Как определять ограничители хода промышленных ворот: угол открытия, ударная нагрузка и перебег

Ограничители хода промышленных ворот не следует определять исходя из того, под каким углом поворачивается петля. К моменту, когда петля достигнет предельного механического хода, ручка может уже удариться о соседний корпус, кабель может оказаться натянутым, кронштейн блокировки может быть перегружен, либо не рассчитанный на такую нагрузку внутренний элемент петли может принять на себя удар от всей двери.

Таким образом, для разработки эффективной спецификации устройства остановки при входе требуется не только один угол. Необходимо определить требуемое рабочее положение, заданное положение первого контакта остановки, максимальное безопасное положение, допуск на смещение после первого контакта, а также конструктивный путь, способный поглотить удар при остановке, не перенося нагрузку на непредназначенный для этого элемент.

Самым часто упускаемым из виду фактором является динамическая нагрузка. Вес двери имеет значение, когда петли удерживают створку, но при движении двери на упор действует энергия вращения. Упор, который выдерживает медленное перемещение двери рукой, может деформироваться, если ту же самую дверь быстро толкнуть, привести в движение с помощью пружины, подвергнуть воздействию ветра или дать ей набрать скорость перед соприкосновением.

Для упоров, ограничивающих открытие промышленных ворот, требуется два угловых профиля

Первое ограничение связано с работами, которые должны быть возможны при открытой двери. Технику может потребоваться достаточное свободное пространство для извлечения фильтра, доступа к клеммной колодке, снятия модуля привода, подключения измерительного прибора или выполнения работ рядом с корпусом, при этом дверь не должна занимать это пространство.

Назовем это минимальный рабочий угол. Это требование к монтажу, а не номинальная нагрузка на петлю.

Второе ограничение возникает в противоположном направлении. Проследите движение двери в открытом положении до тех пор, пока не возникнет первое недопустимое состояние. Это может быть соприкосновение с другим оборудованием, чрезмерный изгиб кабеля, попадание ручки в проход, опасная геометрия защемления, удары устройства, установленного на двери, о раму или недостаточный остаточный зазор до другого движущегося узла.

Это становится максимальный безопасный угол. Система открытия-остановки должна работать в пределах этих двух границ с достаточным запасом, учитывающим производственные допуски, деформацию конструкции и перемещение после первого контакта.

Между требуемым рабочим положением и первым небезопасным положением должно быть предусмотрено пространство для реальных производственных отклонений. Если конструкция работает только при одном математически точном угле, то для упора не остается полезного запаса допуска.

Привязать угол к реальному ориентиру

“Фраза ”останавливается при 110°» будет неполной, если не все будут измерять угол 110° исходя из одной и той же геометрии.

На чертеже сборки определите неподвижную опорную поверхность, подвижную опорную поверхность, ось шарнира и направление вращения. Закрытое положение можно считать равным 0°, если само закрытое положение является повторяемым, однако это допущение следует проверить в случае дверей, закрывающихся с прижимом к сжимаемым прокладкам или регулируемым защелкам.

Кроме того, следует учитывать разницу между углом механизма петель и углом готовой двери. Кронштейны, смещения, профилированные отводы дверей и многозвенные скрытые механизмы могут привести к тому, что указанный в каталоге угол станет неудовлетворительной заменой положению реальной дверной панели.

В случае скрытых механизмов перед установкой упора необходимо проследить полную траекторию движения. Дверь может упираться в коробку под промежуточным углом, даже если у самой петли ещё остаётся запас хода. Подробные геометрические данные приводятся в вырез для скрытой петли и направляющая для зазора; в спецификации остановки следует использовать полученные допустимые значения перемещения, а не повторять здесь анализ выреза.

Не устанавливайте конечный ход шарнира в качестве остановки по умолчанию

Шарнир может иметь максимальный геометрический ход, но при этом не быть рассчитанным на поглощение ударов, возникающих при многократном открывании в пределах этого хода.

Это два разных требования. Одно определяет, на какой угол может поворачиваться механизм. Другое — что происходит, когда движущаяся дверь должна быть приведена в состояние полной остановки.

Если первым точкам жесткого контакта становятся внутренний штифт, соединительная деталь, край створки или элемент скрытой петли, то реакция на упор распространяется по конструкции петли и её крепежному соединению. Результатом может стать деформация створки, ослабление крепежных элементов, растяжение отверстий, повреждение штифтов, смещение кронштейна или постепенное нарушение выравнивания двери, даже если петля без проблем выдерживает статическую нагрузку двери.

Интегрированная остановка является полностью допустимой, если шарнир специально разработан для выполнения этой функции и его допустимое состояние остановки задокументировано для предполагаемой конфигурации. В отсутствие таких данных геометрический предел шарнира следует рассматривать как границу движения, а не как номинальную ударную нагрузку.

Функции «Остановка», «Удержание в открытом положении» и «Демпфирование» выполняют разные задачи

В технических характеристиках промышленных ворот термин “остановка” часто используется для обозначения нескольких различных режимов работы. Это создает проблемы, когда поставщик реализует одну функцию, а для конкретной установки требуется другая.

