti, pritrditi in zavirati tisočkrat na leto, vsak kilogram protiuteže pa je treba obesiti nad gredjo. Zato je vertikalna transportna industrija tiho postala eden najzanimivejših trgov za kompozite ogljikovih vlaken: ko se premikajoča masa zmanjša, velikost motorja pade, poraba energije pade, življenjska doba vrvi in nožev se podaljša, celoten stroj pa hkrati postane hitrejši in enostavnejši. Ta članek obravnava, kje se ogljikova vlakna, aramidna vlakna in predoksidirana vlakna uporabljajo v dvigalih, tekočih stopnicah in širši vertikalni transportni industriji ter kako jih mora kupec ali inženir določiti.

1. Kinematika teže v vertikalnem prometu

Začnite z aritmetiko protiravnoteženega dviga. Vlečni motor mora premakniti samo razliko med maso avtomobila in protiutežo, plus potniki. Zmanjšajte maso avtomobila in zanke, protiuteža pa se lahko zmanjša za isto količino, tako da motor, zavora, snovi, vodilne tirnice in konstrukcijske obremenitve skupaj zmanjšajo. Prihranek nekaj sto kilogramov pri premikajočem se sklopu postane prihranek precej več kot eno tono v celotnem stroju.

1.1 Zakaj premikajoča masa odloča o vsem drugem

Poraba energije, največji tok, velikost zavor, premer vrvi in glavna prostora gredi so vsi nizvodno od premične mase. V visokih stavbah prevladuje potovalna masa sam sistem vzmetenja, v domačem dvigalu pa je potovalna masa pomembna, saj mora celoten izdelek prilegati domači konstrukciji brez strojnice. Oba konca trga vlečeta v isto smer: lažje konstrukcije in lažje vzmetenje.

1.2 Kjer konvencionalno oblikovanje strojev zadene steno

Jeklena vrv je zrela rešitev in ne bo izginila, vendar ima fiksno razmerje med premerom, lomno obremenitvijo in maso na meter. Višje gredi pomenijo daljše vrvi, daljša vrv pa ne le tehta več, temveč se razteza in potrebuje več oprijema. Pri določeni višini gredi postane masa vrvi pomemben delež obremenitve. Jekleni avtomobilski okvirji so močni, vendar težki, aluminijasti okvirji težijo, vendar so mehki in občutljivi na utrujenost spojev, obe materiali pa potrebujeta zaščito pred korozijo v vlažnih gredih in morskih okoljih.

1.3 Kaj industrija potrebuje od materiala

Idealni konstrukcijski material za dvigalo je trd, močan, odporen proti utrujenosti, dimenzijsko stabilen, ne korozirajoč, nemagnetni in požarni. Prav tako mora biti enostavno laminirati v okvirje in enostavno obdelati v nosilce. Polimer, ojačan z ogljikovimi vlakni, pokriva večino tega seznama in dve vrzeli, ki jih pušča, namreč temperaturna učinkovitost pri požaru gredi in obnašanje udarcev v nekaterih komponentah, sta zapolnjeni s predoksidiranimi vlakni oziroma aramidnimi vlakni.

2. Člani in pasovi za vzmetenje ogljikovih vlaken

Najbolj vidni uspeh ogljikovih vlaken v industriji niso avtomobilska plošča ali vrata. To je ravni pas, ki obesi dvigalo, in družina kompozitnih napetostnih članov, ki je zrasla okoli njega.

2.1 Sestavljene vrvi in ravni pasovi

Prevlečen jekleni pas z jedrom napetostnih členov iz ogljikovih vlaken nadomesti več običajnih vrvi z enim ravnim elementom. Jedro iz ogljikovih vlaken nosi obremenitev z zelo malo raztegljivosti, kar omogoča manjšo vlečno nožo in manjši motor, uretanska jakna pa zagotavlja oprijem in ščiti jedro pred obrabo. Ker je pas veliko lažji od jekla, ki ga nadomešča, energija, potrebna za premikanje sistema vzmetenja, pade in pas dobro vzdržuje v ustrezno poravnani namestitvi brez strojnega prostora.

