Jak określić moment zamykania zawiasów sprężynowych w drzwiach urządzeń

Aby określić zawiasy samozamykające do drzwi urządzeń, należy porównać minimalny dostępny moment zwrotny z momentem przeciwstawnym drzwi przy tych samych kątach montażu. Zestaw zawiasów musi umożliwić uruchomienie drzwi z wymaganych pozycji zwolnienia oraz doprowadzić do zakończenia zamierzonego ruchu zamykania, przy czym wysiłek potrzebny do otwarcia i siła uderzenia podczas zamykania muszą mieścić się w granicach określonych w projekcie. Wynik należy zweryfikować na kompletnych drzwiach.

Drzwi zamykające się z pozycji całkowicie otwartej mogą zatrzymać się przed dotarciem do zatrzasku po zwolnieniu. Siła powrotna sprężyny może być w tym miejscu mniejsza, na przykład z powodu oporu wywieranego przez uszczelkę, rampę zatrzasku lub linkę. Najwyższa wartość momentu obrotowego podana w katalogu nie gwarantuje, że drzwi zamkną się z tej pozycji.

W niniejszym artykule omówiono zawiasy ze sprężyną powrotną przeznaczone do drzwi urządzeń, które muszą zamykać się w określonej pozycji. Jeśli wciąż zastanawiasz się nad wyborem między zawiasem sprężynowym a oddzielnym samozamykaczem, zacznij od Porównanie zawiasów sprężynowych i samozamykaczy.

Zdefiniuj sposób zamykania drzwi

Należy określić, jaką funkcję muszą spełniać zamontowane drzwi: powrót do ościeżnicy, załączenie zatrzasku typu „push-to-close” lub ściśnięcie uszczelki do określonej pozycji. Należy uwzględnić samą ościeżnicę, uszczelkę, zatrzask, klamkę oraz okablowanie.

W przypadku zatrzasku dociskowego uruchamianego ręcznie zawias może jedynie ustawić drzwi w zasięgu ręki; użytkownik musi obrócić klamkę, aby zakończyć uszczelnianie. Proszę określić rolę zawiasu w tej sekwencji.

Trzy elementy określają wymóg ruchu:

• Zakres wydajności: pozycje początkowe, od których drzwi muszą zacząć się zamykać bez dodatkowego pchnięcia. Należy uwzględnić najmniejszy wymagany kąt zwolnienia, a nie tylko pozycję pełnego otwarcia.
• Stan końcowy: pozycja drzwi, zablokowanie zatrzasku oraz stan uszczelki – to czynniki decydujące o tym, czy drzwi uznaje się za zamknięte. Drzwi oparte o trzpień zatrzasku niekoniecznie są zamknięte.
• Stan instalacji: orientację osi zawiasu, położenie montażowe urządzenia oraz warunki eksploatacyjne, w których wymagany jest ten ruch.

Zakres zwolnienia należy odróżnić od maksymalnego skoku otwarcia. Funkcje utrzymywania w pozycji otwartej, zapadki lub strefy sprzężenia sprężynowego mogą uniemożliwić automatyczny powrót w części zakresu ruchu, który w innym przypadku byłby dozwolony.

Drzwi otwierane na bok i pokrywy poziome wymagają innych obliczeń

W przypadku idealnych drzwi otwieranych na bok, obracających się wokół osi pionowej, grawitacja nie wywiera momentu zamykającego względem tej osi. Masa drzwi nadal wpływa na obciążenia podpór, tarcie łożysk, ugięcie oraz bezwładność. Nie uzyskuje się wymaganego momentu zamykającego poprzez zwykłe pomnożenie masy przez połowę szerokości drzwi.

Pokrywa z osią poziomą charakteryzuje się momentem grawitacyjnym zależnym od kąta nachylenia, który może wspomagać działanie sprężyny lub mu przeciwdziałać. Oś nachylona również może powodować efekty grawitacyjne. Omówienie wyboru momentu obrotowego firmy Southco rozróżnia te orientacje. Należy określić opór montażowy drzwi otwieranych na bok, zamiast korzystać z obliczeń dotyczących podtrzymywania pokrywy.

