Осипов А.Ю. "Устройство цепного конвейера эскалатора"

Осипов Александр Юрьевич, главный конструктор НПАО «НПХ Рокада»

Устройство цепного конвейера эскалатора

В статье подробно описывается конструкция цепного конвейера эскалатора, даны основные формулы по определению производительности пропускной способности, полному расчетному усилию.

Устройство цепного конвейера эскалатора

Для современных городов характерны огромные потоки людей в метро, аэропортах, на вокзалах, ярмарках, выставках, в торговых центрах, подземных уличных переходах. Для транспортирования такого большого количества людей с одного уровня на другой применяют транспортирующие машины непрерывного действия – эскалаторы.

Эскалатор (англ. escalator, от лат. scala – лестница) – это наклонный цепной конвейер, обеспечивающий пропуск больших масс людей. Он является подъемно-транспортной машиной в  виде наклоненной на 30–35° к горизонту лестницы с движущимися ступенями для перемещения людей с одного уровня на другой. Рабочий орган эскалатора состоит из лестничного полотна и поручней, движущихся по замкнутой трассе. Ступени лестницы прикреплены к замкнутой цепи, которая приводится в движение от электродвигателя через редуктор. Верхняя ветвь цепи имеет тот же вес, что и нижняя, это экономит электроэнергию. В итоге эскалатор тратит энергию только на преодоление трения и поднятие вверх стоящих на лестнице пассажиров. При ширине лестничного полотна от 0,8 до 1 м по эскалатору в минуту может перемещаться до 300 человек со скоростью 0,5–1 м/с.

В нашей стране строительство эскалаторов началось после июньского пленума ЦК ВКП(Б), который состоялся в 1931 году. Тогда было принято решение о строительстве метрополитена в Москве и этот день можно считать точкой отсчета. Изготовлением и проектированием эскалаторов нашего производства было поручено заводу «Подъемник» и «Красный металлист». Первый изготовил и спроектировал первые шесть эскалаторов типа Э-1, второй в тоже время изготовил и спроектировал девять эскалаторов типа Н-30.

На первой станции метрополитена в Москве были установлены эскалаторы этих двух типов, а сама станция была открыта в 1935 году. Стоит сказать, что за границей наше оборудование стали использовать лишь в 50-х годах. Конструкция оборудования от отечественных заводов отличалась большой сложностью, только эскалатор Н-30 насчитывает около 150 тысяч элементов и узлов, столько же креплений, было использовано около пяти тясяч прокладок. В среднем, работа потребовала участия более 60 советских заводов. С того времени уже прошло более семидесяти лет, но только в 1990 году стали проводиться работы по замене старого оборудования на новое.

Все эскалаторы можно разделить на две группы: предназначенные для установки в метрополитене и на других подобных объектах, и поэтажные, предназначенные для установки в общественных и административных зданиях. Устройство эскалаторов одинаково, они различаются некоторыми конструктивным и эксплуатационными особенностями.

Поэтажные эскалаторы предназначены для подъема и спуска пассажиров на сравнительно небольшую высоту, как правило, с этажа на этаж здания. Основные требования к ним: минимальные габариты, малошумность, эффектная внешняя отделка, гармонирующая с интерьером здания, более строгие требования к безопасности, возможность реверсирования.

При их использовании стоит руководствоваться следующими документами:

·         ГОСТ Р 54765-2011 [1]
·         ГОСТ Р 53387-2009 [2]
·         ПБ 10-77-94 [3]
·         ГОСТ Р 12.4.026-2001 [4]
·         ГОСТ Р 50030.5.1-2005 [5]
·         ГОСТ Р 51334-99 [6]

Чаще всего эскалаторы применяются в метрополитене, крупных административных, торговых и  транспортных комплексах.  Иногда их используют в уличных переходах, причем разработана конструкция эскалатора, который не боится дождя и снега, что позволяет устанавливать его под открытым небом, а не только в закрытых помещениях.

Начиная с  1900  года времени демонстрации первого эскалатора – все привыкли к тому, что лестница идет только прямо. Однако в стесненных условиях, например при ограниченной величине подъема, или если требуется подъем с  поворотом, применяют винтовые эскалаторы – с трассой лестничного полотна, расположенной в вертикальной шахте, круглой в плане. Несколько конструкций винтового эскалатора запатентовано в нашей стране в 1940–1950-х годах.