2.2 Lahki potovalni kabli

Potovalni kabel, ki sledi avtomobilu, prenaša moč in komunikacijo do premikajoče se mase, zato je njegova lastna teža kazen, ki se kaže kot dodaten vleč, drgnjenje in utrujenost v polmeru ovinka. Zasnove kablov, ki uporabljajo člane visoke trdnosti vlaken, zmanjšujejo maso in izboljšajo življenjsko dobo upogibnosti, aramidna vlakna pa so pogosta izbira, kjer je žilavost pomembna toliko kot togost. Zmanjšanje mase potujočega kabla zmanjšuje tudi protiutežo, ki jo je treba zagotoviti za kompenzacijo.

2.3 Možnosti guvernerja in varnostne vrvi

Varnostne in regulatorske sisteme urejajo kode in homologacije, zato je zamenjava sestavljenih delov tam počasnejša kot pri konstrukcijskih delih. Kadar se uporablja kompozitni napetostni element, je kritična zahteva dokumentirano obnašanje plazenja in utrujenosti pri trajni obremenitvi, saj element vzmetenja, ki se sprosti več kot desetletje, ni sprejemljiv. Dobavitelji, ki delajo na teh delih, zagotavljajo podatke o razpokah, krivulje utrujenosti napetosti in rezultate upogibanja preko konca, namesto kratkoročne obremenitve.

3. Avtomobilske konstrukcije, drsni okvirji in platforme

Nad pasom in okoli vrat je druga, večja priložnost. Vsaka plošča in okvir, odstranjen iz avtomobila, zmanjšuje obremenitev vzmetenja in vodilnih tirnic.

3.1 Avtomobilski okvirji in plošče platform

Avtomobilske zanke in ploščadi so laminirane ali pultrudirane konstrukcije, plošča iz ogljikovih vlaken, cev in pultrudirani profil pa omogočajo tog okvir z debelino sten daleč pod ekvivalentom jekla. Višja specifična togost pomeni, da je deformacija pod obremenitvijo nadzorovana z manj materiala, nekorozijska površina pa ohranja konstrukcijo stabilno v vlažni gredi. Sendvične plošče s kožami iz ogljikovih vlaken in ognjeno jedro dajejo ravno, togo platformo in stensko ploščo, ki nosi tudi notranjo površino.

3.2 Vrata, police in pristajalno pohištvo

Avtomobilska in pristajalna vrata so med najbolj kolesarjenimi deli vsake instalacije. Plošča vrat iz ogljikovih vlaken je dovolj lahka, da zmanjša obremenitev upravljavca in motorja ter dovolj toga, da ostane ravna po letih uporabe, sestavljena struktura pa ne lomi ali rja kot jeklena pločevina. Pristajalne police, indikatorske plošče, ograje in pohištvo gredi imajo koristi od enake kombinacije togosti, nizke mase in odpornosti proti koroziji, nemagnetna narava materiala pa preprečuje motnje v zaznavanje položaja.

3.3 Paketi brez dvigala in strojnice

V stanovanjskem in majhnem poslovnem segmentu so omejitve drugačne, primer kompozitov pa je še bolj jasen. Domača dvigala mora iti v obstoječe stopnišče, potrebuje kompakten pogon in lahek avto, ker nosilna konstrukcija ni bila nikoli zasnovana za dvigalo. Cevi iz ogljikovih vlaken in obdelane plošče omogočajo proizvajalcu, da zgradi tanek, samonosilen okvir, ki ga je mogoče sestaviti na kraju samem, predoksidirani vlakni pa opravljajo izolacijske in požarne pregrade okoli pogona in avtomobilskih plošč.

4. Strojna oprema in pogonski deli

Strojnica ali kompaktni strojni prostor dvigala brez strojnice vsebuje vrtljive in vrtljive dele, kjer sta zmanjšana vztrajnost in korozijska odpornost izplačana.

4.1 Ohišja motorja, nosilci in pogonske gredi

Pogonska gred iz ogljikovih vlaken zmanjšuje rotacijsko vztrajnost in dvigne prvo naravno frekvenco upogibanja, kar pomaga pri tihem vlečnem stroju brez prestav. Motorni okvirji, montažni nosilci in plošče strojev iz ogljikovih vlaken zmanjšujejo maso na konstrukciji glave gredi in odpravljajo potrebo po barvanju in cinkanju. Ker material ni magnetni, se lahko uporablja blizu magnetnega vezja brez popačenja polja.