Механизм может объединять две или более функций, но в техническом описании их все равно следует указывать отдельно. Например, доводчик двери может замедлять движение в конце хода открывания, а затем достигать конструктивного предела. Шарнир с ограничителем крутящего момента может удерживать створку во время эксплуатации, в то время как отдельный кронштейн ограничивает максимальный ход.

Это различие имеет значение, поскольку снижение скорости приближения может существенно уменьшить энергию, действующую на конечный упор, в то время как простое установление более прочного упора никак не влияет на скорость движения двери при приближении.

Ударная нагрузка начинается с энергии, приложенной к двери

Статическую нагрузку на дверь и удар при открытии и остановке не следует рассматривать как один и тот же расчет.

Дверь с боковыми петлями, вращающаяся вокруг оси петли, обладает кинетической энергией вращения непосредственно перед тем, как вступит в действие упор. Для предварительной инженерной оценки:

Для тонкой, приблизительно однородной прямоугольной двери, вращающейся вокруг одного вертикального края, предварительная оценка момента инерции составляет:

Используйте массовые характеристики, полученные с помощью САПР, если дверь содержит тяжелые окна, ручки, теплоизоляцию, запорные стержни, дисплеи или другие компоненты, которые изменяют распределение массы. Если фактическая ось петли смещена относительно предполагаемого края двери, используйте момент инерции массы относительно фактической оси вращения, а не опирайтесь на упрощенное уравнение для прямоугольной двери.

Если стопор поглощает поступающий член кинетической энергии посредством эффективного углового останавливающего перемещения Δθ, соответствующий средний сопротивляющий момент можно приблизительно выразить следующим образом:

Если упорный контакт срабатывает на расстоянии r, равном эффективному перпендикулярному радиусу от оси шарнира:

Эти уравнения помогают понять, что представляют собой проектные переменные. Они не создать универсальный рейтинг останавливающей способности. Фактическое пиковое усилие зависит от жесткости и демпфирования бампера, кронштейна, двери, рамы и контактных поверхностей, а также от фактического профиля скорости.

Приведенная выше оценка энергии учитывает только член, связанный с поступающей кинетической энергией. Если привод, пружина, исполнительный механизм или другой источник привода продолжают совершать положительную работу после соприкосновения с упором, эта дополнительная работа также должна быть включена в энергию, которую система упора должна рассеять.

Человек может продолжать оказывать усилие после первого контакта. Пружина может продолжать создавать крутящий момент. Привод с электроприводом может оставаться под напряжением. Ветер может ускорять открытую панель. Неровность установки может создавать дополнительный движущий момент. Эти факторы необходимо учитывать, если они присутствуют.

Незначительное изменение пути торможения приводит к изменению реакции

Рассмотрим в качестве примера дверь массой 25 кг и приблизительно равномерной шириной 0,8 м. При использовании упрощённой модели прямоугольной двери инерция составляет около 5,3 кг·м². Если перед соприкосновением она достигнет угловой скорости 1,5 рад/с, её кинетическая энергия вращения составит около 6 Дж.

Если бы эта энергия рассеивалась в течение эффективного тормозного хода длиной 0,02 рад, средний сопротивляющий момент, рассчитанный по энергии, составил бы примерно 300 Н·м. Если уменьшить остановное перемещение до 0,005 рад, соответствующее среднее значение возрастает примерно до 1 200 Н·м, и это ещё до учёта эффекта пиковой силы или дальнейшего воздействия оператора.

Суть не в том, что любое из этих значений представляет собой нагрузку, рассчитанную на конструкцию изделия. Суть в том, что практически жесткий упор и упор с контролируемой энергией могут создавать совершенно разные нагрузки на конструкцию, даже если оба ограничивают открытие двери практически под одним и тем же видимым углом.

Это примерный инженерный сценарий, а не отчет по проекту заказчика или заявление о результатах испытаний продукта.

Радиус остановки влияет на силу контакта

Расположение остановки учитывается при расчете нагрузки.

При одинаковом требуемом сопротивляющем моменте у упора, расположенного ближе к оси петли, сила контакта будет больше, чем у упора, расположенного дальше от нее. Таким образом, смещение точки контакта наружу может снизить локальную силу, но только в том случае, если дверь и коробка в этом месте достаточно жесткие, чтобы выдержать реакцию.

Это приводит к настоящему конструктивному конфликту. Компактный упор, расположенный рядом с петлей, может выглядеть аккуратно с технической точки зрения и оставаться защищенным от случайного соприкосновения, однако его короткий плечо момента может создавать высокую локальную реакцию. Упор, расположенный ближе к свободному краю, уменьшает усилие при том же моменте сопротивления, но может потребовать значительного усиления края двери и занимать полезное пространство.

Важно также направление контакта. Упор, который в основном входит в поддерживаемый участок сжатия, обычно легче контролировать, чем тот, который отрывает тонкий фланец от двери или изгибает небольшой кронштейн вбок.

