Asansör Sempozyumu 2012 // zmir 209
AN T P FREN BLOKLARININ MODELLENMES , TEST VE ANAL Z
Eren KAYAO LU1, Adem CANDA 2, C. Erdem MRAK3, Sefa TARGIT4
1,2,3 TÜ Makina Fakültesi, 4Asray
1kayaoglu@itu.edu.tr, 2candas@itu.edu.tr, 3imrak@itu.edu.tr, 4stargit@asray.com
ÖZET
Asansörlerin kullan m artt kça güvenlik faktörü daha da ön plana ç km ve yeni sistemler geli tirilmi tir. Fren bloklar asansörün emniyetini artt ran sistemler olup kabinin belirli h z geçmesi durumunda kilitleme görevi yaparak kabinin dü mesini engellemektedir. Fren bloklar n n çe itli tipleri olup kullan m alanlar de i mektedir. Bu çal mada fren bloklar n n çal ma sistemleri anlat lm ve ani tip fren blo u TÜ laboratuvarlar nda test edilmi tir. Bu testte k lavuz raya yerle tirilen gerinim ölçerler sayesinde fren blo unun kilitledi i anda k lavuz raydaki gerilme de erleri, halat kuvveti, frenleme kuvveti ve frenleme ivmesi gibi de erler ölçülmü ve yorumlanm t r. Test 4, 5 ve 6 ki ilik asansörler için farkl yükleme durumlar için yap lm olup farkl yükleme durumunun k lavuz ray ve fren bloklar nda meydana gelen gerilmelerde nas l de i ime sebep oldu u gözlemlenmi tir.
Çal man n devam nda Ani tip fren blo u Solidworks program ile modellenmi ve Ansys sonlu eleman analiz program ile stati e indirgenmi yükler ile testlerdeki her bir durum için analiz edilerek sonuçlar kar la t r lm t r. Bu çal ma ile ani tip fren blo unun devreye girdi i andan itibaren kabinin ne gibi yüklere maruz kald ve bu yüklerin di er asansör elemanlar üzerindeki etkilerinin incelenmesi hedeflenmi tir.
1. AN ETK EDEN FREN BLOKLARI
Her asansör arabas tel halat veya zincir ile tutturulur ve insan ta mada veya iskele ve depo gibi yerlerde ürünlerin nakliyesinde kullan l rlar. Bütün bu arabalar para üt tertibat ile donat lmal d rlar, e er kald rma hatt nda fren blo unu yerle tirmek için yeterli bo luk yoksa fren bloklar kar a rl a monte edilirler. Fren bloklar araba h z n n a a veya yukar yönde önceden belirlenmi bir de ere ula t zaman h zdaki art n neye ba l oldu una bakmaks z n k lavuz raylar kavrayarak arabay durduran mekanik elemanlard r. Fren bloklar tercihi olarak araba kafesinin alt elemanlar n n alt na yerle tirilir ve k lavuz raylar n bir çiftine etki eder. Fren bloklar n n çal mas her iki k lavuz rayda da e zamanl olmal d r. Araban n zemini %5’ten daha e imli olmamal d r. Kar a rl k fren blo u ya ask halat n n kopmas yla ya da bir emniyet halat taraf ndan öngörülen h z n 1 m/s’yi geçmedi i zamanlarda harekete geçirilir. Serbest dü me yapan M kütleli bir cismi durdurmak için yerçekimi kuvvetinden daha büyük bir kuvvet ters yönde uygulanmal d r. Yava latma ivmesinin en dü ük 0,2g en yüksek ise 1,0g olmas n tavsiye edilmektedir [1,2]. Bu de er ortalama olarak 0,6g al nmaktad r, böylece yukar yönde 1,6g kuvvet uygulamam z gerekmektedir [1-3].
Bu tip para üt tertibat nda durma periyodu süresince k lavuz raylara h zla artan bas nç uygularlar. Durma zaman ve mesafesi çok k sad r. Bu tip para üt tertibat Avrupa’da 0,63 m/s’yi a mayan h zlarda kullan l r fakat Amerika’da 0,76 m/s’ye kadar kullan labilmektedir [2].
