بررسی پدیده ترمز و شتاب متوسط در تست
   ترمزهای تدریجی ایمنی

   ترجمه و تدوین: علیرضا ترقی

   مجله دنیای آسانسور - شماره 32

شرکت شما می‌تواند
اسپانسر این مقاله باشد.

   کلیه حقوق این مقاله محفوظ بوده، و تنها نقل بخشی از آن با ذکر نام نویسنده مطلب،
   مجله «دنیای آسانسور» و لینک مستقیم آزاد است.

واژه‌های کلیدی: آزمایش نوعی، سقوط آزاد، ترمز آنی، منحنی شتاب، پاراشوت، شیر سلونوییدی، ضربه‌گیرها، شیر یا سوپاپ قطع روغن، ریل راهنما، سنسور

خلاصه مقاله: در آزمایش ترمزهای اضطراری تدریجی ایمنی، لازم است شتاب متوسط مراحل ترمز قبلاً محاسبه و تعیین گردد. مطالعات و بررسی‌ها نشان می‌دهد که صاحب نظران آزمایشگاه‌ها، نظرات متفاوتی درخصوص محاسبه و تعیین این شتاب دارند. مقاله پیش رو دو روش مشخص را بدین منظور به بحث و بررسی می‌گذارد.

شرح مقاله

مشخصاتی که در مقررات و آیین‌نامه‌های کشور چین برای آزمایش نوعی (TYPE TEST) آسانسورها آمده (TSGT 7001-2004)، مقررات ایمنی ساختمان‌ها و نصب آسانسورهای الکتریکی (GB 7588) و آزمایش ترمزهای اضطراری تدریجی را جزو آزمایشات نوعی پیش بینی کرده‌اند. (بند 9.8.4 از استاندارد EN 81-1:1998 مقررات ایمنی ساخت و نصب آسانسورها، بخش 1: برای آسانسورهای برقی با ترمزهای تدریجی اضطراری در شرایط سقوط آزاد با بار نرمال داخل کابین شتاب متوسط را بین 0.2 g_n و 1.0 g_n در نظر می‌گیرد.)

مطابق الزامات فوق، شتاب متوسط عملکرد ترمز اضطراری در پایان آزمایش قابل اندازه‌گیری است. اخیراً با توجه به اطلاعاتی که در خصوص ترمزهای ایمنی در استاندارد BSI مورد پذیرش قرار گرفته، معلوم گردیده است که در این محاسبات نیز همچنان اختلاف نظرهایی وجود دارد. این اختلاف نظرها ناگزیر تاثیر منفی بر ارتباط و هماهنگی بیشتر بین مسئولین آزمایشگاهی کشورهای مختلف باقی گذاشته و یا حتی ممکن است بر جریان توزیع ترمزهای ایمنی اروپائی در بازار آسیا نیز نفوذ نماید. بنابراین ممکن است این ضرورت احساس شود که روش‌های اجرایی آزمایش به وسیله هیأت‌های مختلف آزمایش کننده باید در یک جا جمع و مورد بررسی دقیق‌تر قرار گیرد. مشخصات مربوط به آزمایشات ترمزهای ایمنی در استاندارد EN 81-1:1998 شرح داده شده است. بر طبق آنها، آزمایش باید در حالت سقوط آزاد صورت گرفته و اندازه‌گیری‌های مستقیم یا غیر مستقیم باید شامل موارد زیر باشند:

a- کل طول یا مسافت سقوط آزاد (از ابتدا تا توقف کامل)

b- مسافت ترمز روی ریل راهنما‌ها (طول خط ترمز)

c- مسافت سرخوردن سیم بکسل یا طناب یا هر وسیله دیگر مربوط به گاورنر سرعت اضافی. (میزان خزش طناب فولادی گاورنر)

d- کل مسافت جابجایی اجزاء تشکیل دهنده فنر

e- متوسط نیروی ترمز

f- بزرگ‌ترین نیروی ترمز آنی یا لحظه‌ای (mas .Brake force)

g- کوچک‌ترین نیروی ترمز آنی یا لحظه‌ای (min .Brake force)