Jak odczytać moment dokręcający z karty katalogowej

Moment zamykania zawiasu sprężynowego zazwyczaj zmienia się w zależności od położenia kątowego. Przed porównaniem ofert dostawców należy określić pozycję odniesienia na każdym rysunku i przełożyć ją na kąt nachylenia zamontowanych drzwi. Pozycja zerowa podana w katalogu może odnosić się do skrzydeł zawiasu, a nie do drzwi urządzenia przylegających do ościeżnicy.

Na przykład program KIPP Zawias z zamknięciem sprężynowym o momencie obrotowym 0,7 N·m podaje wartości siły sprężyny zamykającej wynoszące 0,23 N·m przy 0°, 0,45 N·m przy 90° oraz 0,7 N·m przy 180°, zgodnie z konwencją kątową stosowaną w katalogu. Są to dane dotyczące produktu tego producenta, a nie parametry techniczne zawiasów HSP. Przykład ten pokazuje, dlaczego wartość “0,7 N·m” bez podania kąta jest niekompletna.

Należy sprawdzić, czy podana wartość odnosi się do teoretycznego momentu obrotowego sprężyny, czy też do zmierzonej wartości wyjściowej zmontowanego zawiasu. Tarcie wewnętrzne wpływa na moment obrotowy dostępny podczas ruchu powrotnego. Uwaga Gudena dotycząca momentu obrotowego zawiasów sprężynowych wyjaśnia, że tarcie sprężyny i zawiasu powoduje histerezę oraz że podane wartości odpowiadają określonej pozycji zawiasu.

Siła potrzebna do otwarcia zawiasu może zatem różnić się od siły, jaką wywiera on podczas powrotu pod tym samym kątem. Do oceny skuteczności samozamykania należy wykorzystać wyniki pomiarów w kierunku zamykania. Pomiary w kierunku otwierania służą do oceny siły, jaką musi pokonać osoba obsługująca.

Należy uzyskać wartości momentu obrotowego w kierunku zamknięcia w pozycjach krytycznych lub krzywą zależności momentu obrotowego od kąta obrotu wraz z tolerancjami i warunkami badania. Sama wartość maksymalna bez wymaganych danych dotyczących ruchu powrotnego nie wystarcza do dokonania wyboru.

Opór w pobliżu pozycji zamknięcia

Opór zamykania niekoniecznie jest stały. Drzwi mogą swobodnie się poruszać przez większość swojego skoku, a następnie napotkać gwałtowny wzrost oporu w momencie, gdy uszczelka zaczyna się ściskać lub rygiel styka się z zaczepem. Pętla przewodowa może zwiększać opór już we wcześniejszej fazie ruchu drzwi.

Należy dopasować każde obciążenie powodujące opór do kąta, pod którym występuje. Przed zwiększeniem momentu sprężyny należy skorzystać z poniższych wskazówek, aby odróżnić zamierzony opór od problemu związanego z montażem.

Jeśli po dokręceniu skrzydeł zawiasów wzrośnie opór, należy sprawdzić sposób zamocowania. Ta obserwacja stanowi powód do sprawdzenia wyrównania, a nie dowód na istnienie jednej konkretnej przyczyny. To przewodnik dotyczący ustawiania osi zawiasów przemysłowych szczegółowo omawia tę diagnozę.

W celu wstępnej kontroli siły przyłożonej zmierzoną siłę styczną można przeliczyć na równoważny moment:

M = F × r, gdzie F to siła styczna wyrażona w niutonach, a r to odległość od osi zawiasu do punktu przyłożenia siły w metrach. Wynik podaje się w N·m. W przypadku siły, która nie jest styczna, zamiast odległości do punktu przyłożenia siły należy zastosować odległość prostopadłą od osi zawiasu do linii działania siły.