Araban n ve kar a rl n bu tür frenlerin çal mas s ras ndaki davran önceden tam olarak tahmin edilemez ve hesaplanamaz bu yüzden deneysel olarak incelenmelidir. Silindir tipi ani güvenlik tertibat n n ba ar l bir frenleme gerçekle tirebilmesi için silindirin kendisini blo un daralan kesitine sokarak yüksek sürtünme kuvvetlerinin olu mas na sebep olmal d r. Bu ise silindir yuvas n n do ru bir e ime sahip olmas gerekti ini gösterir. Kenetlenmenin, yani silindirin blok ile ray aras nda s k arak durdurucu kuvvetleri do urabilmesi için gereken minimum blok silindir yuvas e im aç s , ekil 1’deki kuvvet diyagram vas tas yla hesaplan r [4].
Asan
2. F Testle tip fr asans k lavu
2.1. T Yap l yüklü dü ün ( eki olan al nm
sör Sempozy
ekil 1 FREN BLO er, ekil 2’d ren blo u ku sörde fren bl
uz ray gibi a
ekil Test ko ullar
lan testlerde ü durumlar
nülmü tür. E il 3). 2. duru a rl klar ku m t r.
yumu 2012 /
1. Frenleme e OKLARININ de gösterilen
ullan lm t r.
lo unun çal asansör elema
2. TÜ Maki r
4, 5 ve 6 ki için daha f Eksantrik yük umda ise d ullan lm t r.
/ zmir
esnas nda gü N TESTLER TÜ Asansö . Testlerde a
maya ba la anlar na gele
ina Fakültesi
i ilik asansör fazla gerilme klemede 1. d tarafa do ru Testlerde so
üvenlik tertib R
ör Laboratuv amaç farkl ad andan i en kuvvetleri
i Asansör La
rlerin bo ve enin meydan durumda arab u yüklenmi t onuçlar rayla
bat nda olu a
ar ’nda gerç yükler alt n itibaren siste i deneysel ol
aboratuvar d
e yüklü durum na gelece i
ba k lavuz ra tir ( ekil 3).
ar üzerine ye
an kuvvet diy
ekle tirilmi da serbest d emdeki gerilm
arak inceleyi
deney test dü
mlar dikkate eksantrik yü ay taraf na d
Yüklemed erle tirilen ge
yagram
olup testler dü meye b r me ve fren b ip yorumlam
üzene i
e al nm t r ükleme duru do ru yüklen de her biri 17
erinim ölçer 210
de ani ak lan blo u, makt r.
ayr ca umlar nmi tir 7,3 kg rler ile
Asan
Bu te kg’ s olan 5 sa la Asan asans Yükle taraf durum 2.2. T Testle bulun yükse kilitle blo u gerin kar l de er Tablo
Bo d
Ray t
Yan p
sör Sempozy
estte bo kab sa lamak içi 580 kg’ sa amak için ise
sörlerin dolu sör için ilave
emenin kriti na yak n ol m’.
Test sonuçla erde her bir nan gerinim eklik her bi edi i deneme unu ile gerin nim ölçerlerd la t rma yap rlendirilmi ti o 1. Fren blo
durum
taraf na eksan
panel taraf n
yumu 2012 /
ek bin a rl klar in her biri 17
lamak için 1 18 dilim a u olmas du e olarak 23 d k oldu u iki ldu u eksan
r
durumda ara m ölçerlerden ir denemede eleri kar la nim ölçerlerd den olan kili
pabilmek içi ir.
o unun kilitle
ntrik yüklü d
a eksantrik y / zmir
kil 3. Deney r n sa lamak 7,3 kg olan
7 dilim a rl rl k kullan lm urumunda 4
dilim ve 6 ki i eksantrik d ntrik durum’
aba üç kere n belirli yü e not edilm
t rman n dah de aras ndak tleme mesaf in birbirine
eme mesafel
durum
yüklü durum
K
düzene i yük ak için 4 ki i
15 dilim a l k; 6 ki ilik m t r.