در آزمایشگاه‌های کشور چین، نیروهای ترمز آنی یا لحظه‌ای به صورت غیر مستقیم (INDIRECT) اندازه‌گیری می‌شود. به بیان دیگر، به عنوان اولین قدم، اندازه‌گیری شتاب کند شونده در مراحل ترمز، و سپس تبدیل آن به نیروی ترمز آنی یا لحظه‌ای صورت می‌گیرد. برخی تولیدکنندگان عمده آسانسور و بالابرها در کشورهای دیگر، اندازه‌گیری مستقیم (DIRECT) نیروی ترمز آنی یا لحظه‌ای را مورد پذیرش قرار داده‌اند.

مطابق بند F 3.3.3.1 استاندارد، جرم مجاز برابر است با:

16 / نیروی ترمزP + Q =

این رابطه از بند 9.8.4 مشتق شده که اندازه شتاب متوسط را 0.6 g_n مشخص نموده است که در آن g_n تقریباً بربر 10 می‌باشد. این موضوع به این واقعیت اشاره دارد که در هر آزمایش نوعی برای ترمزهای اضطراری تدریجی، شتاب متوسط درگیری فک‌های ترمز کابین محاسبه خواهد شد. به هر حال، به هیچ روش روشن و واضحی برای محاسبه این شتاب نه در مشخصات فنی کشورهای اروپائی و نه کشورهای آسیایی اشاره‌ای نشده است.

دو روش پیشنهادی برای محاسبه شتاب متوسط

همان طور که قبلاً اشاره شد، از نظر هیأت‌های علمی بازرسی کشور چین، نیروهای ترمز آنی یا لحظه‌ای در آزمایشات ترمزهای تدریجی ایمنی به طور غیر مستقیم اندازه‌گیری می‌گردد. به خصوص که منحنی شتاب با نصب یک سنسور شتاب قابل اندازه‌گیری بوده و بنابراین ارزیابی لحظه‌ای یا متوسط نیروی ترمز مطابق منحنی شتاب امکان پذیر است. مشخصات و داده‌های شکل 1 حاصل آزمایشی است که در آن جرم 2200 kg، سرعت 4 mps و سرعت ایستائی و توقف 5.06 mps بوده اند. در پایان این آزمایش، منحنی شتاب به شکل زیر ترسیم گردیده است.

شکل 1 - منحنی شتاب بر حسب زمان در شرایط سقوط آزاد

با استفاده از این مثال، دو روش جهت محاسبه شتاب متوسط معرفی می‌گردد.

روش اول: با نگاهی اجمالی به شکل 1، برای اندازه‌گیری شتاب متوسط مراحل درگیری سیستم ترمز ایمنی پاراشوت معمولاً مستلزم برداشت نقاط A تا C برای محاسبه است و انتخاب این نقاط به این دلیل است که قبل از نقطه A، کابین در حالت سقوط آزاد قرار داشته و درست از نقطه A، فک‌های سیستم ایمنی پاراشوت شروع به درگیری با ریل‌های راهنما کرده و نیروی ترمز را به وجود می‌آورند که به موجب آن از سرعت سقوط کابین به سرعت جلوگیری به عمل می‌آید. نظر نگارنده بر این است که بهتر می‌بود زمان شروع را وقتی در نظر می‌گرفتیم که سیستم ایمنی پاراشوت شروع به درگیری با ریل راهنما‌ها و لغزیدن روی آنها می‌نمود، نه کمی قبل از آن. در چنین حالتی از محاسبه، تمرکز موضوع بر مشخصات خود سیستم ایمنی و عملکرد آن قرار می‌گیرد که مراحل عملکرد پاراشوت را از لحظه‌ای که فک‌های سیستم پاراشوت شروع به درگیر شدن با ریل‌های راهنما می‌کنند به حساب آورده تا وقتی که یک نیروی ترمز پایدار حاصل شود. این که آیا این مراحل به آرامی و نرمی صورت می‌گیرد یا نه، یک موضوع و مشخصه بی‌نهایت پراهمیت در ترمزهای ایمنی اضطراری است. برخی آزمایشات نشان می‌دهند که اگر ضربه توقف روی کابین ناشی از عملکرد پاراشوت بسیار سنگین باشد (نظیر ترمزهای قدیمی آنی)، یک حرکت ضربه‌ای رو به بالا برای کابین ممکن است رخ دهد. در این حالت کابین بعد از این واقعه مجدداً سقوط خواهد کرد که حاصل آن می‌تواند ریست (Reset) یا حالت برگشت سیستم پاراشوت به وضعیت اولیه خود بوده و نتیجتاً به ترتیب بعد از آن مجدداً ادامه سقوط آزاد کابین در پی خواهد بود. در بعضی حالت‌های خطرناک، این حرکت ضربه‌ای رو به بالای کابین و ریست شدن ترمز ایمنی اضطراری ممکن است بارها و بارها اتفاق افتاده و نهایتاً موجب عدم توقف کامل کابین گشته که خود سقوط آزاد نهائی کابین را در پی خواهد داشت.