Należy odnotować kąt, kierunek, punkt przyłożenia siły oraz elementy aktywne podczas pomiaru. Gdy sprężyna jest nadal napięta, miernik rejestruje całkowitą reakcję zespołu; nie jest to niezależny pomiar oporu uszczelki ani zatrzasku. Aby wyodrębnić poszczególne składowe, może być konieczne przeprowadzenie kontrolowanego testu elementu lub zastosowanie odpowiednio podpartego zespołu z odłączonym mechanizmem powrotnym. Podczas izolowania zgromadzonej energii sprężyny należy postępować zgodnie z instrukcjami producenta zawiasów.

Należy również odróżnić siłę potrzebną do ponownego uruchomienia nieruchomych drzwi od siły potrzebnej do utrzymania ich w ruchu. Powolny ruch może nie uwzględnić oporu, który uniemożliwia ruszenie drzwi po ich zwolnieniu. Szczegółowe wytyczne dotyczące uchwytów i przyrządów znajdują się w jak zmierzyć moment obrotowy zawiasu.

Należy unikać podwójnego uwzględniania strat. Jeśli wartość zwrotna dostawcy uwzględnia już wewnętrzne tarcie zawiasów, należy wykluczyć to samo tarcie z sumy obciążenia przeciwnego. Przed połączeniem odczytu z zainstalowanego miernika z danymi dotyczącymi elementów należy ustalić, co obejmuje ten odczyt.

Ustaw zakres momentu zamykania oraz limit siły otwierania

Minimalny moment zwrotny wynika z zadania zamykania. Siła potrzebna do otwarcia, charakterystyka zamykania oraz obciążenia elementów ograniczają wielkość momentu sprężyny, jaki może wykorzystać zespół. Silniejsza sprężyna może rozwiązać problem niedostatecznej siły zamykania, ale jednocześnie utrudni otwarcie drzwi.

W przypadku wstępnej kontroli drzwi poruszających się swobodnie przy niskiej prędkości należy stosować stały kierunek pozytywny w stronę zamknięcia:

Dostępny moment zwrotny + moment wspomagający > moment przeciwny

Należy zastosować tę zależność dla całej wymaganej drogi przemieszczenia, przyjmując minimalną dostępną moc wyjściową oraz największe wiarygodne obciążenie przeciwne w określonych warunkach. W każdym wymaganym położeniu zwolnienia należy uwzględnić opór przy uruchamianiu z pozycji spoczynkowej. Równość nie pozostawia żadnego marginesu na odchylenia.

Jest to analiza orientacyjna, a nie kompletny model dynamiczny. Przyspieszenie, tłumienie zależne od prędkości, zablokowanie styku oraz uderzenie mogą wpłynąć na wynik. Jeśli drzwi zamykają się dopiero po pchnięciu lub długim ruchu wahadłowym, ich pęd może sprawić, że miną przeszkodę, której sprężyna nie jest w stanie pokonać, zaczynając od stanu spoczynku.

Wartość rezerwy należy ustalić na podstawie zmienności wydajności, oporu montażowego, temperatury, zużycia oraz niepewności pomiarowej. Brakujące dane należy uzupełnić na podstawie informacji od dostawców lub wyników kontrolowanych testów; nie można ustalić rezerwy wymaganej dla danego zespołu na podstawie uniwersalnej wartości procentowej.

Sprawdź limit siły potrzebnej do otwarcia za pomocą moment obrotowy w kierunku otwarcia, a nie wartość zwrotu netto stosowana przy zamykaniu. W określonej pozycji uchwytu przy pociągnięciu stycznym, F = M / r. W tym przypadku M oznacza moment oporu w kierunku otwierania uwzględniony w obliczeniach, a r – odległość uchwytu od osi zawiasu. Należy uwzględnić oddzielne rezerwy na odblokowanie uszczelki, uruchomienie zatrzasku oraz obciążenia linki, o ile nie zostały one już uwzględnione w wartości M.