ki ilik asan i ilik asansö durum için te
’ ve ‘yüklem
serbest dü m ükseklikte k mi ve a a
ha do ru ola ki kilitleme feleri belirtil yak n ç ka
leri
1 2 3 1 2 3 1 2 3
lavuz ray tar
D tarafa kleme durum ilik asansörü rl k, 5 ki ilik
asansörün b
nsör için ilav ör için ilave o estler yap lm
menin d ta
meye b rak lm kilitlemesi s
yukar ayn aca sonucun
mesafeleri g lmi ve her an mesafeler
4 K 1. Test: + 6 2. Test: - 19 3. Test: + 7 1. Test: + 4 2. Test: + 4 3. Test: + 4 1. Test: + 3 2. Test: + 3 3. Test: + 3
raf na yüklü d
yüklü durum mlar
ün bo kabin k asansörün o kabin a r
ve olarak 18 olarak 28 dil m t r: ‘yüklem
arafa yak n
m t r. Araba sa lanmaya n yükseklik na var lm t görülmektedi
bir durumda r koyu olar
Ki ilik 5 Ki 6 cm + 57 9 cm + 58 7 cm + 30 45 cm + 52 43 cm + 53 41 cm + 30 8 cm + 56 4 cm + 33 2 cm + 29
durum
m
n a rl ola bo kabin a rl olan 61
8 dilim; 5 k lim kullan lm menin k lavu
oldu u eks
an n k lavuz çal lm t r kte fren blo
r. Tablo 1’d ir. Fren blo a daha sa l k rak belirtilm
i ilik 6 Ki 7 cm + 44 8 cm + 18 0 cm + 37 2 cm + 33 3 cm - 15 c 0 cm + 37 6 cm + 27 3 cm + 24 9 cm + 21
211
an 550 rl 0 kg’
ki ilik m t r.
uz ray santrik
rayda r. Bu unun de fren unun kl bir mi ve
ilik cm cm cm cm cm
cm cm cm cm
Asan Testle blo u birer içerm al nm denem kuvve Tablo
Geril MISE
Tablo 1.D Hal vm Ray 2.D Hal vm Ray 3.D Hal vm Ray
2.3. F çind sonuc blo a ekil
sör Sempozy erde k lavuz unun kilitled
tabloda top mekte olup mam t r. Ge
me sonuçlar eti Tablo 3’t o 2. K lavuz
lme ES e göre)
o 3. Halat ku URUM: Bo at Kuvveti (N me (g-yerçeki
ya etki eden F URUM: Ra at Kuvveti (N me (g-yerçeki
ya etki eden F URUM: Ya at Kuvveti (N me (g-yerçeki
ya etki eden F
Fren Blo un de yükle birlik
cunda güven a temas etti i 4’te deney s
yumu 2012 / z raya gelen di i andaki iv
planm t r. B test s ras n rinim ölçerl r gerilme de te gösterilmi
raydaki geri
(Von 4 ki 5 ki 6 ki
uvveti, frenle
N)
imi ivmesine Fn kuvveti (N ay taraf na e
N)
imi ivmesine Fn kuvveti (N an panel tara
N)
imi ivmesine Fn kuvveti (N
nda Meydan kte a a b r nlik tertibat b
i yüzeyde tes sonras blokt
ekil 4.
/ zmir n kuvvetler
vme de erle Bu sonuçlar nda baz de lerden yakla e erleri Tab
tir.
ilme de erler K l i i 26 i i 27 i i 32
eme ivmesi v
e göre) N)
eksantrik yü e göre) N)
af na eksant e göre) N)
na Gelen Def ak lan kabin blo unda en spit edilmi ti ta meydana g
Gerçek blokt
ve k lavuz eri bulunmu her bir dur e erler hatal a k olarak a blo 2’de; hal
ri
lavuz ray tar MPa 7 MPa 2 MPa
ve frenleme k
üklü
trik yüklü
formasyonla , güvenlik te büyük defor ir. Deformas gelen deform
kta meydana g
raydaki geri tur. Her bir rum için ya l ç km o ayn mesafed
lat kuvveti,
af na yüklü
kuvveti de e 4 Ki i -6318,6 -4,6 -10256 -9230,7 -3,6 -19795 -9380,8 -4,6 -25328
ar
ertibat yard m rmasyon silin syon miktar masyon görülm
gelen deform
ilmeler halat durum için ap lan üç de olup bunlar de fren blok
frenleme ivm
D tara 42 MP 52 MP 59 MP
rleri 5 Ki i -6340,7 -3,6 -11092 -10611 -4,7 -25678 -10437, -3,6 -30021
m yla durdur ndirin frenlem
yakla k olar mektedir.
