VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING NÁVRH NÁKLADNÍHO VÝTAHU PROJECT OF SERVICE LIFT DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE JOSEF DRÁPELA AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2008 Ing. JIŘÍ MALÁŠEK, Ph.D.

Anotace Tato diplomová práce se zabývá návrhem nákladního výtahu. Výtah je poháněn speciálním mechanismem s využitím tlačného řetězu. Řetěz je veden ze zásobníku přes řetězové kolo do svislé vodící drážky. Na konci řetězu je připojena kabina výtahu. V práci jsou navrženy a popsány nejdůležitější konstrukční celky nákladního výtahu. Největší pozornost je však věnována pohonu, včetně brzdy a zásobníku řetězu. Pohon se skládá z elektromotoru, spojky, brzdy, planetové převodovky a řetězového kola. Annotation This diploma thesis deal with project of service lift. The service lift is drive by special mechanism using thrust chain. The chain is led from chain accumulator over sprocket gear to vertical guiding groove. Lift car is connected to the end of chain. There are designed and described the most important constructional unit of service lift in this thesis. But the most attention is pay to drive, including break system and chain accumulator. The drive is consist of electric motor, clutch, break, planetary gearbox and sprocket gear. Klíčová slova Nákladní výtah, tlačný řetěz, zásobník řetězu, řetězové kolo, vodící drážka, planetová převodovka, vodítka, kabina výtahu, rám klece. Keywords Service lift, thrust chain, chain accumulator, sprocket gear, guiding groove, planetary gearbox, guides, car, car frame.

Bibliografická citace DRÁPELA, J. Návrh nákladního výtahu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 68 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jiří Malášek, Ph.D.

Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce pana Ing. Jiřího Maláška, Ph.D. a s použitím uvedené literatury. Josef Drápela.5.2008 Poděkování Za podporu a obětavou pomoc, cenné připomínky a rady při zpracování diplomové práce tímto děkuji vedoucímu diplomové práce panu Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D. Poděkování patří i firmě Výtahy s.r.o. Velké Meziříčí, za konzultace a zapůjčení literatury. Dále chci poděkovat svým rodičům za podporu při studiu na vysoké škole.

Obsah 1 Úvod...8 1.1 Charakteristika výtahů... 8 1.2 Historie a vývoj výtahů... 8 1.3 Vývoj výtahů u nás... 9 1.4 Rozdělení výtahů... 9 1.5 Parametry výtahů... 10 1.5.1 Základní parametry výtahů...10 1.5.2 Doplňující parametry...10 2 Funkční rozměry...11 3 Koncepce výtahu, popis jednotlivých konstrukčních celků...12 4 Popis jednotlivých částí a konstrukčních celků, jejich výpočet...13 4.1 Klec... 13 4.2 Rám klece... 13 4.2.1 Spodní nosník...14 4.2.2 Spodní konzola...15 4.2.3 Svislá táhla...15 4.2.4 Horní nosník...15 4.2.5 Zachycovač...15 4.2.6 Ovládací páka zachycovačů...16 4.2.7 Vodící čelisti...17 4.2.7.1 Výpočet sil ve vodících čelistech...18 4.2.7.2 Výpočet odporu proti pohybu klece...21 4.2.8 Spojovací materiál...25 4.3 Omezovač rychlosti... 25 4.4 Konzola... 26 4.5 Vodítka... 26 4.5.1 Volba vodítek, jejich technické parametry...27 4.5.1.1 Dovolené hodnoty napětí pro vodítka T-profilu...28 4.5.1.2 Dovolené průhyby vodítka T-profilu...28 4.5.2 Výpočet vodítek...28 4.5.2.1 Namáhání na ohyb...30 4.5.2.2 4.5.2.3 Vzpěr...32 Kombinované namáhání...33 4.5.2.4 4.5.2.5 4.6 4.7 Namáhání příruby vodítka na ohyb...33 Průhyby vodítek...33 Vodící drážka tlačného řetězu... 34 Tlačný řetěz... 34 6

4.7.1 Výpočet odporu řetězu při pohybu ve vodící drážce...35 4.7.1.1 Silový rozbor...35 4.7.1.2 Vůle mezi řetězem a vedením...36 4.7.1.3 Úplné uvolnění článku řetězu...37 4.7.1.4 Vstupní parametry k řešení soustavy rovnic...38 4.7.1.5 Řešení soustavy rovnic...38 4.7.1.6 Určení valivého odporu celého řetězu...39 4.7.2 Zkoumání velikosti hnací síly v závislosti na volbě řetězu...40 4.7.3 Volba řetězu...41 4.7.4 Pevnostní kontrola řetězu...42 4.7.4.1 Stanovení celkového zatížení řetězu...42 4.7.4.2 Stanovení statického bezpečnostního koeficientu...42 4.7.4.3 Stanovení dynamického bezpečnostního koeficientu...43 4.7.4.4 Stanovení měrného tlaku v kloubech řetězu...43 4.8 Čepový spoj rámu klece s řetězem... 44 4.9 Sestava pohonu výtahu... 45 4.9.1 Rám...45 4.9.2 Planetová převodovka...45 4.9.3 Elektromotor...47 4.9.4 Uložení poháněcího řetězového kola...47 4.9.4.1 Poháněcí řetězové kolo...48 4.9.4.2 Hřídel...52 4.9.5 4.9.6 Brzda...56 Spojka...57 4.9.7 Zásobník řetězu...58 5 Technické zhodnocení vůči hydraulickým výtahům...58 5.1 Princip a základní uspořádání výtahů s hydraulickým pohonem... 58 5.1.1 Přímý pohon kabiny plunžrem...59 5.1.2 Přímý pohon s použitím teleskopické pístnice...59 5.1.3 5.1.4 Přímý pohon s umístěním hydraulického válce vedle kabiny...59 Nepřímý pohon s využitím lanového nebo řetězového převodu...59 5.1.5 Přímý pohon s kombinací hydraulického válce a speciálního řetězu...59 5.2 Porovnání navrhovaného výtahu s hydraulickým výtahem... 60 6 7 8 9 10 11 Závěr...61 Seznam použitých zdrojů...62 Seznam použitých symbolů...63 Seznam příloh...67 Seznam výkresové dokumentace...67 Přílohy...68 7

1 Úvod 1.1 Charakteristika výtahů Výtahem rozumíme strojní zařízení, které slouží k vertikální dopravě osob a břemen mezi dvěma nebo více místy. Dopravované osoby nebo břemena spočívají při dopravě na plošině, která je nosnou částí kabiny nebo klece. Klec je vedena pevnými vodítky ve směru svislém nebo odkloněném od svislého směru o úhel max. 15. Vodítka jsou pevně zakotvena v šachtě výtahu a umožňují jediný pohyb klece a to přímočarý posuv nahoru a dolů. Klec je zavěšena na jednom nebo více nosných orgánech, které ji spojují s motorickým zdvihacím ústrojím, tzv. výtahovým strojem. Práce výtahu je většinou přerušovaná, to znamená, že nastupování a vystupování osob nebo nakládání a vykládání břemen probíhá při stojící kabině. Existují i výtahy s nepřetržitým pracovním cyklem, např. osobní oběžné výtahy tzv. páternostery, u nichž se nástup i výstup osob děje za provozu. 1.2 Historie a vývoj výtahů Konstruktérem nejstaršího výtahu v dějinách (r. 236 př. n. l.) byl řecký fyzik a matematik Archimédes. Klec jeho výtahu byla zavěšena na konopném laně a vrátek měl ruční pohon. Podobný výtah měl i římský císař Nero. Značně později byl ve Vatikáně postaven výtah pro papeže. Pohon výtahu byl šlapacím kolem na lidský pohon. První výtah s využitím účinků protizávaží byl postaven pro dvůr krále Ludvíka XIV. Na přelomu 17. a 18. století. Teprve v první polovině 19. století dochází k rozvoji výtahů, poháněných parním strojem. Výtah v moderním pojetí, vybavený plošinou vedenou vodítky a bezpečnostním zařízením, které mělo zabránit pádu při přetržení nosných orgánů, se objevil až r. 1853. Byl to nákladní výtah vybavený primitivním zachycovacím ústrojím podle vynálezu Elishy Gravese Otise, určený pro dopravu břemen a obsluhy. První osobní výtah, vybavený zachycovacím ústrojím, byl instalován v obchodním domě v New Yorku v r. 1857. K dalšímu rozšíření výtahů přispěl i vývoj parního stroje a ocelových lan. Pohon výtahů v tomto období byl výhradně bubnový. Trakční pohon byl realizován až mnohem později. V druhé polovině 19. století dochází ke stavbě výtahů s hydraulickým pohonem, u nichž pracovním médiem byla voda. Roku 1868 byl ve Vídni patentován výtah s hydraulickým nepřímým pohonem, s využitím lanového převodu. Tím se zkrátila délka hydraulického válce. A vznikla možnost umístění hydraulického válce do horizontální polohy. Zásadní změnu v konstrukci výtahů přináší vynález elektrického pohonu. V roce 1880 byl na průmyslové výstavě vystaven první výtah s tímto pohonem. Všechny tyto výtahy byly konstrukčně shodné s předchozími typy, pouze parní stroj nahradil elektromotor. Roku 1895 bylo použito třecího kotouče (trakčního pohonu) k pohonu výtahu ve vertikální šachtě. Podstatným nedostatkem elektrických výtahů bylo nedokonalé a těžkopádné řízení. V roce 8