روش دوم: در این روش نقطه B به عنوان نقطه شروع مطالعه انتخاب می‌شود. معمولاً در نقطه B شتاب صفر است و بلافاصله بعد از آن شتاب منفی می‌گردد که بدین معنی است که شتاب واقعی و شتاب حرکت در حال رخ دادن است. شتاب متوسط یک سیستم ایمنی توقف اضطراری در شرایط بار نرمال و در سقوط آزاد باید بین 0.2 g_n و 1.0 g_n قرار گیرد. همچنین باید فکر خود را به احساس مسافرین داخل کابین نیز معطوف داریم. قبل از نقطه B، شتاب متوسط بیش از صفر بوده و مسافرین ممکن است که احساس بی وزنی را تجربه کنند. گرچه فاکتور زمان برای این مرحله بسیار کوتاه است و تحت شرایط نرمال، مقدار شتاب نباید از 1 g_n تجاوز کند، بنابراین در این مرحله، ضربه باید آرام و نرم باشد. بعد از نقطه B، مقدار شتاب منفی شده و در این حالت مسافرین داخل کابین دارای احساس ناخوشایندی گشته و سنگینی و وزن و فشار زیادی را احساس و تحمل می‌کنند.

در این مرحله اگر شتاب متوسط خیلی زیاد باشد، احساس ضربه روی مسافرین و وسایل داخل کابین بسیار جدی می‌شود.

در روش دوم محاسبه، حساسیت‌های انسان نسبت به شتاب بیشتر مورد توجه و حساست قرار گرفته است. به طوری که منظور از کاربرد ترمز اضطراری ایمنی را حفاظت از مسافرین و وسایل و تجهیزات در نظر می‌گیرند. در این حالت، روش دوم محاسبه شتاب متوسط ترمز اضطراری معقول‌تر و منطقی‌تر به نظر می‌آید. در سپتامبر 2006 آزمایشاتی روی ترمزهای اضطراری ایمنی با همکاری موسسات CE و بخش خدمات تولیدی BSI انجام شد که در آن روش دوم محاسبه مورد پذیرش واقع گردید. به نظر می‌رسد این روش نیز توسط بقیه دست اندرکاران کنترل و تست سیستم‌های اضطراری ایمنی اروپایی مورد قبول واقع شده است.

نظر به این که روش‌های محاسبه متفاوتند، نتایج نیز بالطبع متفاوت خواهند بود. در شکل 1 اگر نقاط بررسی را از A تا C در نظر بگیریم، شتاب متوسط برابر 0.656 g خواهد بود. ولی اگر در عوض، نقاط بررسی را از B تا C در نظر بگیریم، نتیجه 0.694 g خواهد شد.

گرچه اختلاف بین این دو مقدار فقط 5.8% [(0694 – 0.656)=0.038 g] است، ولی این اختلافی است که می‌تواند در مقدار جرم مجاز تاثیر بسزایی باقی گذارد.