Одно из главных преимуществ традиционного эскалатора перед лифтом заключается в  том, что, если пассажир не стоит, а  идет, он движется в два раза быстрее, а производительность эскалатора, соответственно, удваивается; если же эскалатор выключился, то им можно пользоваться как обычной лестницей.

В современном мире к эскалаторам предъявляют особые требования, они должны быть малошумными, небольших габаритов, а кроме того гармонировать с внешним интерьером.

Эскалаторы тоннельного типа устанавливаются в метрополитенах, они отличаются большой высотой, значительной скоростью подъема пассажиров, отличной провозной способностью, небольшой массой и умеренными габаритами.

Что касается поэтажных эскалаторов, то их используют чаще всего в административных зданиях, небольших магазинах.

Устройство цепного конвейера эскалатора

В конструкции такого эскалатора присутствуют:

1 – ступени;

2 – тяговые цепи;

 3 – привод поручней;

4 – поручневое устройство;

5 – привод лестничного полотна;

6 – направляющие ходовых катков ступеней

Все, что есть в конструкции эскалатора монтируется на металлоконструкцию. Натяжная станция располагается в специальной камере, а привод в отдельно созданном машинном помещении.

Тяговая цепь эскалатора имеет свои особенности, как, к примеру, наличие упора на пластинах снаружи, которые призваны обеспечивать возможность перегиба цепи в одну сторону. В совокупности с направляющими путями упоры обеспечивают неизменное положение цепи, даже на случай, если она оборвется.

Конструктивная схема эскалатора выглядит следующим образом:

Устройство цепного конвейера эскалатора

1 – натяжная звездочка;

2 – входная площадка;

3 – ступенчатый настил;

4 – поручень;

 5 – тяговые цепи;

6 – привод;

7 – приводная звездочка;

8 – направляющие пути;

9 – балюстрада

Полотно такого эскалатора представляет собой ступени, которые располагаются на двух тяговых цепях. Каждая ступенька опирается на 4 катка, два из них связаны с осью тяговой цепи, а остальные два вспомогательные.

Более подробно рассмотреть конструкцию тяговой цепи можно на следующем рисунке:

Устройство цепного конвейера эскалатора

1 – наружная пластина;

2 – упор цепи;

3 – внутренняя пластина;

 4 – ролик;

5 – втулка;

6 – полый валик;

7 – стопорная шайба;

8 – соединительный валик;

9 – соединительная пластина;

10 – сплошной валик;

11 – пружинное кольцо

Ступени эскалатора – металический каркас с гребенчатой плитой, подступенькой и катками, изготовленными из прочного пластмасса. Катки располагаются на шарикоподшипниках.

Устройство цепного конвейера эскалатора

1 – основные катки;

2 –подступенок;

3 –каркас;

4 –вспомогательные катки;

5 –тяговые цепи;

6 –гребенчатая плита;

7 и 8 –оси катков.

Производительная пропускная способность эскалатора расчитывается по формуле:

            3600 ψ∆v

Z = ______________=9000 ψ∆v

             Qc

Более подробно конструкция цепного конвейера эскалатора выглядит следующим образом:

Устройство цепного конвейера эскалатора

Европейский стандарт EN 115 определяет проектирование безопасных конструкций и безопасную установку эскалаторов и бегущих дорожек в зданиях. Эскалаторы и бегущие дорожки не подходят для перемещения инвалидных кресел и детских колясок. Рекомендуется вывесить знак у входа на эскалаторы и бегущие дорожки, который указывает, где находятся ближайшие лифты для перевозки инвалидов.

Правильное число горизонтальных ступеней/паллет в местах входа и выхода с эскалаторов, наклонных бегущих дорожек (т.е. так называемый ход ступеней/паллет) согласно EN 115 зависит от высоты подъёма, наклона и номинальной скорости. Чтобы гарантировать безопасное использование эскалаторов и бегущих дорожек, необходимо обеспечить достаточно свободного пространства, как на верхнем, так и на нижнем участках входа  и выхода.

Для бегущих дорожек, на которых ожидается большой пассажиропоток и которые также спроектированы для перевозки торговых и багажных тележек, свободное пространство должно иметь длину не менее 5 м. Пассажирские информационные стойки, должны быть установлены за пределами свободного места, в противном случае должны быть применены особые правила согласно EN 115-4.