1894 byl nainstalován první výtah s univerzálním tlačítkovým řízením, ale rozvoj řídících systémů nastal až kolem roku 1900. Od tohoto roku také nastal ústup hydraulických výtahů, které již nebyly schopny pokrýt požadavky na vysoké zdvihy. Stále více se uplatňoval výtah s trakčním pohonem a zatlačil bubnový pohon do pozadí. Pohon stejnosměrným elektromotorem v Leonardově zapojení znamenal možnost plynulé regulace rychlosti. Dalším krokem bylo zavedení bezpřevodového výtahového stroje s pomaluběžným elektromotorem s cizím buzením pro nejvyšší dopravní rychlosti. Prvním výtah s bezpřevodovým strojem byl instalován v New Yorku již v roce 1903. Poté pak v rychlém sledu následovaly další. Po druhé světové válce nastal pronikavý rozvoj výtahové techniky. Nejrozšířenějším typem výtahu v té době byl výtah s trakčním pohonem a mechanickou převodovou skříní mezi elektromotorem a hnacím kotoučem. Dalším typem byl hydraulický výtah v moderním pojetí, který je vhodný pro budovy se dvěma až šesti podlažími. Pronikavý rozvoj zaznamenalo řízení osobních výtahů. Tlačítkové řízení, běžné před válkou, bylo zatlačeno do pozadí řízením sběrným. Tlačítkové řízení není schopno po zaznamenání prvního povelu reagovat na další povely, dokud nevyřídí povel první. Tohoto řízení se proto využívalo pouze pro výtahy s lehkým provozem. Sběrné řízení je charakterizováno paměťovými prvky, které registrují všechny povely a vyřizují je tak, aby cestující byli dopraveni do požadovaných podlaží v nejkratším možném čase bez ohledu na pořadí, ve kterém byly povely zaznamenány. 1.3 Vývoj výtahů u nás K přehledu světového vývoje výtahů je nutné připojit i vývoj u nás. První výtah, nákladní s transmisním pohonem, postavila firma Breitfeld Daněk v roce 1876 pro pivovar v Litoměřicích. V éře hydraulických výtahů byla vyrobena a instalována řada zařízení pražskou firmou Prokopec. První elektrický výtah s tlačítkovým řízením byl postaven v pražském hotelu Modrá hvězda. První páternoster byl instalován v budově Nové radnice v Praze. 1.4 Rozdělení výtahů Výtahy mohou být rozděleny podle různých kritérií. Jedním z nejdůležitějším je druh pohonu, na němž do značné míry závisí koncepce zařízení a konstrukce jeho komponentů. Z tohoto hlediska dělíme výtahy do tří skupin: 1) výtahy s elektrickým pohonem 2) výtahy s hydraulickým pohonem 3) výtahy s pneumatickým pohonem U elektrických výtahů je pohon realizován pomocí: trakčního kotouče bubnu 9

řetězového kola pastorku s ozubeným hřebenem Výtahy s elektrickým pohonem dále rozdělujeme do těchto skupin: a) výtahy osobní a nákladní s doprovodem osob výtahy se samoobsluhou výtahy určené pro provoz s ustanoveným řidičem b) výtahy nákladní se zakázanou dopravou osob výtahy, do jejichž klece mohou při manipulaci s břemeny vstupovat osoby výtahy, do jejichž klece osoby vstupovat nemohou c) malé nákladní výtahy do nosnosti 100 kg d) stolové výtahy (chodníkové) s ustanoveným řidičem se zakázanou dopravou osob e) osobní oběžné výtahy (páternostery) f) výsypné výtahy (skipové) Jako nosný orgán může být použito: lano kloubový řetěz 1.5 Parametry výtahů 1.5.1 Základní parametry výtahů Základními parametry výtahů jsou nosnost a jmenovitá rychlost. Nosností výtahu rozumíme největší dovolenou hmotnost břemen, kterým se smí klec za provozu zatížit. Jmenovitá rychlost je teoretická rychlost klece, pro niž je výtah konstruován. Provozní rychlost výtahu se od jmenovité hodnoty může lišit o ± 15%. 1.5.2 Doplňující parametry Doplňujícími technickými parametry a údaji, které blíže určují typ výtahu, jsou : zdvih, počet a poloha stanic rozměry výtahové šachty, klece a strojovny napětí elektrické sítě, hustota spínání druh řízení provedení a ovládání šachetních dveří umístění výtahu v budově 10

2 Funkční rozměry Rozměry klece, šachty, dveří a prohlubně udává norma ČSN ISO 4190-2. Na obr.1 je boční řez šachtou se zakótovanými hlavními rozměry. Obr.1 také znázorňuje příčný řez šachtou, rozměry šachty a klece. Rozměry jsou uvedeny v tab.1. Užitečná plocha klece Užitečnou plochu klece udává norma ČSN EN 81-1. Plocha klece je závislá na nosnosti výtahu. Pro nosnost výtahu Q = 400 kg je užitečná plocha klece S KL = 1,17 m 2. Tab.1 Funkční rozměry šířka A 1000 výška H 2200 hloubka B 1170 šířka E 1000 výška F 2100 šířka C 2100 hloubka D 1700 Prohlubeň hloubka P 1500 Výška nad posledním podlažím výška Q 4100 Klec Klecové a šachetní dveře Šachta Obr.1 Rozměry šachty a klece 11

3 Koncepce výtahu, popis jednotlivých konstrukčních celků Obr.2 Schéma výtahu Legenda: 1 2 zásobník řetězu poháněcí řetězové kolo 8 elektromotor 9 výtahová vodítka 3 4 tlačný řetěz rám klece 10 konzola 11... čepový spoj rámu klece s řetězem 5 6 klec vodící čelist 12 vodící drážka tlačného řetězu 13... brzda 7 planetová převodovka 14 ruční kolo Na obr.2 je znázorněno funkční schéma výtahu v pohledu ze předu a shora včetně jednotlivých konstrukčních celků. Výtah je umístěn do betonové šachty. Jak je patrné z obrázku, výtahový stroj se nachází ve spodní části šachty (v prohlubni) pod úrovní spodní stanice. Princip výtahu poháněného tlačným řetězem Tlačný řetěz 3 (trojřadý válečkový) je veden ze zásobníku řetězu 1. Na poháněcím řetězovém kole 2 mění směr a je naveden pomocí naváděcího členu do svislé vodící drážky 12. V této drážce stoupá ve svislém směru a tlačí před sebou rám klece. Konec řetězu je 12