4.2 Rezalna platišča in vodilne komponente

Vodilni čevlji, ohišja vodilnih valjev in konstrukcijski elementi sklopa žlebov so kandidati za ogljikova vlakna, kjer je togost in majhna masa snovi. Valji in vodilni deli imajo koristi od aramidnih vlaken v plasteh obrabe in udarcev, saj je aramid izjemno trpežen in neabraziven na površino tirnice. Oba materiala sta doma v okolju jaška, saj noben ne korodira, ko nastane kondenzacija v hladnem jutru.

4.3 Komponente tekočih stopnic in gibljive hoje

Balustrade za tekoče stepe, sestavni deli stopnic in palet, vodilne konstrukcije ograje in pohištvo grelnih plošč delujejo desetletja v javnih stavbah, kjer so pomembni tako videz kot stroški vzdrževanja. Profili in plošče iz ogljikovih vlaken dajejo trdo, lahko in stabilno strukturo, medtem ko aramidna vlakna dodajajo toleranco udarcev na izpostavljenih točkah, predoksidirana vlakna pa zagotavljajo požarno pregrado za oblogami in okoli pogonskih komponent.

5. Požarne, toplotne in varnostne naloge

Vertikalni prevoz je izdelek za življenjsko varnost, zato so materialne odločitve omejene s kodeksi in posledicami okvare. Sestavljeni materiali odgovarjajo na te omejitve, kadar so določeni razred in preskusni dokazi namerno izbrani.

5.1 Ožarno preskušanje za notranjost avtomobilov

Za stene, strope, tla in vrata avtomobilov veljajo zahteve glede požarne učinkovitosti, kompozitna rešitev pa je sistem in ne en sam material. Kožo ogljikovih vlaken je mogoče kombinirati z ognjeno jedro in intumescentno ali mineralno plastjo, predoksidirane obloge vlaken pa je mogoče dodati, kjer šteje nevnetljivost. Ključ je preskusiti montažo, kot bo nameščen, saj laminat, ki gre sam, morda ne bo prešel z lepilom in končnim obdelavo, ki se uporablja v proizvodnji.

5.2 Predoksidirana vlakna v zavornih in toplotnih nalogah

Predoksidirana vlakna so netljenje, gorenje odporen material, ki se ne gori ali stopi pri obratovalnih temperaturah, uporabljajo pa se kot ojačitev zavornih ploščic, kot toplotna izolacija okoli komponent stroja, kot pregrada za ploščami in kot klobučevina znotraj strojnega prostora. Dobro se drži tudi v prašnih, vibracijskih pogojih tekočih stopnic, kjer se lahko mineralna volna sčasoma usede in stisne.

5.3 Aramidna vlakna pri zaščiti pred udarci in eksplozijami

Kjer bi okvara sprostila energijo, si aramidna vlakna zaslužijo svoje mesto kot plast, ki absorbira energijo. Uporablja se v zaščitnih oblogah okoli pogonske opreme, v zaščiti pred udarci za izpostavljeno pohištvo gredi in v zadrževalnih ovitkah za sestavne dele pod tlakom ali visoko energijo. Aramidna tkanina je tudi naravna izbira za mehko opremo, kot so dvižne zanke, prevleke zanke in zaščitne odeje, ki se uporabljajo med montažo in obnovo dvigala, kjer kovinski del ne sme opraskati končane notranjosti avtomobila.

6. Matrica za izbiro materialov za vertikalni prevoz

Spodnja matrika kartira točko obremenitve v vertikalnem transportnem sistemu z obliko izdelka, ki ji ustreza, in konvencionalnim materialom, ki ga običajno nadomešča.

6.1 Branje matrike

Vsako vrstico preberite kot paket in ne kot en sam nakup. Oblika izdelka, razlog za izbiro in konvencionalna rešitev, ki jo nadomešča, spadajo skupaj, večina inštalacij pa združuje več vrstic hkrati. Komercialna vrednost enega samega dobavitelja je največja, ko pasovi, konstrukcijski profili, plošče, klobučevine in zaščitni tekstil prispejo z dosledno dokumentacijo in usklajeno dostavo, saj je dvigalo sestavljeno v fiksnem zaporedju in manjkajoči predmet ustavi celotno gradnjo.

