Koło pasowe windy: rodzaje, profile rowków, przewodnik inspekcji i wskazówki dotyczące wymiany

Co to jest koło pasowe windy i dlaczego ma to znaczenie?

Koło pasowe windy — zwane także w terminologii technicznej kołem pasowym — to rowkowane koło, przez które przechodzą liny windy lub stalowe pasy, aby przenosić ruch i podtrzymywać obciążenie kabiny windy i przeciwwagi. Każdy system windy trakcyjnej opiera się na kołach pasowych, które przekierowują ruch liny, zwielokrotniają przewagę mechaniczną i przenoszą siłę napędową z maszyny trakcyjnej na samochód. Bez odpowiednio zaprojektowanych, wyprodukowanych i konserwowanych krążków linowych windy uległyby szybkiemu zużyciu, maszyna trakcyjna nie byłaby w stanie efektywnie poruszać wózkiem, a ryzyko poślizgu liny lub uszkodzenia mechanicznego dramatycznie wzrosłoby.

Terminy „koło pasowe windy” i „krążek windy” są używane w branży zamiennie, chociaż technicznie rzecz biorąc, termin „krążek” odnosi się konkretnie do rowkowanego koła pasowego używanego z liną lub kablem. W inżynierii dźwigów krążek odnosi się do samego koła rowkowanego, podczas gdy koło pasowe czasami odnosi się do kompletnego zespołu obejmującego wał, łożyska i obudowę. Niezależnie od terminologii, komponenty te stanowią serce układu mechanicznego każdej windy trakcyjnej, a ich geometria, materiał, profil rowków i stan bezpośrednio decydują o wydajności windy, trwałości liny i bezpieczeństwie pasażerów.

W tym artykule omówiono działanie kół pasowych wind, różne typy stosowane w systemach wind, stosowane materiały i standardy produkcyjne, sposób ich kontroli i konserwacji oraz na co zwrócić uwagę przy wyborze krążków zamiennych. Niezależnie od tego, czy jesteś technikiem dźwigowym, kierownikiem obiektu budowlanego, czy inżynierem projektującym nową instalację, szczegółowe zrozumienie działania kół pasowych windy ma fundamentalne znaczenie dla zapewnienia bezpiecznego i wydajnego działania systemów dźwigowych.

Jak koła pasowe windy działają w systemie trakcyjnym

W windzie trakcyjnej maszyna napędowa — silnik elektryczny połączony ze skrzynią biegów lub bezprzekładniowy silnik z napędem bezpośrednim — obraca krążek trakcyjny. Liny stalowe lub pasy stalowe powlekane są naciągnięte na krążek trakcyjny, przy czym kabina windy jest zawieszona z jednej strony, a przeciwwaga z drugiej. Tarcie między liną a rowkami koła trakcyjnego napędza samochód w górę i w dół — maszyna nie ciągnie liny jak wciągarka; chwyta go poprzez przyczepność. To podstawowe rozróżnienie polega na tym, dlaczego profil rowka, stosunek średnicy liny do koła pasowego i materiał rowka mają tak bezpośredni wpływ na wydajność systemu.

Poza głównym kołem trakcyjnym kompletny system windy wykorzystuje kilka dodatkowych kół pasowych. Krążki deflektora kierują ścieżkę liny z maszyny trakcyjnej do kabiny lub przeciwwagi, gdy maszyna nie jest umieszczona bezpośrednio nad szybem. Koła napinające utrzymują napięcie liny i prawidłowe ustawienie w systemie. W linowych windach hydraulicznych i niektórych systemach trakcyjnych wiele krążków linowych jest ułożonych w konfigurację wielokrążka, aby uzyskać przewagę mechaniczną — układy liny 2:1 i 4:1 stosowane w wielu systemach wind wymagają krążków odchylających i napinających, aby ukończyć ścieżkę liny. Każdy krążek w systemie przyczynia się do zmęczenia liny przy zginaniu, zatem liczba krążków, ich średnica i kąty zgięcia wpływają na żywotność liny.