připojen na kluzný člen, který je rovněž veden ve vodící drážce řetězu. Ke kluznému členu je pomocí čepu připojeno závěsné oko, které je otočně spojeno s rámem klece. Detailní popis čepového spoje je uveden v kapitole 4.8. Rám klece 4 je veden ve dvou výtahových vodítkách 9 pomocí vodících čelistí. Vedení je tedy kluzné. K rámu je připevněna klec 5 pomocí několika šroubů a silentbloků. Uchycení klece k rámu je na podlaze a na stropě. Výtahová vodítka 9 a vodící drážky řetězu 12 jsou ke stěně šachty připevněny pomocí konzol 10. Tyto konzoly se šroubují ke stěně šachty pomocí závitových tyčí. Výtah je poháněn trojfázovým elektromotorem 8. Mezi elektromotor a poháněcí řetězové kolo je vložena planetová převodovka 7 a dvojčelisťová brzda 13. Detailní popis jednotlivých konstrukčních celků a jejich funkce je uveden v následujících kapitolách. 4 Popis jednotlivých částí a konstrukčních celků, jejich výpočet 4.1 Klec Světlé (vnitřní) rozměry klece udává tab.1. Klec je vyrobena z plechových dílů. K nosnému rámu je klec připevněna pomocí několika šroubů na podlaze a na stropě. Odpružení klece je provedeno pomocí pryžových silentbloků. Klecové i šachetní dveře jsou vodorovně posuvné jednostranné dvoudílné. 4.2 Rám klece Rám klece je nosná konstrukce, která slouží k uchycení samotné klece, k její vedení ve vodítkách a ke spojení s nosným orgánem, v tomto případě s tlačným řetězem. Pro navrhovaný typ výtahu, respektive pro zvolený pohon je nejvhodnější zvolit rám klece s bočním vedením. Na obr.3 je ukázán rám klece ve dvou pohledech včetně popisu hlavních částí. Sestava rámu se skládá z dílů vyráběných a z dílů nakupovaných. Mezi díly vyráběné patří: spodní nosník horní nosník svislá táhla spodní konzola Všechny tyto díly jsou vyrobeny z oceli 11 373, která má zaručenou svařitelnost. Mezi nakupované díly patří: vodící čelisti zachycovače ovládací páka zachycovačů spojovací materiál Jednotlivé části rámu klece jsou popsány v následujících kapitolách. 13

horní nosník vodící čelist svislé táhlo spodní nosník ovládací páka zachycovačů spodní konzola zachycovač Obr.3 Rám klece, popis hlavních částí 4.2.1 Spodní nosník Na spodní nosník je položena a přišroubována klec. Spodní nosník je vyroben z plechových ohýbaných profilů tvaru U a z trubky, která slouží k připojení závěsu klece. Tloušťka těchto profilů je 5 mm. Jednotlivé díly jsou k sobě přivařeny. Z horní strany jsou vyvrtány otvory pro šrouby k připevnění klece. Spodní nosník je se svislými táhly spojen pomocí spodních konzol a šroubů. Spodní nosník je zobrazen na obr.4. Obr.4 Spodní nosník 14

4.2.2 Spodní konzola Spodní konzola je vyrobena z ohýbaného plechu tloušťky 4 mm. Jsou v ní vystřiženy zářezy na vodítka a na lano omezovače rychlosti. 4.2.3 Svislá táhla Na svislá táhla jsou připevněny vodící čelisti a zachycovače. Jsou vyrobeny z ohýbaného plechu tloušťky 4 mm. 4.2.4 Horní nosník Horní nosník tvoří svařenec ze dvou ohýbaných plechů tloušťky 4 mm a ocelové bezešvé trubky čtvercového průřezu TR 4HR 80x5. K tomuto svařenci jsou pomocí šroubového spoje připevněny dvě konzoly pro horní uchycení klece v silentblocích. Horní nosník má za úkol jednak uchytit klec ve stropní části a jednak zabezpečuje konstantní vzdálenost obou svislých táhel. Obr.5 Horní nosník 4.2.5 Zachycovač Zachycovače jsou mechanická zařízení upevněná k ocelové konstrukci rámu klece zachycující klec na vodítkách, přetrhnou-li se nosné orgány nebo dojde-li k překročení dopravní rychlosti nad stanovenou mez při pohybu směrem dolů. Zachycovacím ústrojím musí být vybaven každý výtah, do jehož klece mohou vstupovat osoby, je-li klec zavěšena na lanech nebo kloubových řetězech. Zachycovače musí účinkovat ihned, přetrhnou-li se nosné orgány. Při zachycení klece musí být řídící okruh samočinně vypnut zachycovacím spínačem. Zachycovač je umístěn v úrovni pod podlahou klece. Zachycovač musí být navržen tak, aby působil na obě vodítka současně. Musí být dobře přístupný, aby byla možná jeho údržba. 15

Podle provozních charakteristik se zachycovače dělí do tří skupin: zachycovače samosvorné zachycovače samosvorné s tlumením zachycovače klouzavé Pro navrhovaný výtah je zvolen válečkový samosvorný zachycovač F9C0005. Tento zachycovač je pouze jednosměrný, neboť výtah není vybaven protizávažím a tudíž nehrozí pád vzhůru. Princip zachycovače je vysvětlen na obr.6. Aktivní částí zachycovacího ústrojí je kalený ocelový váleček 1, který je ovládán táhlem 2 spojeným s ovládací pákou zachycovačů 3. Vodítko 4 je vedeno výřezem v tělese zachycovače 5. Výřez má na jedné straně šikmou plochu, o kterou se opírá váleček 1, na druhé straně plochu rovnoběžnou s vodítkem. Při uvedení zachycovače v činnost je páka 3 zvedána a přes táhlo 2 zasouvá váleček do záběru. Po vymezení vůle mezi opěrnou deskou a vodítkem dojde k vzepření válečku mezi šikmou plochou tělesa 5 a vodítkem 4, a tím k rychlému zastavení klece. Zachycovač je ke svislému táhlu 6 připevněn pomocí čtyř šroubů 7 a podložek 8. Obr.6 Válečkový zachycovač - pohled z boku a shora 4.2.6 Ovládací páka zachycovačů Mechanismus omezovače rychlosti je pouze jeden a je umístěn na jedné straně výtahu. Zatímco zachycovače jsou dva, na každém vodítku jeden. Z požadavku, že k vybavení obou zachycovačů musí dojít ve stejný okamžik, je nutné je propojit. K propojení obou zachycovačů slouží ovládací páka zachycovačů, viz obr.7. Tato páka je nakupovaná od firmy Dynatech, je stavitelná pro různé rozmezí rozchodu vodítek. Montáž páky je jednoduchá. Tato páka je určena pro výtahy, u nichž jsou vodítka a zachycovače vně rámu klece. Jelikož u navrhovaného výtahu jsou zachycovače a vodítka z vnitřní strany rámu klece, 16

je nutná menší úprava jednoho konce páky. 2 1 3 4 5 6 8 7 Obr.7 Ovládací páka zachycovačů Popis páky Páka je k oběma zachycovačům připojena pomocí táhel 1. Tyto táhla jsou spojena s délkově stavitelnou torzní tyčí 5 pomocí páky 2. Torzní tyč je uložena otočně ve dvou pouzdrech 3. K rámu klece je ovládací páka přišroubována přes konzoly 4 pomocí šesti šroubů. Předepínač 6 udává citlivost zařízení. Předepínač musí být umístěn na straně omezovače rychlosti. Citlivost se dá nastavit pomocí šroubu. Pomocí táhla 7 je ovládací páka připojena k lanku omezovače rychlosti. V případě vybavení zachycovačů je bezpečnostní obvod přerušen spínačem 8. 4.2.7 Vodící čelisti U navrhovaného nákladního výtahu je zvoleno kluzné vedení z důvodu nízké jmenovité rychlosti. Tento způsob vedení je jednodušší a levnější. Naopak valivé vedení představuje menší odpor proti pohybu klece. Je zvolena vodící čelist 1400G od firmy Metal Lift s.r.o. viz obr.8. Základ tvoří hliníkový odlitek 1, do kterého je vlisována silonová vložka 2. Vodící čelist je k rámu klece připojena pomocí čtyř šroubů M12. 2 1 Obr.8 Vodící čelist 17

4.2.7.1 Výpočet sil ve vodících čelistech Při výpočtu sil je uvažováno plné zatížení, které je navíc vyoseno vůči geometrickému středu klece o vzdálenost ex ve směru osy x a o vzdálenost ey ve směru osy y. Na velikost sil ve vodících čelistech mají vliv pouze ty části rámu klece, které vytváří moment vzhledem k ose vodítka y. Je tedy uvažován pouze moment od tíhy spodního nosníku, moment od tíhy klece a moment od excentricky umístěného břemene. Svislá táhla a jednotlivé prvky na nich umístěné (jako jsou vodící čelisti a zachycovače) moment vůči ose vodítka y nevytváří. Na obr.9 je pohled na rám klece a rozložení zatížení, které na něj působí. Tabulka 2 udává rozměry rámu klece a velikost jednotlivých zatížení. Obr.9 Zatížení rámu klece Tab.2 Parametry pro výpočet sil ve vodících čelistech KK KSN Q b h m A B [kg] [kg] [kg] 300 50 400 900 2637 175 1000 1170 KK hmotnost klece KSN.. hmotnost spodního nosníku Q.. nosnost výtahu b.. šířka rámu klece h.. svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi m. vzdálenost klece od osy vodítka A. šířka klece B. hloubka klece 18