اگر شتاب متوسط 0.694 g باشد، جرم مجاز برابر است با:

16 = m (g+a)/16 = 2200 (1+0.694) × 9.81 / 16 = 2285 kg / نیروی ترمزP + Q =

در مقایسه، زمانی که شتاب متوسط 0.656 g باشد، جرم مجاز برابر است با:

16 = m (g+a)/16 = 2200 (1+0.656) × 9.81 / 16 = 2234 kg / نیروی ترمزP + Q =

وقتی که دو گروه آزمایش کننده، اولین و دومین روش اندازه‌گیری را در یک آزمایش مشترک قبول کردند، مقادیر جرم مجازی که آنها ارائه کردند تنها دارای اختلافی معادل 51 کیلوگرم بود. به علاوه با ازدیاد جرم مورد آزمایش، مقادیر اختلاف جرم نیز رو به افزایش می‌گذارد.

در شرایط جدی و واقعی برای نتایج یک آزمایش مشابه، ممکن است یک گروه آزمایش کننده نتایج را قابل قبول تلقی کنند در حالی که گروه دیگر نه. اگر یک چنین موقعیتی رخ دهد، بدیهی است که نتایج آزمایشات بی فایده تلقی خواهد شد.

روش‌های محاسبه شتاب متوسط در آزمایش اجزاء دیگر ایمنی برای محاسبه شتاب متوسط شیرهای اطمنیان قطع روغن در آسانسورهای هیدرولیک:

شیر سلونوئید قطع روغن، یک وسیله ایمنی معمول در آسانسورهای هیدرولیک است. کار آن شبیه ترمز ایمنی اضطراری آسانسورهای کششی است که از جان مسافرین و کلیه وسایل و تجهیزات کابین در لحظات سقوط آزاد حفاظت می‌کند. در استاندارد EN 81-2 اروپا، بخش مقررات ایمنی برای ساختمان‌ها و تاسیسات آسانسورها، قسمت 2: آسانسورهای هیدرولیک، روش محاسبه شتاب متوسط در آزمایش به طور روشن بیان نشده است، اما به وسیله روش آنالیز غیر مستقیم، این کندی با توجه به شکل 2 قابل محاسبه است.

شکل 2 منحنی فشار بر حسب زمان

شکل 2 وضعیت واقعی نتایج یک آزمایش شیر اطمینان قطع روغن را نشان می‌دهد. خط قرمز منحنی جریان پیرامون نقطه‌ای را نشان می‌دهد که شیر اطمینان بسته شده است. خط سبز منحنی فشار را قبل از شیر اطمینان می‌دهد، و خط آبی منحنی فشار را بعد از شیر اطمینان نشان می‌دهد.

وقتی که آزمایش شروع می‌شود، فشار به سرعت افت کرده و در نقطه A فشار به پایین ترین نقطه خود می‌رسد، و شیر اطمینان از نقطه A، به بعد بسته می‌شود. وقتی که به نقطه B می‌رسد، فشار به نقطه اولیه حالت استاتیک قبل از آزمایش خود می‌رسد و در این نقطه شتاب صفر است و جریان سیال به نقطه اوج خود می‌رسد. بعد از نقطه B، شتاب منفی شده و مسافرین داخل کابین احساس نامطبوعی به خاطر احساس وزن بیشتر پیدا می‌کنند. وقتی که به نقطه C می‌رسیم، حجم جریان سیال صفر و شیر اطمینان به طور کامل بسته می‌شود. تمام این مراحل کاملاً مشابه مراحل ترمز در سیستم‌های ترمز ایمنی آسانسورهای کششی در شکل 1 است. در مشخصات فنی EN 81-2، برای زمان ترمز t_d مابین نقاط B و C، محاسبه نشان می‌دهد که:

در اینجا، روش محاسبه شتاب متوسط در شیر اطمینان قطع روغن کاملاً مشابه روش دوم اندازه‌گیری و محاسبه ترمز ایمنی اضطراری در آزمایش آسانسورهای کششی است. در هر دو روش نقطه B به عنوان نقطه شروع سنجش گرفته شده است. به علاوه در EN81-2، اشاره شده که زمان از نقطه A به نقطه B نباید از 0.16 ثانیه تجاوز کند. به هر حال باید به این نکته توجه کرد که مراحل کار از زمانی شروع می‌شود که شیر اطمینان عمل می‌کند تا زمانی که شتاب به صفر تنزل می‌کند.