Rodzaje kół pasowych wind i ich specyficzne role

Kompletna instalacja dźwigu wykorzystuje kilka różnych typów krążków linowych, każdy zaprojektowany do określonej funkcji w systemie linowym. Zrozumienie, co robi każdy typ i gdzie się znajduje, pomaga w diagnozowaniu problemów i określaniu właściwych zamienników.

Krążek trakcyjny (krążek napędowy)

Koło trakcyjne jest głównym elementem napędowym układu dźwigowego. Montuje się go bezpośrednio na wale wyjściowym maszyny trakcyjnej – poprzez skrzynię biegów lub bezpośrednio na wale silnika bezprzekładniowego – a jego obrót napędza kabinę windy i przeciwwagę poprzez tarcie liny. Koła pasowe trakcyjne to najbardziej obciążone koła pasowe w systemie, podlegające zarówno pełnemu naciągowi liny, jak i zmęczeniu zginającemu spowodowanemu ciągłym uginaniem się lin na powierzchni krążka. Ich profil rowków musi być precyzyjnie dopasowany do średnicy liny, a materiał rowków musi zapewniać odpowiednią przyczepność, nie powodując nadmiernego zużycia liny. Średnice krążków trakcyjnych wahają się od około 320 mm w małych windach mieszkalnych do ponad 800 mm w szybkich systemach komercyjnych.

Rolka deflektora

Krążek odchylający służy do przekierowania ścieżki liny z maszyny trakcyjnej do prawidłowego ułożenia w pionie nad kabiną lub przeciwwagą, gdy maszyna nie jest umieszczona bezpośrednio nad osią szybu wyciągowego. W instalacjach dźwigowych bez maszynowni (MRL), gdzie maszyna napędowa jest zamontowana na górze szybu, a nie w dedykowanej maszynowni, krążki odchylające są szczególnie ważne dla ustalenia prawidłowej geometrii liny. Koła odchylające są również stosowane w maszynowniach podwieszanych, gdzie maszyna jest przesunięta względem środka szybu szybowego. Przenoszą znaczne obciążenia rozciągające liny i muszą być dobrane i podparte, aby wytrzymać te siły bez ugięcia i wibracji.

Krążek samochodowy i krążek przeciwwagi

W konfiguracjach wiązania 2:1 – gdzie lina biegnie od stałego punktu zakotwiczenia, w dół wokół krążka linowego na ramie kabiny, z powrotem do deflektora lub krążka górnego i w dół do przeciwwagi – krążek linowy i krążek przeciwwagi są montowane odpowiednio na ramie samochodu i ramie przeciwwagi. Te krążki umożliwiają poruszanie się wózka i przeciwwagi z połową prędkości liny w systemie 1:1, co zmniejsza wymaganą prędkość liny i pozwala mniejszej maszynie trakcyjnej przesuwać ten sam ładunek. Koła linowe samochodu muszą być zaprojektowane z odpowiednim prześwitem liny w konstrukcji ramy samochodu, a ich łożyska muszą wytrzymać pełne obciążenie zawieszone samochodu plus obciążenie znamionowe podzielone pomiędzy pasma liny.

Krążek napowietrzny (krążek dodatkowy)

Krążki napowietrzne to nieruchome krążki linowe montowane na górze wyciągu lub w konstrukcji napowietrznej maszynowni, które przekierowują liny pomiędzy krążkiem trakcyjnym a kabiną lub krążkiem przeciwwagi w konfiguracjach wieloowijowych lub złożonych. W systemach linowych 4:1 stosowanych w niektórych wolnobieżnych windach towarowych o dużej wydajności wiele krążków podwieszanych uzupełnia układ wielokrążków. Te krążki mają zazwyczaj mniejszą średnicę niż krążki trakcyjne i są przeznaczone głównie do zmiany kierunku liny, a nie do zapewniania przyczepności.