Należy zmierzyć całe drzwi w rzeczywistym punkcie pracy. Przesunięcie klamki bliżej osi zawiasu zwiększa siłę wymaganą do pokonania tego samego momentu oporu. Wynik pomiaru wykonanego na zewnętrznej krawędzi nie jest porównywalny z wynikiem uzyskanym przy klamce umieszczonej bardziej do wewnątrz.

Sprężyna powrotna sama w sobie nie zapewnia również kontrolowanej prędkości zamykania. Jeśli dany model zamyka się niezawodnie, ale uderza o ościeżnicę zbyt mocno, należy ocenić układ tłumienia oraz wymagania dotyczące zamykania. Samo zwiększenie lub zmniejszenie momentu obrotowego sprężyny może nie zaspokoić obu tych wymagań.

Dwa zawiasy o wystarczającym momencie obrotowym w teorii

W przypadku sztywnych drzwi wyposażonych w kompatybilne, współosiowe zawiasy siły zamykające pochodzące ze sprężyn aktywnych sumują się. Swobodnie obracający się zawias pomocniczy zapewnia podparcie i opór, ale nie zapewnia siły powrotnej sprężyny. Należy policzyć zawiasy, które faktycznie zapewniają moment zamykający, i zastosować ich wartości przy tym samym kącie montażu.

Ogranicznik drzwi zatrzymuje się tuż przed zaciągnięciem się zatrzasku

Rozważmy przykładowe drzwi urządzenia z osią pionową, które muszą się zamknąć z pozycji spoczynkowej pod kątem 8° od pozycji zamkniętej. Drzwi są wyposażone w dwa zawiasy sprężynowe, z których każdy ma deklarowaną siłę 1,0 N·m w pozycji szerokiego otwarcia. W tym przykładzie załóżmy, że minimalna siła zwrotna netto w pozycji montażowej 8° wynosi 0,38 N·m na zawias. Załóżmy, że opór zewnętrzny w tym miejscu jest równoważny sile stycznej o wartości 3 N w odległości 0,30 m, z wyłączeniem tarcia już uwzględnionego w sile zwrotnej zawiasu.

• Dostępny moment obrotowy zwrotny: 2 × 0,38 = 0,76 N·m.
• Moment przeciwny: 3 × 0,30 = 0,90 N·m.
• Niedobór: 0,90 − 0,76 = 0,14 N·m przy 8°.

Oryginalna para nie przeszła tej wstępnej kontroli, mimo że jej łączna maksymalna wartość podana w specyfikacji wynosi 2,0 N·m. Najpierw należy sprawdzić, czy zakładane obciążenie przeciwne wynika z konieczności działania uszczelki lub zatrzasku, czy też jest to przeszkoda, którą można wyeliminować. Jeśli 0,90 N·m pozostaje oporem projektowym, to 0,45 N·m na jeden zawias jedynie zrównoważyłoby ten opór; określona minimalna siła wyjściowa musi przekraczać ten poziom z odpowiednim zapasem.

Należy poprosić kandydata o przedstawienie wyników pomiarów w pozycji 8° oraz w innych krytycznych kątach. Następnie należy przetestować zmodyfikowany zespół od stanu spoczynku w pozycji 8°, poprzez wymagany zakres zwalniania, aż do określonej pozycji uchwytu. Zatwierdź go tylko wtedy, gdy osiągnie określony stan końcowy i spełni limity siły otwierania oraz charakterystyki zamykania. Obliczenia wskazują na niedociągnięcie; nie gwarantują one jednak, że nieprzetestowany zamiennik przejdzie testy.