روش محاسبه شتاب متوسط در آزمایش ضربه‌گیرها با مشخصات رفتاری غیر خطی:

طبق مقررات و استانداردهای آزمایش نوعی آسانسورهای کشوری نظیر چین (TSG T7001-2004)، ضربه‌گیرها با مشخصات غیر خطی خود باید مورد آزمایش نوعی قرار گیرند.

بند F5.3.3 استاندارد EN81-1-1998 به طور روشن و واضح بیان می‌کند که چگونه شتاب متوسط در تست ضربه‌گیرها با رفتار غیرخطی نظیر شکل 3 باید محاسبه گردد.

شکل 3

در شکل 3، نقطه A نقطه شروع است که از آن نقطه ضربه‌گیر ضربه را دریافت می‌کند، ولی از آنجا که نیروی فشردگی مجدد به اندازه کافی بزرگ نیست، شتاب هنوز بیش از صفر است. این ثابت می‌کند که بعد از نقطه A، کابین هنوز در حال شتاب گرفتن است ولی نه شتابی که نظیر سقوط آزاد حاصل می‌شود.

برای نقاط B و C، مقدار شتاب صفر است. مابین این نقاط، شتاب کمتر از صفر است. در طول این مرحله، سرعت کابین به خاطر شتاب و کندی رو به کاهش گذارده و مسافرین یک احساس سنگینی و فشار را تجربه می‌کنند. این مراحل مشابه مراحل ترمز اضطراری شکل 1 است.

بند F5.3.3.6.1 از استاندارد EN81-1:1998 مشخص کرده که شتاب متوسط در حالت سقوط آزاد با بار نرمال در کابین از 115% سرعت نرمال نباید از 1g تجاوز کند، و شتاب متوسط بر اساس زمان بین دو مینیمم مطلق اولیه شتاب، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. از شکل 3 بر طبق نیازهای فوق، نقطه A، باید برای ارزیابی شتاب متوسط به عنوان نقطه شروع در نظر گرفته شود. این روش مشابه روش اول محاسبه شتاب متوسط در آزمایش ترمزهای تدریجی ایمنی است.

نتیجه گیری:

دو روش برای محاسبه شتاب متوسط در آزمایش ترمزهای اضطراری تدریجی مورد بحث و بررسی قرار گرفت. همچنین روش‌های محاسبه شتاب متوسط در آزمایشات شیرهای اطمینان قطع روغن آسانسورهای هیدرولیک و آزمایشات ضربه‌گیرهائی با رفتار غیرخطی معرفی شدند. در روش اول، کانون توجه روی مشخصات ایمنی محصول است. گفتگوهای کلی و عمومی طراحان محصول، حول محور اصلاح طراحی‌ها به وسیله هدایت آزمایشات و تکرار آنها دور می‌زند. در نتیجه از دید طراحی تولید، مهم مسئله بررسی تمام مراحل اجرائی و عملکرد سیستم ترمز ایمنی می‌باشد. استاندارد اروپا EN81-1:1998 نیز روش اول را برای محاسبه شتاب متوسط در آزمایش ضربه‌گیرها با رفتار غیر خطی پذیرفته است. روش دوم بیشتر به مسافر و احساس او توجه می‌کند. از لحظه‌ای که سیستم ایمنی شروع به ترمز می‌کند تا وقتی که شتاب کابین به صفر می‌رسد، تمام مراحل در حالت شتاب گیری است. در حالت شتاب گیری،‌ مسافران در یک دوره زمانی کوتاه به خاطر احساس بی وزنی، دارای احساس نامطلوبی می‌شوند، و در شرایط نرمال شتاب از 1g تجاوز نخواهد کرد.