masyonlar
at kuvveti ve yap lan den eneme sonuç de erlendir klar n n kilit mesi ve fren
afa yüklü Pa
Pa Pa
6 Ki i 7 -6340,7
-4,2 -11000 -11301 -4,6 -27570 ,3 -11439
-4,2 -31867
rulmu tur. D me konumun rak 1,6 mm’
212 e fren nemler çlar n rmeye tledi i nleme
7 0
0 9,9 7
Deney nda
dir.
Asan 3. F
Fren fren resmi mode
3.1. F Mevc malze 7850 olu tu Fren eksan ve 6 k ile m ve Fn gerilm mont
sör Sempozy FREN BLO
bloklar Sol blo u aras n indeki boyu ellenmi resm
ekil Fren blo un cut sistemde
emesinin Ela kg/m3 verilm urularak ana
blo unun an ntrik yüklü o ki ilik asans masuradaki ge
n kuvveti m me ve defor taj durumu gö
yumu 2012 / OKLARININ
lidworks pro nda kay c m utlar ve üze mi görülmekt
5. Ani tip fr nun analizi e fren blo u
astisite mod mi tir. Ansy liz için elem nalizinde Fn oldu u durum
örlerde anali erilmeler gö masuraya dik rmasyon de
örülmektedir / zmir N MODELL
ogram ile m mafsal (slide erinden al na
tedir.
en blo u mo
ve silindir dülü (E) 201 s program nd anlar atanara kuvvetleri d mu ve yan p iz yap lm t r
zlemlenmi t olarak etki erleri hesap r [6].
ekil 6. S
LENMES V
modellenmi er joint) tan
an ölçüler k
odellemesi an
malzemesi x105 N/mm da bu özellik ak ekil 5’te dikkate al nm
anel taraf na r. Analiz sta tir. Fren blo
i edecek ek planm t r.
S n r artlar v
VE ANAL Z
olup, masur mlanm t r.
kullan lm t
ni tip fren blo
olarak St42 m2; Poisson o
kler malzeme ki gibi analiz m t r. Asansö
a eksantrik y ati e indirgen u c vata ba kilde uygula ekil 6’da fr
ve montaj
ral fren blo Modellemed r. ekil 5’t
o u ve mesh
çeli i kulla oran (v) 0,3 eye atanm t ze haz r hale örün bo dur yüklü oldu u nerek yap lm a lant yerler at lm ve he
ren blo unun
unda, masu de, blo un t te fren blo
yap s
an lmaktad r.
3 ve özkütle t r. Ansys’de e gelmi tir [5 rumu, ray ta u durumu içi m olup fren rinden sabitl er bir durum n s n r artl
213
ura ile teknik unun
Blok esi ( ) e a lar
,6].
araf na n 4, 5 blo u lenmi m için ar ve
Asansör Sempozyumu 2012 // zmir 214 Masuran n ray ile temas edece i mesafe 10 mm olarak belirlenmi ve masura blok üzerinde 10 mm yukar kald r lm ve bu durum için kuvvet uygulanarak gerilme de erleri bulunmu tur.
Fren blo unun yük alt ndaki gerilme analizi ekil 7’de görülmektedir [6].
ekil 7. Fren blo u üzerindeki gerilme da l m
Her bir durum için yap lan analizlerin sonuçlar Tablo 4’te gösterilmi tir. Bu sonuçlardan görülmektedir ki yan panel taraf na eksantrik yüklü durumda, ray taraf na eksantrik yüklü durumdan çok daha fazla gerilme meydana gelmektedir. Hatta bu durumda masurada plastik deformasyon meydana gelebilir. 6 ki ilik asansör için gerilme de eri 297 MPa olup bu de er St42’nin akma mukavemeti de eri olan 250 MPa’dan yüksek oldu undan plastik deformasyon meydana gelmi tir.