Dodanie kolejnego zawiasu sprężynowego wpływa nie tylko na całkowity moment obrotowy. Zmienia ono również siłę potrzebną do otwarcia oraz wprowadza kolejne miejsce mocowania, które musi znajdować się na tej samej osi. Nośność konstrukcji i siła sprężyny pozostają odrębnymi parametrami; nie należy dzielić ciężaru drzwi przez liczbę zawiasów i traktować wyniku jako wartości znamionowej momentu zamykania.

W przypadku zawiasów z regulowanym napięciem wstępnym obowiązują dopuszczalne przez producenta ustawienia oraz ograniczenia zakresu ruchu. Nie należy zakładać, że zawias ze sprężyną o stałym napięciu można regulować w terenie ani że zwiększenie napięcia wstępnego nie wpływa na maksymalny kąt otwarcia.

Dokumenty, o których przedłożenie należy poprosić wraz z próbką

Należy określić numer katalogowy i wersję próbki, kierunek sprężyny, orientację montażową, pasujące zawiasy oraz ustawienie napięcia wstępnego. Samo dopasowanie wymiarów nie pozwala odtworzyć jej zachowania podczas powrotu.

Dane uzupełniające powinny odpowiadać na cztery pytania dotyczące konkretnego produktu:

• Jakie opcje wyjściowe są dostępne? Moment obrotowy w kierunku zamykania przy uzgodnionych kątach, z określoną wartością minimalną, maksymalną lub tolerancją.
• W jaki sposób to uzyskano? Wartość odniesienia kąta, kierunek pomiaru, metoda dynamiczna lub statyczna, temperatura oraz informacja, czy podana wartość wyjściowa uwzględnia tarcie wewnętrzne zawiasów.
• Co dzieje się po użyciu? Po zakończeniu uzgodnionego cyklu lub kondycjonowania należy ponownie wykonać pomiary, stosując tę samą metodę i te same punkty odniesienia kątowych, co podczas kontroli wstępnej.
• Jaką konfigurację przetestowano? Sam zawias lub zestaw zawiasów, ustawienie sprężyny, sposób montażu oraz wszelkie obciążenia nośne występujące podczas pomiaru.

Sama inwentaryzacja cykliczna nie pokazuje, ile pozostało wydajności końcowej. Należy porównać pomiary wydajności początkowej i końcowej w pobliżu wartości końcowej, stosując tę samą metodę, a następnie powtórzyć kontrole wydajności operacyjnej.

Należy uwzględnić temperatury i warunki eksploatacji, które mogą wpływać na siłę sprężyny lub opór zespołu, takie jak zimne uszczelki, zmiany smaru, zanieczyszczenia lub korozja. Jeśli nie jest dostępna pełna krzywa momentu obrotowego w funkcji kąta, należy uzgodnić pomiary w krytycznych pozycjach drzwi.

Testy przed dopuszczeniem do użytku kompletnych drzwi do urządzeń

Dane z testów laboratoryjnych pozwalają wyłonić potencjalny produkt. Testy w warunkach rzeczywistych pozwalają określić jego zachowanie w połączeniu z rzeczywistymi drzwiami, ościeżnicą, uszczelkami, zamkiem, okablowaniem i układem amortyzującym.

1. Należy określić warunki montażu końcowego. Należy stosować określone elementy mocujące i parametry dokręcania, masę drzwi i elementy mocujące zgodne z projektem produkcyjnym oraz przewidzianą konfigurację sprężyn. Przed rozpoczęciem testów należy sprawdzić, czy nie występują niezamierzone styki.
2. Zwolnienie z wymaganych stanowisk. Należy uwzględnić minimalną pozycję otwarcia, pozycje w pobliżu uszczelki lub styku zatrzasku, reprezentatywną pozycję pośrednią oraz maksymalną wymaganą pozycję zwolnienia. Przed zwolnieniem należy poczekać, aż drzwi się ustabilizują, aby badanie nie obejmowało przypadkowego pchnięcia.
3. Zwróć uwagę na sposób zbliżania się do zamknięcia. Należy odnotować każde zawahanie, zacięcie, odbicie lub gwałtowne uderzenie, podając również kąt, pod którym to nastąpiło. Należy zweryfikować rzeczywisty stan końcowy, a nie oceniać go wyłącznie na podstawie dźwięku.
4. Zmierzyć siłę potrzebną do otwarcia w określonym punkcie uchwytu. Należy określić obowiązujące wartości graniczne siły rozruchowej i siły przesuwu, a w razie potrzeby oddzielnie określić działanie zatrzasku.
5. Powtórz w określonych warunkach. Należy stosować uzgodnioną liczbę próbek i powtórzeń, procedury operacyjne, warunki środowiskowe oraz kontrole po zakończeniu cyklu. Należy odnotować zmiany w konfiguracji i ponownie przetestować wymaganie, którego te zmiany dotyczą.