Krążek kompensacyjny

W wysokich budynkach, w których ciężar liny staje się znaczący – zazwyczaj w budynkach o obsługiwanej wysokości powyżej 30 metrów – pod kabiną zawieszane są liny lub łańcuchy kompensacyjne i przeciwwaga, aby zrównoważyć ciężar lin podnoszących podczas jazdy kabiny. W szybie windy zamontowany jest krążek kompensacyjny, który prowadzi liny kompensacyjne i utrzymuje odpowiednie napięcie. Krążki kompensacyjne są napinane grawitacyjnie i muszą mieć swobodę ruchu w pionie w określonych granicach, aby dostosować się do wydłużenia liny i dynamicznego ruchu liny podczas pracy.

Profile rowków krążków linowych wind i ich wpływ na żywotność liny

Profil rowka an koło pasowe windy to jeden z najbardziej krytycznych technicznie aspektów konstrukcji dźwigu, bezpośrednio wpływający zarówno na wydajność trakcyjną, jak i szybkość zużycia liny. W krążkach linowych windy zastosowano trzy główne profile rowków, każdy reprezentujący inny kompromis pomiędzy trakcją, naciskiem liny i trwałością zmęczeniową liny.

Okrągły rowek (rowek U)

Okrągły rowek ma okrągły przekrój poprzeczny i promień nieco większy niż promień liny — zazwyczaj promień rowka wynosi 0,53–0,55 średnicy liny. Lina styka się z rowkiem po dużym łuku (około 120–150°), rozkładając równomiernie nacisk na dużym obszarze. Ten niski nacisk kontaktowy powoduje minimalne odkształcenie liny i maksymalną trwałość zmęczeniową liny, co sprawia, że ​​krążki z okrągłymi rowkami są preferowanym wyborem dla wszystkich krążków odchylających, krążków linowych w samochodach i krążków napowietrznych, gdzie nie jest wymagana przyczepność. Ograniczeniem okrągłych rowków na kołach trakcyjnych jest to, że zapewniają one mniejszą przyczepność (tarcie) niż rowki podcięte, co może być niewystarczające w przypadku systemów o niskim przełożeniu przeciwwagi lub wysokich wymaganiach dotyczących przyspieszenia.

Podcięty rowek w kształcie litery V

Podcięty rowek łączy w sobie kształt litery V z podcięciem o małym promieniu u dołu. Zakrzywione boki rowka ściskają linę, tworząc efekt klinowania, który znacznie zwiększa normalną siłę pomiędzy liną a rowkiem – a tym samym zwiększa dostępną przyczepność – w porównaniu z okrągłym rowkiem przy tym samym napięciu liny. Współczynnik trakcji osiągalny w przypadku podciętego rowka jest zazwyczaj o 50–80% wyższy niż w przypadku okrągłego rowka o równoważnym kącie rowka, dlatego też podcięte rowki są standardowym profilem krążków trakcyjnych w większości nowoczesnych instalacji wind. Kompromisem jest większy nacisk na druty liny na krawędziach rowków, co przyspiesza zużycie liny i zmniejsza trwałość zmęczeniową liny. Kąty podciętych rowków zwykle mieszczą się w zakresie od 90° do 105°, przy czym głębsze podcięcia zapewniają lepszą przyczepność kosztem szybszej degradacji liny.

Rowek V (pełne V)

Pełny rowek w kształcie litery V bez podcięcia zapewnia maksymalną przyczepność dzięki ekstremalnemu działaniu klinującemu, ale kosztem bardzo dużych nacisków kontaktowych, które powodują szybkie zużycie liny. Pełne rowki w kształcie litery V są rzadko stosowane w nowoczesnych krążkach trakcyjnych wind osobowych, ale można je znaleźć w starszych instalacjach lub w niektórych zastosowaniach w windach towarowych i usługowych. Wysoki nacisk styku liny z rowkiem w rowku V powoduje również samo szybkie zużycie rowka, co wymaga częstszej wymiany koła pasowego trakcyjnego w porównaniu z konstrukcjami z rowkami podciętymi. Jeżeli w istniejących instalacjach występują pełne rowki typu V, należy dokładnie ocenić ich stan podczas przeglądów konserwacyjnych.