7. Specifikacije, testiranje in certificiranje

Vertikalni prevoz je urejen, sestavljeni materiali pa vstopijo v industrijo skozi vrata označene preskusne dokaze. Dobavitelj, ki to razume, bo postopek odobritve kupca krajši.

7.1 Standardi, kodeksi in papirna pot

Sestavljeni deli za dvigala so kvalificirani v skladu z veljavnim standardom varnosti dvigal za regijo ter materialnimi in požarnimi standardi za sestavo kot celoto. V praksi projektni paket vključuje certifikate materiala s sledljivostjo serije, poročila o mehanskih in fizikalnih preskusih, poročila o požarnih preskusih končnega sklopa in, kjer je to ustrezno, podatke o plazenju in utrujenosti. Skladnost med certifikati in proizvodnimi serijami je pomembna enako kot številke same, saj lahko zamenjava v dobavni verigi razveljavi odobritev.

7.2 Preskušanje utrujenosti, upogibanja in vlečnosti

Element vzmetenja v dvigalu lahko v življenjski dobi milijone obremenitvenih ciklov, vrata pa lahko dve desetletji krožijo stokrat na dan. Preskušanje se torej osredotoča na napetostno-napetostno utrujenost članov vzmetenja, utrujenost upogibanja nad dejansko uporabljenim premerom noža in ciklično preskušanje tečajev, valjev in ključavnic na gibljivih ploščah. Preizkušanje vlečnosti in obrabe prevlečenega pasu se opravi na pravi geometriji rezil, saj je življenjska doba pasu lastnost sistema in ne lastnost materiala.

7.3 Pregled v dolgi življenjski dobi

Sestavljene komponente se pregledajo z vizualnim pregledom, preskušanjem pipe in, kjer je primerno, z ultrazvočnimi ali radiografskimi metodami. Najbolj koristna rezultata ob predaji je dokumentirana osnovna podlaga: zapisi materialnih serij, risbe, zapisi poravnave in navora ter fotografije kritičnih spojev. Z osnovnim pregledom postane vsak nadaljnji pregled hitrejši, vsaka odločitev o popravilu ali zamenjavi pa postane dokaz in ne ugibanje.

8. Zakaj Tanchain za vertikalne transportne programe

Projekt vertikalnega prevoza potrebuje enega materialnega partnerja, ki lahko pokriva konstrukcijske, vzmetenje in varnostne naloge, ne da bi izgubil skladnost med njimi. Tanchain izdeluje filament iz ogljikovih vlaken, rezana vlakna, tkanino, prepreg, pultrudirano cev, profil in obdelano ploščo za kompozitni okvir, ploščo, jedro pasu in pogonsko komponento, skupaj z aramidnimi filamenti, rezanimi vlakni in tkanino za udarce, obrabo in zaščitne tekstilne naloge ter predoksidirane vlakne, filament, prejo, klobučevino in tkanino za visokotemperaturno izolacijo, ojačitev zavor in požarne pregrade.

Ta ponudba pomeni, da lahko eno naročilo za nakup zajema avtomobilsko zanko, komplet notranjih plošč, posteljno ploščo stroja, specifikacijo jedra pasu, požarni klobuč in niz montažnih zank z dosledno dokumentacijo in usklajenim načrtovanjem. Certifikati materialov, sledljivost serij in tehnični podatki so na voljo kot standard, naša ekipa pa podpira fazo specifikacije z izbiro izdelkov in smernicami za uporabo.

Prebrskajte paleto izdelkov iz ogljikovih vlaken Tanchain, aramidnih vlaken in predoksidiranih vlaken ali nam pošljite postavitev avtomobila, podatke o gredih in delovni cikel. Naša inženirska ekipa bo pregledala gibljivo maso, ureditev vzmetenja ter požarne in varnostne zahteve, priporočila obrazce izdelkov za vsak del sistema in zagotovila celoten paket materiala za vertikalno transportno aplikacijo, od člena vzmetenja do izolacije za avtomobilsko ploščo.