Obr.10 ukazuje zjednodušené schéma pro výpočet sil ve vodících čelistech. Jedná se o nosník na dvou podporách, který je namáhán na krut od jednotlivých momentů. Úkolem je spočítat síly v podporách Fx1 a Fx2. Obr.10 Schéma zatížení rámu klece Určení přípustné excentricity zatížení Q Velikost přípustné excentricity udává norma ČSN EN 81-1. Excentricita v ose x ex = A 8 (1) 1000 = 125 8 e x = 125 mm ex = A(1000 mm) šířka klece Excentricita v ose y B 8 1170 ey = = 146,25 8 e y = 146,25 mm ey = (2) B(1170 mm) hloubka klece 19

Výpočet reakcí Z momentové rovnováhy podle obr.9 a obr.10 lze psát následující rovnice. Q g e y Fy h = 0 (3) A b A b Q g + m + e x e y + (K K + K SN ) g + m Fx2 h b = 0 2 2 2 2 (4) A b A b Q g + m + e x + e y + (K K + K SN ) g + m Fx1 h b = 0 2 2 2 2 (5) Z rovnice (3) po úpravě získáme: Fy = Q g ey (6) h 400 9,81 146,25 = 217,6 2637 Fy = 217,6 N Fy = Q(400 kg) nosnost výtahu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení ey(146,25 mm) excentricita zatížení v ose y h(2637 mm) svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi Z rovnice (5) po úpravě získáme: A A Q g + m + e x (b + 2 e y ) + (K K + K SN ) g + m b 2 2 Fx1 = 2 b h (7) 1000 1000 400 9,81 + 175 + 125 (900 + 2 146,25) + (300 + 50 ) 9,81 + 175 900 2 2 Fx1 = 2 900 2637 Fx1 = 1228,1 N Q(400 kg) nosnost výtahu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení A(1000 mm).. šířka klece m(175 mm).. vzdálenost klece od osy vodítka ex(125 mm). excentricita zatížení v ose x ey(146,25 mm). excentricita zatížení v ose y b(900 mm).. šířka rámu klece KK(300 kg). hmotnost klece KSN(50 kg) hmotnost spodního nosníku h(2637 mm) svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi 20

Z rovnice (4) po úpravě získáme: A A Q g + m + e x (b 2 e y ) + (K K + K SN ) g + m b 2 2 Fx2 = 2 b h (8) 1000 1000 400 9,81 + 175 + 125 (900 2 146,25) + (300 + 50 ) 9,81 + 175 900 2 2 Fx2 = 2 900 2637 Fx2 = 841,2 N Q(400 kg) nosnost výtahu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení A(1000 mm).. šířka klece m(175 mm).. vzdálenost klece od osy vodítka ex(125 mm). excentricita zatížení v ose x ey(146,25 mm). excentricita zatížení v ose y b(900 mm).. šířka rámu klece KK(300 kg). hmotnost klece KSN(50 kg) hmotnost spodního nosníku h(2637 mm) svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi Tab.3 Síly ve vodících čelistech Fy Fx1 Fx2 217,6 1228,1 841,2 4.2.7.2 Výpočet odporu proti pohybu klece Kluzné tření na vodítkách představuje dosti značný odpor proti pohybu. Zvolené vodící čelisti nejsou odpruženy. Aby se snížil odpor proti pohybu vlivem tření na vodítkách, jsou vodítka mazána. Jako maziva se nejčastěji používají lehké oleje, které stékají po vodítkách a odstraňují z vodítek špínu a prach. Materiálem vodítka je ocel tažená za studena. Vodící čelisti jsou hliníkové a jsou vyloženy vložkami ze silonu. Tento materiál má dobré kluzné vlastnosti a nízký součinitel smykového tření, malé opotřebení a nízkou cenu. Silonová vložka je do tělesa vodící čelisti zalisována. Určení součinitele smykového tření Hodnota dynamického součinitele smykového tření pro ocel a silon je určena experimentálně. Měření je provedeno dle schématu na obr.11. Na vodorovné podložce je umístěna podpěra 3. Ocelová tyč tažená za studena 1, která představuje vodítko, je opřena o 21

podložku a podpěru. Délka tyče je l = 460 mm. Na tyč je položena silonová zkušební kostka 2. Princip měření spočívá v měření úhlu sklonu tyče α, při kterém se kostka samovolně pohybuje. V našem případě je měřena výška h. Pomocí goniometrických funkcí je určen úhel α a z něj dynamický součinitel smykového tření f. Pro větší přesnost je měření provedeno 5x. Součinitel smykového tření je určen pro suchý i pro mazaný styk. Dále ve výpočtu je uvažován součinitel tření pro mazaný styk. Výsledky měření udává tab.4. Obr.11 Schéma měření Tab.4 Výsledky měření dynamického součinitele tření Číslo měření 1 2 3 4 5 průměr suché h 117 108 107 114 111 111,4 mazané h 104 101 98 103 102 101,6 Úhel α, který svírá tyč s vodorovnou podložkou se vypočte dle vztahu (9). h l Součinitel smykového tření je pak určen ze vztahu (10). α = arcsin (9) f = tgα (10) Po dosazení (9) do (10) h f = tg arcsin l (11) h(mm).. výška l(460 mm)... délka tyče 22

Hodnota součinitele smykového tření pro suchý styk 111,4 f = tg arcsin = 0,25 460 f = 0,25 Hodnota součinitele smykového tření pro mazaný styk 101,6 f = tg arcsin = 0,23 460 f = 0,23 Silový rozbor na vodících čelistech Působení sil Fx1 a Fx2 je patrné z obr.12a, působení síly Fy je uvedeno na obr.12b a) b) Obr.12 Silový rozbor Dle obr.12a a obr.12b lze sestavit rovnice statické rovnováhy. FN1 Fx1 = 0 (12) FN2 Fx2 = 0 (13) Fy FN3 = 0 (14) Z rovnic (12), (13), (14) plyne: FN1 = Fx1 = 1228,1 N 23

FN2 = Fx2 = 841,2 N FN3 = Fy = 217,6 N Fx1, Fx2, Fy(N). síly ve vodících čelistech FN1, FN2, FN3(N)... normálové síly na vodítko Velikost třecích sil FT mezi vodítkem a vodící čelistí FT1 = f FN1 (15) FT1 = 0,23 1228,1 = 282,5 FT1 = 282,5 N FT2 = f FN2 (16) FT2 = 0,23 841,2 = 193,5 FT2 = 193,5 N FT3 = f FN3 (17) FT3 = 0,23 217,6 = 50,1 FT3 = 50,1 N f(0,23).. součinitel tření mezi vodítkem a vodící čelistí Určení celkového odporu proti pohybu FTcelk Jelikož každá reakce ve vodící čelisti Fx1, Fx2, Fy je vlastně silovou dvojicí, je nutné třecí síly FT1(282,5N), FT2(193,5N), FT3(50,1N) při výpočtu celkového odporu proti pohybu započítat dvakrát. FTcelk = 2 (FT1 + FT2 + FT3 ) (18) FTcelk = 2 (282,5 + 193,5 + 50,1) = 1052,2 FTcelk = 1052 N Výpočet síly F, potřebné ke zdvižení klece Síla F musí překonat odpor proti pohybu klece FTcelk (způsobený smykovým třením mezi vodítkem a vodícími čelistmi) a další zatížení, mezi které patří: nosnost Q = 400 kg hmotnost klece K K = 300 kg hmotnost rámu klece K R = 200 kg 24