بنابراین، این ضربه منفی چندان از اهمیت جدی و مهمی برخوردار نیست. فقط زمانی که مقدار شتاب به زیر صفر می‌رود، مسافرین احساس نامطلوبی حاصل از سنگینی وزن پیدا می‌کنند. در حالت‌های بحرانی مسافرین ممکن است حتی آسیب‌های جدی ببینند. بنابراین بررسی نحوه عملکرد ترمزهای ایمنی در طول مراحل کارکرد آنها باید منطبق بر استاندارد EN81-1:1998 باشد. همچنین استانداردهای اروپائی EN81-1 روش دوم بررسی را برای محاسبه شتاب متوسط در آزمایش شیرهای اطمینان قطع روغن آسانسورهای هیدرولیک پذیرفته است. در آزمایشات ترمزهای ایمنی مورد بحث،‌ اختلاف دو نتیجه فقط 5.8% بوده که وجود یک چنین اختلافی ممکن است در قضاوت گروه‌های آزمایش کننده برای نتایج آزمایشات تاثیرگذار باشد.

استانداردهای کشور چین GB7588 معادل استاندارد اروپائی EN81-1:1998 بوده به طوریکه نشان دهنده یک نگرانی عمیق از وجود یک چنین اختلافی در قضاوت گروه‌های سرپرستی آزمایشات می‌باشد. به علاوه،‌ اینکه چرا استانداردهای اروپا روش دوم را برای محاسبه شتاب متوسط در ترمزهای ایمنی و شیرهای اطمینان قطع روغن آسانسورهای هیدرولیک مورد قبول قرار می‌دهند ولی آزمایشات ضربه‌گیرها را با رفتار غیرخطی با روش اول قبول می‌کنند روشن نیست؟ کدام روش معقول تر و به مصلحت است؟ این چیزیست که در صورت ادامه بحث و نتیجه گیری به صلاح و منافع صنعت آسانسورها خواهد بود.

دیدگاه نگارنده:

در کشور عزیز خودمان نیز آزمایش نوعی پاراشوت آسانسورها که یکی از اجزاء بسیار مهم و حیاتی ایمنی محسوب می‌گردد، به طور کامل توسط مرکزی معتبر انجام و نتایج حاصل که مورد تأیید مؤسسه TUV اتریش و مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران است در اختیار تولیدکننده قرار می‌گیرد. تائیدیه‌های معتبر فوق بر اساس آزمایشات بسیار دقیقی صورت می‌گیرد که به برخی از عناوین آنها اشاره می‌گردد:

• محاسبات پارامترهای آزمون بر اساس بار نامی حداکثر و حداقل، حداکثر سرعت نامی حداکثر، سرعت عملکرد، نوع ریل‌ها، نوع روغن گریس کاری، ریل‌ها و سایز ریل‌ها انجام می‌گیرد.

• اندازه‌گیری پارامترهای آزمون حداکثر و حداقل بار نامی نظیر:

- کل فاصله سقوط آزاد از ابتدا تا ایست کامل

- طول خط ترمز به جا مانده روی ریل

- میانگین شتاب منفی اندازه‌گیری شده

- میانگین نیروی ترمز محاسبه شده

- حداقل و حداکثر نیروی ترمز محاسبه شده

- لغزش طناب فولادی گاورنر

- حداکثر سرعت m/sec))

• نواقص فیزیکی و مکانیکی مشاهده شده پس از هر آزمون

• بررسی ابعادی پاراشوت نظیر:

- فاصله کفشک‌های ترمز قبل از عملکرد (تنظیم در حالت عادی)

- موقعیت کفشک‌های ترمز قبل از عملکرد

- میزان جابه‌جایی کفشک‌های ترمز قبل از عملکرد هنگامی که با سطح تماس پیدا می‌کند

- موقعیت کفشک ترمز هنگامی که به موضع نهائی خود می‌رسد

- نوع فنر یا اجزاء به کار رفته در ترمز ایمنی

- تعداد و یا چیدمان یا مشخصات فنر به کار رفته در ترمز ایمنی

- میزان طول آزاد فنر قبل از مونتاژ

- میزان طول فنر قبل از درگیری در نمونه تحت آزمون

منبع:

Elevator World Magazine - September 2007