Балюстрады выпускаются высотой 900, 1000 и 1100 мм. Преимущество балюстрады высотой 900 мм состоит в том, что даже маленькие дети могут легко дотянуться до перил. Для большей высоты мы рекомендуем балюстрады высотой 1000 мм. Также возможна высота балюстрады 1100 мм при требовании норм безопасности.

Высота свободного пространства в каждой точке вдоль ступеней/паллет должна составлять как минимум 2,3 м.

Горизонтальный зазор от внешнего края поручней до стен или других препятствий должен быть как минимум 80 мм. Этот зазор должен выдерживаться вплоть до высоты как минимум 2,1 м выше полотна ступеней/паллет. При вертикальных стенах для всех эскалаторов и бегущих дорожек компании Schindler указанный зазор безопасности составляет 80 мм.

В случае если эскалаторы или бегущие дорожки установлены в перекрестной последовательности, а также при наличии открытого пространства на этаже, есть риск заклинивания между балюстрадами и соседним эскалатором/бегущей дорожкой или перекрытием и колонной. Если расстояние между центром поручня и препятствием составляет менее 400 мм, то Заказчик должен установить защитные барьеры или потолочные отражатели.

Отражатели должны быть крепко закреплены в целях соответствия всех требований. Дополнительный установленный отражатель может использоваться в дополнение к обязательным жестко установленным отражателям.

Чтобы предотвратить несанкционированное проникновение на эскалатор/бегущую дорожку, должны быть приняты соответствующие меры. Защитные барьеры и ограждения должны быть установлены на балюстраде там, где это необходимо.

К эскалаторам и бегущим дорожкам, устанавливаемым снаружи, предъявляются особые требования, так как оборудование в этом случае подвергается атмосферному воздействию.

Эти требования объясняются необходимостью обеспечения оптимального коэффициента использования оборудования и обеспечения наиболее длительного срока службы всех его компонентов.

В ходе тягового расчета определяют силы сопротивления и натяжения цепей на отдельных участках  трассы. Максимальное натяжение цепей рассчитывается путем последовательного определения сопротивлений на отдельных участках, начиная от точки наименьшего натяжения.

Минимальное натяжение принимают равным не менее 500 Н на одну цепь (обычно Smin= 1–3 кН).

Линейную силу тяжести настила с цепями q0 (Н/м) определяют по справочникам и каталогам, обычно q0 ≈ 600 B + A, где А – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа и ширины настила.

Полное расчетное усилие:

Smax = Sст + Sдин

Sст – статическое натяжение тяговых цепей, Н;

Sдин – динамические нагрузки в тяговых цепях, Н.

Если тяговый элемент состоит из двух цепей, то расчетное усилие на одну цепь учитывается коэффициентом неравномерности ее распределения Сн =1,6–1,8.

Расчетное усилие одной цепи Sрасч = Smax, двух цепей Sрасч = (1,5Smax) / 2.

Окружное усилие на звездочке:

Р = ∑ W = Sст – S0 ,

Sст – наибольшее статическое усилие в тяговых цепях в точке набегания на приводные звездочки, полученное методом обхода по контуру, Н;

S0 – натяжение цепей в точке сбегания с приводной звездочки, Н.

Мощность привода конвейера:

Nв = Q Lг ω / 367,

Q – производительность, т/ч;

Lг – горизонтальная проекция длины, м;

ω0 – обобщенный коэффициент сопротивления движению.

Далее производится выбор двигателя, определение передаточного числа и выбор редуктора; определение фактической скорости движения и уточнение производительности; определение статического тормозного момента (для наклонных конвейеров); расчет тормозного момента; определение хода натяжного устройства.

Поверочный расчет включает уточненный тяговый расчет методом обхода по контуру; проверку выбранной тяговой цепи; проверку рассчитанной мощности привода; выбор типа натяжного устройства.

Список литературы:

1.        ГОСТ Р 54765-2011 «Безопасность машин. Основные понятия, общие принципы конструирования.»
2.        ГОСТ Р 53387-2009 «Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа и снижения риска.»
3.        ПБ 10-77-94 «Правила устройства и безопасной эксплуатации эскалаторов»
4.        ГОСТ Р 12.4.026-2001 «Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний»
5.        ГОСТ Р 50030.5.1-2005 «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Глава 1. Электромеханические аппараты для цепей управления»
6.        ГОСТ Р 51334-99 «Безопасность машин. Безопасные расстояния для предохранения верхних конечностей от попадания в опасную зону»