Velikost síly F je tedy dána: F = (Q + K K + K R ) g + FTcelk (19) F = (400 + 300 + 200 ) 9,81 + 1052 = 9881 F = 9881 N g(9,81 m/s2).. tíhové zrychlení FTcelk(1052 N) celkový odpor klece proti pohybu 4.2.8 Spojovací materiál Pro spojení jednotlivých dílů rámu klece jsou použity šrouby s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem ČSN 02 1143 velikosti M12. Dále šestihranné matice ČSN 02 1401, podložky ČSN 02 1702 a pružné podložky ČSN 02 1740 4.3 Omezovač rychlosti Schéma uspořádání omezovače rychlosti je na obr.13. Samotný omezovač rychlosti je umístěn v horní části šachty. Má nekonečné ovládací lanko 1, vedené přes kladku omezovače 2 a kladku napínacího zařízení 3, umístěnou v dolní části výtahové šachty. Ovládací lanko je připevněno k rámu klece resp. k ovládací páce zachycovačů v místě 4 a v normálním provozu je pohyb celé soustavy odvozen od pohybu klece. Při vzrůstu otáček kladky 2 na předepsanou hodnotu zastaví omezovač rychlosti ovládací lanko. Relativní pohyb klece a lanka je příčinou vybavení zachycovačů. Ovládací lanko je ocelové o průměru 6 mm. Obr.13 Schéma uspořádání omezovače rychlosti Podle konstrukce se omezovače rychlosti dělí do dvou základních skupin na: kyvadlové odstředivé Je zvolen odstředivý omezovač rychlosti LK 200 s vodorovnou osou. 25

Funkce omezovače rychlosti Pokud rychlost klece při jízdě směrem dolů nedosáhne předem stanovené hodnoty, odstředivá síla, působící na závaží omezovače, nevyvolá natočení páky, nebo pouze natočení tak malé, že hrot závaží nepřijde do záběru se zubem pevného kotouče. Při vzrůstu rychlosti a tedy i otáček kladky omezovače vzroste odstředivá síla, která přemůže tah pružiny a hrot závaží zapadne do zubu kotouče. Tím se kladka nuceně zastaví a v důsledku značného tření v klínové drážce se s ní současně zastaví i ovládací lanko, které zůstává v klidu tak dlouho pokud síla v lanku nepřekročí hodnotu smykového tření v klínové drážce kladky. 4.4 Konzola Konzola (viz obr.14) slouží k ukotvení vodítek a vodící drážky tlačného řetězu. Konzoly jsou ke stěně výtahové šachty připevněny pomocí šesti závitových tyčí. Svislá rozteč mezi jednotlivými konzolami je 1980 mm. Konzola je svařenec z U-profilu velikosti 65, dále z plechů o tloušťce 5 a 6 mm. Obr.14 Konzola 4.5 Vodítka Vodítka slouží k vedení klece ve výtahové šachtě. Ke stěně šachty jsou ukotvena pomocí konzoly viz kapitola 4.4. K ukotvení vodítek ke konzole je použita kotva SL-P10 od firmy Monteferro viz obr.15. 26

Obr.15 Kotva vodítka Pro zajištění bezpečného provozu výtahu musejí vodítka, jejich spoje a kotvy odolávat zatížení a silám, které na ně působí. Zásady bezpečného výtahového provozu týkajícího se vodítek: a) musí být zajištěno vedení klece b) průhyby musejí být omezeny tak, aby nedošlo k neúmyslnému odjištění šachetních dveří nebyla ohrožena funkce zachycovačů nemohl nastat vzájemný střet pohyblivých dílů s jinými díly Upevnění vodítek na kotvách a k budově musí zajistit vyrovnání normálního sesedání budovy nebo smršťování betonu buď samovolně nebo jednoduchým seřízením. Klec bude vedena ve dvou vodítkách. Svislá vzdálenost mezi kotvami vodítek je l = 1980 mm. 4.5.1 Volba vodítek, jejich technické parametry Je zvoleno vodítko T90/A dle normy ISO 7465. Materiál vodítka - ocel pro strojní součást E235 s mezí pevnosti v tahu Rm = 370 MPa a mezí kluzu Re = 235MPa. Jelikož jmenovitá rychlost výtahu je 0,4 m s 1, jsou zvolena vodítka vyrobená tažením za studena. Průřez vodítka je zobrazen na obr.16 Obr.16 Příčný průřez vodítka T 90/A 27

Tab.5 Rozměry vodítka v b1 h1 k n c g f rs e 90 75 16 42 10 8 10 4 26,1 Tab.6 Technické parametry vodítka S q1 2 Ixx Wxx 4 ixx 3 Iyy Wyy 4 3 iyy [mm ] [kg/m] [mm ] [mm ] [mm ] [mm ] 1725 13,55 1020000 20870 24,3 526000 11800 17,5 S... plocha příčného průřezu vodítka q1. hmotnost 1 metru vodítka Ixx moment setrvačnosti k ose x Wxx.. modul průřezu v ohybu k ose x ixx. poloměr setrvačnosti k ose x Iyy moment setrvačnosti k ose y Wyy.. modul průřezu v ohybu k ose y iyy. poloměr setrvačnosti k ose y 4.5.1.1 Dovolené hodnoty napětí pro vodítka T-profilu Tab.7 Dovolené napětí ve vodítku, hodnoty jsou v [MPa] Zatěžovací stav Rm 370 440 520 normální provoz - jízda / nakládání 165 195 230 působení zachycovačů 205 244 290 4.5.1.2 Dovolené průhyby vodítka T-profilu Dovolená hodnota průhybu vodítka klece je 5 mm v obou směrech. 4.5.2 Výpočet vodítek Výpočet vodítek je proveden podle normy ČSN EN 81-1. U vodítek se kontroluje napětí a průhyby pro 3 zatěžovací stavy: působení zachycovačů normální provoz jízda normální provoz nakládání Z důvodu omezeného rozsahu této práce je proveden výpočet vodítek pouze pro nejnebezpečnější zatěžovací stav a to pro zatížení působení zachycovačů, kdy je vodítko 28

namáháno na ohyb a vzpěr. U ostatních zatěžovacích stavů odpadá vzpěr, tudíž hodnoty namáhání a průhybů vodítek jsou nižší. Součinitel rázu Součinitel rázu při působení bezpečnostních zařízení k1 je závislý na druhu bezpečnostního zařízení. Pro zvolený samosvorný zachycovač je jeho hodnota k 1 = 3. Stanovení hodnoty ω pro výpočet vodítek na vzpěr S tímto součinitelem bude počítáno dále. Hodnota součinitele ω se vypočte podle vzorce (21). Uvedený vztah platí pro 85 λ 115. Nejprve je tedy nutné vyčíslit hodnotu součinitele štíhlosti λ. λ= l (20) i yy 2000 = 114,3 17,5 λ = 114,3 λ= l(2000 mm).. největší vzdálenost mezi kotvami vodítek iyy(17,5 mm) poloměr setrvačnosti vodítka k ose y Potom hodnota součinitele ω bude ω = 0,00001711 λ 2,35 + 1,04 (21) ω = 0,00001711 114,3 2,35 + 1,04 = 2,21 ω = 2,2 Rozložení zatížení Obr.17 Rozložení zatížení 29

Q(400 kg).... nosnost výtahu P(500 kg)... hmotnost rámu a klece Tab.8 Souřadnice bodů P a Q bod souřadnice P Q x 480 800 y 0 146,3 Pozn. Souřadnice xp je odměřena z inventoru (je to těžiště rámu klece a klece). Souřadnice xq je vypočtena dle vztahu (22) a souřadnice yq dle vztahu (23). 5 xq = m + A 8 (22) 1 B 8 m(175 mm)... vzdálenost klece od osy vodítka yq = (23) A(1000 mm). šířka klece B(1170 mm). hloubka klece 4.5.2.1 Namáhání na ohyb a) namáhání na ohyb k ose y vodítka silami ve vodících čelistech Síla ve vodící čelisti Fx = k 1 g (Q x Q + P x P ) (24) n h 3 9,81 (400 800 + 500 480 ) = 3125 2 2637 Fx = 3125 N Fx = k1(3). součinitel rázu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení n(2).. počet vodítek h(2637 mm). svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi Ohybový moment My = 3 Fx l 16 (25) 3 3125 2000 = 1,172 10 6 16 M y = 1,172 10 6 Nmm My = 30