Materiały i standardy produkcyjne dotyczące kół pasowych wind

Koła linowe wind są produkowane z materiałów wybranych tak, aby zapewnić odpowiednią kombinację twardości, wytrzymałości, obrabialności i odporności na zużycie, odpowiednią do ich roli w systemie. Poniższa tabela podsumowuje główne użyte materiały i ich właściwości:

Koła linowe wind muszą spełniać odpowiednie normy bezpieczeństwa, w tym EN 81-20 i EN 81-50 w Europie, ASME A17.1 w Ameryce Północnej i GB 7588 w Chinach. Normy te określają minimalne stosunki średnicy krążka linowego do liny (zwykle D/d ≥ 40 dla krążków trakcyjnych, gdzie D jest średnicą podziałową krążka, a d jest średnicą liny), tolerancje profilu rowka, wymagania dotyczące właściwości mechanicznych materiału i kryteria kontroli. Zgodność z tymi normami jest obowiązkowa w przypadku homologacji typu dźwigu i jest weryfikowana zarówno podczas produkcji, jak i okresowych kontroli bezpieczeństwa.

Stosunek D/d: dlaczego średnica krążka w stosunku do średnicy liny jest krytyczna

Stosunek średnicy podziałowej krążka linowego (D) do średnicy liny (d) – powszechnie zapisywany jako D/d – jest jednym z najważniejszych parametrów przy projektowaniu liny windy i systemu krążków linowych. Za każdym razem, gdy lina zgina się na krążku, zewnętrzne druty liny są rozciągane, podczas gdy wewnętrzne druty są ściskane. Im mniejszy krążek w stosunku do liny, tym większe jest to naprężenie zginające i tym szybciej lina gromadzi uszkodzenia zmęczeniowe. Stosunek D/d wynoszący 40:1 — minimum wymagane zazwyczaj przez normy bezpieczeństwa wind dla krążków trakcyjnych — oznacza, że ​​w przypadku liny o średnicy 13 mm minimalna średnica podziałowa krążka wynosi 520 mm.

Stosowanie większych stosunków D/d znacznie wydłuża żywotność liny. Badania i dane terenowe konsekwentnie pokazują, że zwiększenie D/d z 40 do 60 może ponad dwukrotnie zwiększyć trwałość zmęczeniową liny przy równoważnym obciążeniu. W systemach dźwigów o dużej prędkości i dużym cyklu cykli, takich jak te w wysokich budynkach komercyjnych obsługujących setki przejazdów dziennie, często wymagany jest współczynnik D/d na poziomie 60–80 lub wyższym, aby zapewnić akceptowalny okres użytkowania liny pomiędzy wymianami. Stosunek D/d musi być zachowany dla wszystkich krążków linowych w systemie, nie tylko krążka trakcyjnego, ponieważ zmęczenie zginające liny kumuluje się w każdym krążku, z którym lina styka się podczas każdego cyklu wyzwalania. Czasami krążki odchylające i krążki napowietrzne mają mniejsze średnice niż krążki trakcyjne, ale przy obliczaniu całkowitego czasu życia liny należy uwzględnić ich wpływ na zmęczenie liny.

Kontrola koła pasowego windy: co i kiedy sprawdzić

Regularna kontrola krążków windowych jest obowiązkowym elementem konserwacji wind zgodnie ze wszystkimi głównymi normami bezpieczeństwa. Kontrola krążków linowych służy dwóm celom: identyfikacji zużytych lub uszkodzonych krążków linowych, zanim spowodują one uszkodzenie liny lub awarię systemu oraz weryfikacji, czy układ krążków zapewnia odpowiednią przyczepność i trwałość liny. Podczas każdej okresowej wizyty konserwacyjnej windy należy uwzględnić następujące elementy kontroli:

• Pomiar zużycia rowków: Użyj miernika do rowków (miernik profilu typu go/no-go dopasowany do nominalnego profilu rowka), aby zmierzyć głębokość i profil każdego rowka. Rowki, które zużyły się poza tolerancję producenta — zwykle wzrost promienia rowka o ponad 10–15% lub widoczne spłaszczenie podciętego profilu — należy poddać ponownej obróbce lub wymienić koło pasowe. Zużyte rowki zmniejszają przyczepność krążka trakcyjnego i zwiększają docisk liny w krążkach odchylających, przyspieszając zużycie liny.
• Stan powierzchni rowka: Sprawdź powierzchnie rowków pod kątem zarysowań, pęknięć, wżerów i korozji. Nacięcia — podłużne rowki wycięte w rowku koła pasowego przez zerwane druty liny — powodują koncentrację naprężeń w linie i znacznie przyspieszają degradację liny. Każdy krążek linowy z naciętymi rowkami należy poddać ponownej obróbce w celu przywrócenia gładkiej powierzchni rowka lub wymienić, jeśli po ponownej obróbce głębokość rowka spadnie poniżej minimum.
• Konsystencja głębokości rowka: Zmierz głębokość rowka we wszystkich rowkach na kole wielorowkowym. Nierówne głębokości rowków powodują nierówny rozkład obciążenia na linach – najpłytszy rowek przenosi największe obciążenie, podczas gdy liny w głębszych rowkach przenoszą mniejsze napięcie. Ta nierównowaga obciążenia przyspiesza zużycie przeciążonej liny i zmniejsza ogólny współczynnik bezpieczeństwa systemu. Rowki należy poddać ponownej obróbce, jeśli różnica głębokości przekracza 0,5 mm pomiędzy rowkami na tym samym kole pasowym.
• Stan łożyska: Sprawdź łożyska krążka linowego pod kątem hałasu, chropowatości lub nadmiernego luzu, obracając krążek ręcznie przy zdemontowanych linach. Szorstkie, hałaśliwe lub luźne łożyska wskazują na awarię smarowania lub zużycie łożyska i należy je natychmiast wymienić. Uszkodzone łożyska krążka linowego powodują niewspółosiowość krążka, co powoduje przyspieszone zużycie liny i nieprawidłowe obciążenie wału koła pasowego i konstrukcji wsporczej.
• Wyrównanie krążka: Sprawdź, czy krążek linowy jest prawidłowo ustawiony względem ścieżki liny — źle ustawione krążki powodują, że lina biegnie pod kątem w poprzek rowka, generując siły boczne, które powodują asymetryczne zużycie liny i rowka i mogą powodować przeskakiwanie liny przez rowek przy dużych prędkościach. Wyrównanie sprawdza się za pomocą linijki lub laserowego narzędzia do ustawiania na powierzchniach koła pasowego.
• Stan osłony krążka: Sprawdź, czy wszystkie osłony krążków linowych są na swoim miejscu, nieuszkodzone i prawidłowo ustawione, aby zapobiec wykolejeniu liny. Normy bezpieczeństwa wymagają, aby osłony wszystkich krążków windy utrzymywały linę w rowku w przypadku nagłej utraty naprężenia.

Kiedy wymienić krążek windy

Decyzja, kiedy wymienić koło pasowe windy, zamiast kontynuować jego obsługę lub ponowną obróbkę rowków, to ocena, która musi zrównoważyć bezpieczeństwo, trwałość liny i koszty konserwacji. Następujące warunki wymagają wymiany koła pasowego lub ponownej obróbki rowków i powinny być traktowane jako obowiązkowe działania w przypadku ich wykrycia podczas kontroli:

• Zużycie rowków poza tolerancją: Jeżeli pomiary zużycia rowków wykażą, że rowki zużyły się poza tolerancją producenta dotyczącą promienia rowka lub geometrii podcięcia i gdy pozostaje wystarczająca ilość materiału, aby umożliwić ponowną obróbkę bez zmniejszania podstawy rowka poniżej minimalnej grubości ścianki, rowki należy poddać ponownej obróbce. Jeśli nie ma wystarczającej ilości materiału do ponownej obróbki, wymień krążek.
• Pęknięcie lub złamanie: Wszelkie widoczne pęknięcia w korpusie koła pasowego, piaście lub obręczy wymagają natychmiastowej wymiany koła pasowego. Pęknięcia w żeliwnych kołach pasowych rozprzestrzeniają się szybko pod wpływem cyklicznego obciążenia i mogą skutkować katastrofalnym pęknięciem. Nie próbuj naprawiać pękniętych kół pasowych za pomocą spawania lub w inny sposób.
• Nacięcie rowka liny, którego nie można wykonać maszynowo: Jeśli rowek jest na tyle głęboki, że ponowna obróbka w celu usunięcia śladów spowodowałaby zmniejszenie rowka poniżej minimalnej głębokości, konieczna jest wymiana.
• Uszkodzenia korozyjne: Znaczące wżery korozyjne na powierzchniach rowków lub korpusie krążka linowego w środowiskach o dużej wilgotności, narażeniu na działanie środków chemicznych lub przybrzeżnym słonym powietrzu mogą wymagać wymiany, jeśli głębokość wżerów zagraża integralności strukturalnej krążka lub gładkości powierzchni styku liny.
• Zużycie obudowy łożyska: Jeżeli otwór w obudowie łożyska uległ zużyciu lub uszkodzeniu w taki sposób, że bieżnia zewnętrzna łożyska nie może być bezpiecznie utrzymana, należy wymienić koło pasowe — próby użycia łożysk o dużych rozmiarach lub klejów do naprawy zużytej oprawy nie są akceptowalną praktyką bezpieczeństwa w systemach wind.

Koła pasowe wind w nowoczesnych systemach MRL i systemach dużych prędkości

Technologia dźwigów niewymagających maszynowni (MRL), która od końca lat 90. XX wieku stała się dominującym typem instalacji w budynkach o niskiej i średniej wysokości, wprowadziła nowe wyzwania i konfiguracje dla systemów krążków linowych wind. W instalacjach MRL maszyna trakcyjna jest montowana w obrębie szybu wyciągowego – zazwyczaj na górze – a geometrię liny należy ustalić za pomocą krążków odchylających umieszczonych w ograniczonej przestrzeni konstrukcji wyciągu. Nakłada to znacznie większe wymagania na dokładność pozycjonowania krążków linowych, konstrukcję podpór konstrukcyjnych i planowanie dostępu konserwacyjnego niż w przypadku konwencjonalnych instalacji w maszynowni. Koła zwrotne MRL są często integrowane z zespołem płyty podstawowej maszyny lub montowane na dedykowanych stalowych wspornikach przyspawanych lub przykręcanych do konstrukcji szybu szybowego.

Szybkobieżne windy obsługujące wysokie budynki – poruszające się z prędkością 4 m/s i większą – nakładają surowe wymagania na wydajność krążków trakcyjnych. Przy dużych prędkościach znacznie wzrastają wibracje liny, efekty aerodynamiczne i dynamiczne siły uderzenia w punktach wejścia i wyjścia krążka linowego. Koła napędowe o dużej prędkości są niezmiennie wykonane ze stali kutej lub żeliwa sferoidalnego o wysokiej wytrzymałości, precyzyjnie wyważone w celu zminimalizowania wibracji, wyposażone w precyzyjne łożyska i zaprojektowane ze starannie zoptymalizowanymi profilami rowków, które minimalizują zmęczenie liny przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej przyczepności. Pojawienie się płaskich systemów pasów stalowych powlekanych (takich jak Schindler's Multibelt i Otis' Gen2) dla prędkości do 4 m/s wprowadziło koła pasowe z wyściółką poliuretanową jako alternatywę dla rowkowanych żelaznych kół pasowych, zapewniając cichszą pracę i dłuższą żywotność pasów w zastosowaniach o średnim wzroście, jednocześnie upraszczając produkcję kół pasowych w porównaniu z precyzyjnie rowkowanymi kołami trakcyjnymi.