Tablo 4. Analiz sonuçlar
4 Ki ilik 5 Ki ilik 6 Ki ilik 1.DURUM: Bo
Gerilme (MPa) 95,6 103,4 102,56
Toplam deformasyon (mm) 0,0119 0,0128 0,0127
2.DURUM: Ray taraf na eksantrik yüklü
Gerilme (MPa) 184 239 257
Toplam deformasyon (mm) 0,0229 0,0297 0,0319
3.DURUM: Yan panel taraf na eksantrik yüklü
Gerilme (MPa) 236 279,9 297
Toplam deformasyon (mm) 0,0293 0,0347 0,0368
Bu sonuçlardan yola ç karak yap lan testlerde fren blo u tetikledi i anda halat kuvvetleri 4, 5 ve 6 ki ilik bo durum için a a yukar ayn geldi i gözlemlenmi tir. Ray taraf na eksantrik yüklü durumda 4, 5 ve 6 ki ilik asansörler için bo duruma göre halat kuvvetindeki art s ras ile %46,
%67 ve %78 olmu tur. Yan panel taraf na eksantrik yüklü durumda ise 4, 5 ve 6 ki ilik asansörler için yine s ras yla %48,5, %64,6 ve %80 olmu tur. Burada iki durum için de halatlar n a a yukar ayn zorlanmaya maruz kald klar görülmektedir.
Sisteme ters yönde etki eden frenleme ivmesi de eri genelde a rl ktan ba ms z olup yakla k 4g’dir. Bu de er oldukça yüksek olup fren blo unda ve raylarda yüksek gerilme de erlerine neden olmaktad r. Kademeli fren bloklar nda fren blo unun çal maya ba lad anda belirli bir süre boyunca maksimum 1,6Mg’lik bir kuvvet etki etti ini dü ünürsek 4Mg’lik bir kuvvet kademeli fren bloklar n n yakla k 2,5 kat gerilmeye sebep olacakt r.
Asansör Sempozyumu 2012 // zmir 215 Bo duruma göre raya gelen kuvvetteki art ise ray taraf na eksantrik yüklü durumda 4, 5 ve 6 ki ilik asansörler için s ras yla %93, %131 ve %150 olmu tur. Yan panel taraf na do ru yüklü oldu u durum için ise %146, %170 ve %189,7 olmu tur. Burada görülmektedir ki asansör yan panel taraf na do ru yüklü oldu u durumda, ray taraf na yüklü oldu u duruma göre, raylara çok daha fazla kuvvet gelmektedir.
4. SONUÇLAR VE ÖNER LER
Raya gelen bu kuvvetlerin fren bloklar na da etki etti i dü ünülürse, fren bloklar n n tasar m nda eksantrik yüklemenin dikkate al nmas gerekti ini görülmektedir. Hesaplanan frenleme kuvvetlerinin Ansys program nda modele uygulanmas yla meydana gelen gerilme de erleri kar la t r ld nda ise 5 ve 6 ki ilik d tarafa yüklü durumda gerilme de erinin çok yüksek ve St42 çeli in akma mukavemetinden (250 MPa) yüksek ç kt görülmü tür. Bu durumda fren blo unda plastik deformasyon meydana gelmesi muhtemeldir.
KAYNAKLAR
[1] Janovsky, L., 1999. Elevator Mechanical Design, Elevator World Inc., Third edition, U.S.
[2] mrak, C.E., Gerdemeli, ., 2000, Asansörler ve Yürüyen Merdivenler, Birsen Yay nevi, stanbul.
[3] Tavasl o lu, S., 2005, Asansör Uygulamalar , Final Matbaa, zmir.
[4] Drugie, W., 1958. Elektryczne Wyc ag P onowe, Warszawa.
[5] Fetvac , M. C., 1999. Sonlu Elemanlar Metodu ile Modellemede Temel Prensipler, Mühendis ve Makina, Say : 470, Mart 1999.
[6] mrak, C.E., Bedir.S., Targ t, S., 2008. Investigation of Stressses on Guide Rails and Safety
[7] Gears, ELEVCON 2008, 11-13 Haziran 2008, Selanik, Yunanistan, s.169-177.