Fx(3125 N).. síla ve vodící čelisti l(2000 mm).. vzdálenost mezi kotvami vodítek Napětí v ohybu σy = My (26) Wyy 1,172 10 6 σy = = 99,3 11800 σ y = 99,3 MPa My(1,172.106 Nmm). ohybový moment Wyy(11800 mm3).. modul průřezu v ohybu vodítka v ose y b) namáhání na ohyb k ose x vodítka silami ve vodících čelistech Síla ve vodící čelisti k 1 g (Q y Q + P y P ) n h 2 3 9,81 (400 146,3 + 500 0 ) Fy = = 653 2 2637 2 Fy = 653 N Fy = (27) k1(3). součinitel rázu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení n(2).. počet vodítek h(2637 mm). svislá vzdálenost mezi vodícími čelistmi Q(400 kg). nosnost P(500 kg).. hmotnost rámu a klece yp(0 mm).. souřadnice bodu P v ose y yq(146,3 mm)... souřadnice bodu Q v ose y Ohybový moment Mx = 3 Fy l (28) 16 3 653 2000 Mx = = 2,449 10 5 16 M x = 2,449 10 5 Nmm Fy(653 N).. síla ve vodící čelisti l(2000 mm).. vzdálenost mezi kotvami vodítek 31

Napětí v ohybu σx = Mx Wxx (29) 2,449 10 5 = 11,7 σx = 20870 σ x = 11,7 MPa Mx(2,449.105 Nmm). ohybový moment Wxx(20870 mm3).. modul průřezu v ohybu vodítka v ose x 4.5.2.2 Vzpěr Vzpěrná síla Fk = k 1 g (P + Q ) n (30) 3 9,81 (500 + 400 ) = 13243,5 2 Fk = 13243,5 N Fk = k1(3). součinitel rázu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení n(2).. počet vodítek Q(400 kg). nosnost P(500 kg).. hmotnost rámu a klece Napětí od vzpěru σk = Fk ω S (31) 13243,5 2,2 = 17 1725 σ k = 17 MPa σk = Fk(13243,5 N) vzpěrná síla ω(2,2). součinitel ω S(1725 mm2).. plocha příčného průřezu vodítka 32

4.5.2.3 Kombinované namáhání Namáhání na ohyb σm = σx + σy (32) σ m = 11,7 + 99,3 = 111 σ m = 111 MPa σx(11,7 MPa).. napětí v ohybu v ose x σy(99,3 MPa).. napětí v ohybu v ose y Namáhání na ohyb a vzpěr σ c = σ k + 0,9 σ m (33) σ c = 17 + 0,9 111 = 117 σ c = 117 MPa σk(17 MPa).. napětí od vzpěru σm(111 MPa)... kombinované namáhání na ohyb 4.5.2.4 Namáhání příruby vodítka na ohyb σf = 1,85 Fx c2 (34) 1,85 3125 = 58 10 2 σ F = 58 MPa σf = Fx(3125 N).. síla ve vodící čelisti c(10 mm). tloušťka příruby vodítka Hodnoty všech napětí jsou menší než dovolené napětí z tab.7, vodítko vyhovuje. 4.5.2.5 Průhyby vodítek a) průhyb k ose x δ x = 0,7 Fx l 3 48 E I yy (35) 3125 2000 3 = 3,3 48 2,1 10 5 526000 δ x = 3,3 mm δ x = 0,7 l(2000 mm).. vzdálenost mezi kotvami vodítek E(2,1.105 MPa) modul pružnosti v tahu Iyy(526000 mm4). moment setrvačnosti vodítka k ose y 33

b) průhyb k ose y δ y = 0,7 Fy l 3 (36) 48 E I xx 653 2000 3 δ x = 0,7 = 0,4 48 2,1 10 5 1020000 δ x = 0,4 mm Fy(653 N) síla ve vodící čelisti l(2000 mm).. vzdálenost mezi kotvami vodítek E(2,1.105 MPa) modul pružnosti v tahu Ixx(1020000 mm4). moment setrvačnosti vodítka k ose x Hodnoty průhybů v obou osách jsou menší než je dovolený průhyb, vodítko vyhovuje. 4.6 Vodící drážka tlačného řetězu Vodící drážka zajišťuje vedení tlačného řetězu (viz obr.18). Je vyrobena z U50-profilu 1. Dvě vnitřní plochy tohoto profilu jsou zfrézovány do roviny. K těmto plochám jsou pak přišroubovány dvě vodící lišty 2. Vodící lišty jsou vyrobeny z oceli, povrch je broušen. Na obou koncích U-profilu jsou přivařeny příruby 3, které slouží k přišroubování ke konzole. Obr.18 Detail vedení řetězu 4.7 Tlačný řetěz Jako nosný orgán nákladního výtahu je zvolen trojřadý válečkový řetěz triplex. Dvě krajní řady řetězu jsou vedeny ve vodící drážce (viz obr.18). Při volbě řetězu je nutné uvažovat několik hledisek: hmotnost řetězu co nejmenší rozteč řetězu co největší, tím se zmenší odpor ve vedení v důsledku snížení příčení řetězu pevnost řetězu, zda vyhovuje statické a dynamické bezpečnosti 34

4.7.1 Výpočet odporu řetězu při pohybu ve vodící drážce Při výpočtu odporu řetězu ve vedení je předpokládáno, že dochází k odvalování jednotlivých válečků po vodící liště. Valivý odpor řetězu je způsoben: silou F, která je nutná ke zdvižení plně zatížené klece a rámu klece vlastní hmotností řetězu Fq čepovým třením Mč, ke kterému dochází mezi válečky a pouzdry řetězu Obr.19 ukazuje zatížení řetězu ve svislém vedení a průběhy jednotlivých zatížení po výšce Obr.19 Průběhy sil po výšce H Z obr.19 je patrné, že síla F je po celé délce řetězu konstantní. Zatížení q od vlastní hmotnosti narůstá lineárně od 0 po maximální hodnotu qmax. Valivý odpor Ft, který je dán součtem odporů od zatížení F, Fq a čepového tření Mč má potom lichoběžníkový průběh. Pro zjednodušení výpočtu valivého odporu celého řetězu je vytknut jeden článek ve výšce H /2. Pro tento prostřední článek je proveden silový rozbor (viz obr.20). Je zřejmé, že zatížení tohoto článku je střední a k určení valivého odporu celého řetězu je nutné vypočtenou střední hodnotu vynásobit počtem článků, které jsou ve styku s vedením. 4.7.1.1 Silový rozbor Silový rozbor je proveden na vytknutém článku řetězu ve výšce H /2. 35

Obr.20 Silový rozbor článku řetězu F... síla potřebná ke zdvižení plně zatížené klece a rámu klece Fq síla od vlastní hmotnosti řetězu FN normálová síla mezi válečkem a vedením Ft. tečná reakce při valení válečku υ. výrobní vůle mezi válečkem řetězu a vedením 4.7.1.2 Vůle mezi řetězem a vedením Velikost vůle υ mezi válečkem a vedením má velký vliv na hodnotu valivého odporu. Je proto snaha o dosažení co nejmenší vůle, aby příčení řetězu a úhel δ byly co nejmenší. Je nutné brát v úvahu výrobní tolerance válečků (h 10) a vedení. Při provozu bude docházet k ohřevu řetězu a tím ke zvětšování průměru válečků. Proto musí být vůle υ taková, aby nedošlo k její vymezení a k zadření řetězu ve vedení. Vedení řetězu je vyrobeno v toleranci ± 0,2 mm. Vůle mezi válečkem řetězu a vedením je zvolena υ = 0,4 mm. Obr.21 ukazuje vůli mezi řetězem a vedením, výrobní tolerance válečku a vedení. Obr.21 Vůle mezi řetězem a vedením 36

4.7.1.3 Úplné uvolnění článku řetězu Výpočet valivého odporu je proveden metodou úplného uvolnění těles 1, 2, 3. Je uvažován rovnoměrný pohyb bez zrychlení. Pro jednotlivá tělesa jsou sestaveny rovnice statické rovnováhy. Rovnice statické rovnováhy Těleso 1 váleček F F x = 0: FRX FN = 0 (37) y = 0: FRY Ft F Fq = 0 (38) M z = 0 : FN ξ + M č Ft doplňující rovnice: M č = FN d3 =0 2 d3 fč 2 (39) (40) Obr.22 Uvolnění tělesa 1 Těleso 2 váleček F F x = 0: F N F RX = 0 (41) y = 0: F F t F RY = 0 (42) M z = 0 : F t d3 - F N ξ M č = 0 2 (43) d3 fč 2 (44) doplňující rovnice: M č = F N Obr.23 Uvolnění tělesa 2 Těleso 3 pásnice řetězu F = 0: F = 0: M = 0: x F RX FRX = 0 (45) y F RY FRY = 0 (46) FRX p cosδ - FRY υ = 0 (47) z Obr.24 Uvolnění tělesa 3 37