W przypadku zablokowania, odbicia lub silnego uderzenia konieczne jest zarejestrowanie danych dla konkretnego kąta. W przypadku zablokowania przed zmianą ustawienia sprężyny należy sprawdzić stykanie się elementów oraz przeciążenie w tym położeniu. W przypadku silnego uderzenia należy sprawdzić układ tłumienia oraz moment obrotowy. Przejście z pozycji całkowicie otwartej nie oznacza zamknięcia pod małym kątem, a dotarcie do ramy nie oznacza, że drzwi pozostają zamknięte.

Test samozamykalności nie stanowi certyfikacji blokady bezpieczeństwa ani stopnia ochrony obudowy. W przypadku gdy wymagane jest spełnienie któregokolwiek z tych warunków, nadal obowiązują odrębne kryteria akceptacji na poziomie systemu. Kwestie dotyczące konkretnych osłon omówiono w zawiasy do osłon maszyn i drzwi bezpieczeństwa.

Należy umieścić wymóg zamknięcia na rysunku

Podłącz wyjście zawiasu do elementu ruchu zaznaczonego na rysunku i określ oczekiwane zachowanie w specyfikacji zespołu. Inny inżynier powinien być w stanie zinterpretować oba elementy bez oglądania oryginalnej prezentacji.

Jeśli nadal trwa ustalanie momentu obrotowego, należy przedstawić wymagania funkcjonalne i poprosić o podanie mierzalnego zakresu wartości wyjściowych. Propozycję tę należy traktować jako wstępną, dopóki próbka nie spełni określonych warunków dotyczących drzwi.

Zapoznaj się z opcje zawiasów sprężynowych i samozamykających się w odniesieniu do tych wymagań. W celu sprawdzenia momentu obrotowego, prześlij rysunek drzwi oraz wymagania dotyczące ich zamykania, w tym orientację osi zawiasu, zakres zwolnienia, układ zatrzasku lub uszczelnienia, wszelkie odczyty oporu oraz graniczną siłę potrzebną do otwarcia przy klamce. Przed zamówieniem próbki należy zapytać, jakie dane dotyczące potencjalnych konfiguracji i momentu zwrotnego są dostępne.

Pytania dotyczące momentu obrotowego zawiasów samozamykających się

A co, jeśli dostawca podaje masę drzwi, ale nie podaje momentu obrotowego?

Zapytaj, jaka geometria drzwi, układ zawiasów, kąt zwolnienia oraz warunki eksploatacji wpłynęły na sformułowanie tej rekomendacji. Tabela doboru oparta na masie może pomóc w zawężeniu wyboru produktów, ale nie określa ona momentu zwrotnego dostępnego w odniesieniu do danej uszczelki lub zatrzasku.

Czy zawias musi automatycznie zatrzasnąć się w zaczepie?

Tylko wtedy, gdy jest to częścią określonej funkcji, a zatrzask umożliwia automatyczne zablokowanie. Niektóre drzwiczki urządzeń powracają do pozycji spoczynkowej, a następnie wymagają ręcznego zablokowania lub dociśnięcia. Przed wyborem sprężyny należy opisać przewidywaną sekwencję działania.