Známé parametry: {F, Fq, ξ, δ, υ, p, d3, fč} Neznámé parametry: {FRX, FN, FRY, Ft, F N, F RX, F t, F, F RY} => µ = 9 Počet použitelných rovnic: ν = 3 3 = 9 Soustavu rovnic (37) (47) lze řešit. Nejprve je však nutné vyčíslit vstupní parametry, které jsou závislé na typu řetězu. 4.7.1.4 Vstupní parametry k řešení soustavy rovnic Jednotlivé vstupní parametry jsou vyčísleny pouze obecně. Některé jsou konstanty a některé závisí na velikosti zvoleného řetězu. Síla F, potřebná ke zdvižení klece F = 9881 N Zatížení od vlastní hmotnosti řetězu ve výšce H /2 H 2 q(kg/m). hmotnost 1 metru řetězu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení Fq = q g (48) H (m).. délka řetězu ve svislé vodící drážce Stanovení úhlu δ δ = arcsin υ p (49) υ(0,4 mm) vůle mezi válečkem a vedením řetězu p(mm). rozteč řetězu Rameno valivého odporu ξ Pro ocelový váleček a ocelovou podložku je rameno valivého odporu ξ = 0,06 mm. Tato hodnota je odečtena z [4]. Součinitel čepového tření fč Pro mazané plochy ocel ocel platí f č = 0,05. Hodnota je odečtena z [4]. 4.7.1.5 Řešení soustavy rovnic Řešení soustavy rovnic je poněkud komplikovanější, a proto je k řešení použit program Mathcad. Řešením soustavy získáme hodnoty viz. tab.9. Číselné hodnoty odpovídají řetězu 20B-3. 38

Tab.9 Výsledky řešení soustavy rovnic Ft FN F t F N FRX F RX FRY F RY F 7,44 132,2 7,44 132,2 132,2 132,2 10492,7 10492,7 10500,2 Tímto je určena velikost valivého odporu Ft pro článek řetězu ve výšce H /2, je to tedy střední hodnota. Nyní lze stanovit valivý odpor celého řetězu, resp. všech článků, které jsou ve styku s vedením. 4.7.1.6 Určení valivého odporu celého řetězu Jednotlivé vztahy, které jsou uvedeny v této kapitole (kromě vztahu (50)) jsou obecné. Pro různé velikosti řetězu nabývají různých hodnot. Určení počtu článků řetězu, které jsou ve styku s vedením na výšce H Výška H je dána součtem dvou hodnot. Je to výška zdvihu H a svislá vzdálenost mezi klecí ve spodní úvratí (v nejnižším patře) a osou řetězového kola h3. Tato výška vychází z uspořádání strojovny a hloubkou prohlubně pod spodní stanicí výtahu. H = H + h 3 (50) H = 10 + 1 = 11 H = 11 m Počet článků řetězu, které jsou ve styku s vedením nč = H 10 3 p (51) H (m).. délka řetězu ve svislé vodící drážce p(mm). rozteč řetězu Celkový valivý odpor řetězu ve vedení Ftcelk = Ft n č (52) Ft(N) tečná reakce při valení válečku pro jeden článek řetězu nč(-). počet článků řetězu, které jsou ve styku s vedením Tíha řetězu, kterou je nutné zdvihnout na výšce H Fret = q g H (53) q(kg/m). hmotnost 1 metru řetězu g(9,81 m/s2). tíhové zrychlení 39

Velikost hnací síly na poháněcím řetězovém kole Je dána součtem síly F pro zdvih klece, tíhy řetězu Fret ve vedení a celkového valivého odporu řetězu Ftcelk. Fhn = F + Ftcelk + Fret 4.7.2 (54) Zkoumání velikosti hnací síly v závislosti na volbě řetězu K výpočtu jsou využity výše uvedené vztahy (37) (54). Proměnné veličiny vstupující do výpočtu jsou podstatě jen rozměry a technické parametry zvoleného řetězu. Ostatní veličiny zůstávají stejné. Výpočet je proveden v programu Mathcad. Výsledky řešení udává tab.10. Tab.10 Výsledky řešení vybraných veličin v závislosti na zvoleném řetězu Řetěz ČSN 02 nč [-] δ [ ] Ft FN Ftcelk Fret Fhn 10B-3 693 1,44 15,65 253,3 10845 302 21029 12B-3 578 1,20 12,71 212,1 7346 410 17637 16B-3 433 0,90 9,34 162,3 4047 831 14756 20B-3 346 0,72 7,44 132,2 2574 1209 13664 24B-3 289 0,60 6,32 115,5 1827 2234 13941 28B-3 248 0,52 5,54 102,1 1374 2914 14168 3311 nč.. počet článků řetězu ve vodící drážce δ úhel sklonu článku řetězu vůči vodící liště Ft... tečná reakce při valení válečku pro jeden článek řetězu FN. normálová síla mezi válečkem a vedením Ftcelk valivý odpor celého řetězu Fret tíha řetězu na výšce H Fhn hnací síla na roztečném průměru řetězového kola Z důvodu větší názornosti, jsou výsledky zaneseny do grafu. Je zde uvedena závislost tíhy řetězu Fret, odporu ve vedení Ftcelk a hnací síly na poháněcím řetězovém kole Fhn v závislosti na velikosti řetězu. Síla F, potřebná ke zdvižení plně zatížené klece, je konstantní pro všechny velikosti řetězů. 40

Závislost vybraných veličin na velikosti řetězu 25000 Síla 20000 Ftcelk 15000 Fret Fhn 10000 F 5000 0 10B-3 12B-3 16B-3 20B-3 24B-3 28B-3 Velikost řetězu Volba řetězu 4.7.3 Z grafu je patrné, že s rostoucí velikostí řetězu roste i jeho tíha. Naopak valivý odpor řetězu ve vedení klesá. Hnací síla na poháněcím řetězovém kole potom dosahuje minima při velikosti řetězu 20B-3. Tento řetěz se tedy jeví jako nejvhodnější. Dále je třeba tento řetěz ještě zkontrolovat, zda vyhovuje pevnostní kontrole. Je zvolen trojřadý válečkový řetěz 20B-3 od firmy Řetězy Vamberk. Parametry zvoleného řetězu udává tab.11 Tab.11 Parametry válečkového řetězu 20B-3 p b1 b2 d1 d3 l1 l2 31,75 19,56 29 10,19 19,05 114,1 118,9 g s1 s2 e f FB q 2 [mm ] [kn] [kg/m] 26 4,5 3,5 36,45 887 250 11,2 FB. zatížení odpovídající mezi pevnosti řetězu q.. hmotnost 1m řetězu 41

Obr.25 Trojřadý válečkový řetěz Pevnostní kontrola řetězu 4.7.4 Pevnostní kontrola řetězu je provedena podle postupu výrobce. Je třeba určit statický bezpečnostní koeficient, dynamický bezpečnostní koeficient a měrný tlak v kloubech řetězu. Tyto hodnoty se porovnají s hodnotami, které udává výrobce řetězu a provede se posouzení, zda zvolený řetěz vyhovuje. 4.7.4.1 Stanovení celkového zatížení řetězu Řetěz je namáhán tlakovou silou, která odpovídá hnací síle na poháněcím řetězovém kole. Vliv odstředivé síly se neuvažuje, jelikož obvodová rychlost v (rychlost zdvihu) je menší než 4 m.s-1. Fhn = 13664 N 4.7.4.2 Stanovení statického bezpečnostního koeficientu K zajištění dostatečné bezpečnosti jednotlivých elementů řetězového převodu násobíme vypočtené celkové zatížení řetězu tzv. bezpečnostním koeficientem, dle vztahu (55). γ stat = FB 7 Fhn (55) 250000 = 18 13664 = 18 γ stat = γ stat FB(250000 N).. zatížení odpovídající mezi pevnosti řetězu Fhn(13664 N).. hnací síla na poháněcím řetězovém kole Vypočtená statická bezpečnost je mnohem vyšší než požadovaná, řetěz vyhovuje. 42

4.7.4.3 Stanovení dynamického bezpečnostního koeficientu Posouzení dynamické bezpečnost je provedeno dle vztahu (56). λ dyn = FB 5 Fhn Y (56) 250000 =7 13664 2,5 =7 γ dyn = γ dyn FB(250000 N).. zatížení odpovídající mezi pevnosti řetězu Fhn(13664 N) hnací síla na poháněcím řetězovém kole Y(2,5).. součinitel rázu Vypočtená statická bezpečnost je vyšší než požadovaná, řetěz vyhovuje. 4.7.4.4 Stanovení měrného tlaku v kloubech řetězu Pro obvodovou rychlost řetězu v = 0,4 m s 1 a počet zubů řetězového kola z 2 = 28 je hodnota měrného tlaku p i = 30,5 MPa. Hodnota měrného tlaku je odečtena z tabulky od výrobce. Stanovení součinitele tření Pro součinitel rázu Y = 2,5 a pro převodový poměr 1 je hodnota součinitele tření I1 = 0,55. Tato hodnota je odečtena z tabulky od výrobce. Stanovení součinitele mazání Pro obvodovou rychlost do 4 m.s-1 a pro mazání kapkami oleje je součinitel mazání I 2 = 1. Tato hodnota je odečtena z tabulky od výrobce. Stanovení dovoleného tlaku v kloubech řetězu p DOV = p i I1 I 2 (57) p DOV = 30,5 0,55 1 = 16,775 p DOV = 16,8 MPa pi(30,5 MPa) měrný tlak I1(0,55) součinitel tření I2(1). součinitel mazání 43

Stanovení výpočtového tlaku pv = Fhn f (58) 13664 = 15,4 887 p V = 15,4 MPa pv = Fhn(13664 N) hnací síla na poháněcím řetězovém kole f(887mm2) je plocha kloubu řetězu viz tab.11 Jelikož výpočtový tlak pv je menší než tlak dovolený pdov, řetěz vyhovuje. 4.8 Čepový spoj rámu klece s řetězem Rám klece je k tlačnému řetězu připojen pomocí čepového spoje (viz obr.26). Závěsné oko 1 tvoří svařenec spolu s válcovou tyčí, která je zasunuta do spodního nosníku rámu klece a má k němu 2 stupně volnosti. Vidlice 2 tvoří svařenec spolu s kluzným členem 3, který se kluzně pohybuje ve vodící drážce řetězu. Řetěz je připojen ke kluznému členu. Rozebíratelné spojení závěsného oka a vidlice je realizováno pomocí čepu 4. Jedná se o válcový čep, který je axiálně zajištěn pomocí dvou stavěcích šroubů 5. 1 5 4 2 3 Obr.26 Čepový spoj závěsu klece 44

4.9 Sestava pohonu výtahu Sestava pohonu výtahu je znázorněna na obr.27. Pohon je umístěn v prohlubni výtahové šachty. Hlavní část tvoří svařovaný rám 1, který je přišroubován ke dnu prohlubně. K rámu jsou připevněny ostatní části pohonu pomocí šroubových spojů. Poháněcí řetězové kolo je uloženo ve skříni 2, k ní je pomocí příruby připojena planetová převodovka 3. Převodovka je spojena s elektromotorem 4 spojkou 6, jejíž součástí je i brzdový buben. Brzda 5 je dvoučelisťová. Řetěz je namotán v zásobníku 7, odkud je pak přes poháněcí řetězové kolo veden do vodící drážky. Ruční kolo 8 je nasazeno na hřídeli elektromotoru, slouží k nouzovému pohonu výtahu při výpadku proudu. 8 4 1 6 5 3 2 7 Obr.27 Sestava pohonu 4.9.1 Rám Rám je svařen z válcovaných profilů L ČSN 42 5545 a profilu U ČSN 42 5570. K přišroubování rámu ke dnu prohlubně slouží 5 patek, které jsou vyrobeny z plechu. Materiál rámu je 11 373. 4.9.2 Planetová převodovka Je zvolena pomaluběžná excentrická převodovka typu Ec Box velikostní řady VIII (viz obr.28), jejíž parametry jsou uvedeny v tab.12. Obrázek 28 je pouze ilustrativní, neboť 45

u zvolené převodovky je výstupní hřídel nahrazena drážkovaným nábojem a vstupní náboj je nahrazen hřídelí s perem. Tab.12 Parametry planetové převodovky Ec Box i [-] P1 [kw] T1 [Nm] T2 [Nm] Fr Fa 54 7,5 47 2400 15000 12800 i hodnota převodu P1.. jmenovitý výkon elektromotoru T1. maximální hodnota vstupního momentu T2 maximální hodnota výstupního momentu Fr maximální radiální síla na válcovém konci výstupního hřídele Fa maximální axiální síla na výstupním hřídeli Obr.28 Planetová převodovka Ec Box v pohledu a v řezu Popis převodovky Excentrické převodovky typu Ec Box jsou kompaktní reduktory, které se vyznačují vysokými převodovými poměry, malými rozměry a malým počtem součástí. Jedná se o speciální typ diferenciálního planetového převodu s relativním pohybem satelitu na excentrickém vstupním hřídeli převodovky. Převodovka je osazena jedním satelitem v jednom převodovém stupni, který je v záběru s pevným korunovým kolem. Počet zubů korunového kola je proti satelitu větší o malý rozdíl (1-3 zuby).valivá vzdálenost tohoto převodu je tvořena excentricitou vstupního hřídele, která je na výstupní straně vyrovnána křížovou (Oldhamovou) spojkou. Převodovka se vyznačuje tichým klidným chodem, malými vůlemi převodu, nízkými setrvačnými hmotami a velmi malou náplní oleje. Účinnost převodovky je 0,92 0,93. 46

4.9.3 Elektromotor Je zvolen elektromotor od firmy Siemens. Jedná se o třífázový asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko v provedení patkovém. Označení elektromotoru dle výrobce je následující: 1LA7133-4AA10-ZK16. Základní parametry zvoleného elektromotoru udává tab.13. Elektromotor má dva konce hřídele, na jednom je nasazena spojka a na druhém ruční kolo, pro nouzový pohon. Tab.13 Parametry elektromotoru P1 [kw] n1 [min-1] cosφ [-] Mn [Nm] Mz/Mn [-] J [kg.m2] η [%] m1 [kg] 7,5 1455 0,82 49 2,7 0,024 87,5 56 P1.. jmenovitý výkon n1.. jmenovité otáčky cosφ účiník Mn.. jmenovitý moment Mz/Mn poměrný záběrný moment J.. moment setrvačnosti η. účinnost m1 hmotnost elektromotoru 4.9.4 Uložení poháněcího řetězového kola Sestava uložení poháněcího řetězového kola je znázorněna na obr.29. Základ tvoří těleso 1, které je vyrobeno z oceli na odlitky legované manganem dle ČSN 42 2709. Tento materiál se vyznačuje zvýšenou odolností vůči opotřebení. Těleso je k rámu přišroubováno pomocí čtyř šroubů. Skříň je tvořena čelem 3 a dvěma bočními díly 2. Čelo i boční díly jsou vyrobeny z materiálu 11 523. Víko skříně (na obrázku není viditelné) je svařené ze dvou ohýbaných plechových dílů, ke skříni je přišroubované pomocí osmi šroubů. Poháněcí řetězové kolo 5 je nasunuto na hřídeli. Hřídel je na jednom konci uložena v ložiskovém tělese 6 a na druhém konci je nasunuta do drážkovaného náboje planetové převodovky. K navádění řetězu do drážek tělesa slouží naváděcí hřídel 8, která je uložena ve dvou kuličkových ložiskách. Příruba 4 k připevnění planetové převodovky je přivařena k bočnímu dílu skříně. Naváděcí člen 7 slouží ke správnému navedení řetězu do vodící drážky. Zabraňuje tedy vybočení řetězu od svislého směru v momentu, kdy řetěz opouští řetězové kolo. Jednotlivé díly skříně jsou spojeny pomocí šroubových spojů. Šroubovaná skříň je zvolena z výrobních důvodů. Hřídel je s nábojem řetězového kola spojena pomocí svěrné spojky TOLLOK 400. 47