Переход за пределы хода начинается после первого контакта

Первый контакт не обязательно соответствует максимальному углу, достигаемому дверью.

Эластомерный бампер сжимается. Трос или удерживающее устройство растягивается. Формованный кронштейн изгибается. Тонкий листовой металл прогибается. Крепления могут смещаться. Зазор в шарнире может привести к небольшому дополнительному повороту. Несколько из этих движений могут происходить одновременно.

В этой статье, переход означает дополнительное угловое перемещение, возникающее после первого соприкосновения с заданным упором. Максимальный переходный угол, достигаемый во время этого события, составляет максимальный угол раскрытия.

Это различие имеет значение, поскольку дверь может на мгновение отклониться за пределы статического угла, видимого после отскока. Дверь, которая после удара возвращается в безопасное положение, все же могла во время процесса остановки оказаться в зоне помех.

Угловой зазор должен обеспечивать защиту обеих сторон рабочего окна. В крайнем случае при малом угле допуск первого упора должен все равно наступать достаточно поздно, чтобы обеспечить требуемое рабочее открытие. В крайнем случае при большом угле сумма величины первого упора и максимального ожидаемого перебега должна оставаться ниже самого раннего небезопасного положения.

Эти параметры зависят от конкретного проекта. Не существует какого-то универсального значения угла отклонения, которое можно было бы просто применять ко всем промышленным воротам в качестве “коэффициента безопасности на случай перебега”.”

Сначала создайте путь передачи нагрузки в конструкции

Прочный на вид бампер, прикреплённый к хрупкому листовому металлу, не является надёжным ограничителем открывания.

Проследите за реакцией от точки контакта через каждый граничный слой до тех пор, пока она не достигнет структуры, способной ей противостоять:

• опорный контакт или ограничитель;
• опорный кронштейн или кронштейн;
• усиление двери или конструктивный элемент;
• крепежные элементы, сварные швы или прессованные соединения;
• усиление рамы;
• конструкция оборудования.

Обе стороны замка нуждаются в пути передачи нагрузки. Усиление упора со стороны рамы при одновременном оставлении защелки со стороны двери на неподдерживаемой обшивке лишь перемещает слабое место.

Именно по этой причине кабельный жгут, соединительная планка, прокладка, стержень защелки или кронштейн блокировки ни в коем случае не должны служить устройством, случайно обеспечивающим максимальное открытие. У этих компонентов есть свои собственные функции, а их точки крепления могут быть не рассчитаны на повторяющиеся удары при открывании.

В местах, где реакция упора передается на тонколистовой металл, необходимо отдельно провести анализ конструкции крепежных элементов, вставок и армирования. инструкция по установке шарнира из тонкого листового металла объясняет, как жесткость местной панели и арматура влияют на траекторию передачи нагрузки в соединении.

Две остановки не означают автоматического распределения нагрузки

Может показаться, что для широких промышленных ворот целесообразно использовать два упорных контакта. Не следует автоматически делить рассчитанную реакцию на два.

Если один бампер слегка выступает, один кронштейн более жесткий, дверь искривлена или в раме накопились погрешности изготовления, то первое соприкосновение может принять на себя большую часть начальной нагрузки. Второе соприкосновение может произойти только после того, как конструкция уже деформировалась.

Настоящее распределение нагрузки зависит от допуска на положение соприкосновения, жесткости, торсионной жесткости двери, а также от того, как соприкасаются упорные поверхности под нагрузкой. Если конструкция предполагает, что обе упорные поверхности должны совместно воспринимать реакцию, необходимо продемонстрировать такое поведение, а не исходить из симметрии CAD-модели.

Это же предупреждение относится и к системам с несколькими петлями. Добавление ещё одной петли не превращает набор петель автоматически в подходящий многоточечный ограничитель открывания.

Условие открытия должно быть указано в спецификации

Невозможно должным образом оценить работу упора, исходя только из его конечного статического положения. Поставщику или инженеру-монтажнику необходимо знать, как дверь достигает положения упора.

Как минимум, необходимо определить, является ли дверь ручной, пружинной, приводимой в действие приводом или подвержена воздействию внешних факторов, способных ускорить её движение. Укажите полную движущуюся массу и распределение массы, предполагаемую скорость приближения (если она известна), место остановки, доступный ход при остановке, а также конструкцию, расположенную за обеими контактными поверхностями.

В случае самозакрывающихся или пружинных ворот также необходимо учитывать накопленную энергию пружины и профиль силы на протяжении всего хода. Для ворот с электроприводом важное значение имеют схема управления и поведение привода в конце хода. Двигатель, продолжающий создавать крутящий момент после соприкосновения с упором, приводит к иному результату, чем в случае ворот, перемещаемых вручную, которые отпускаются до соприкосновения с упором.

В отношении ограждений машин технические условия, касающиеся остановки при открытии, не заменяют оценку рисков, связанных с ограждением, проектирование систем взаимоблокировки или функцию управления, связанную с безопасностью. Эти ограничения, зависящие от конкретных условий применения, рассматриваются в направляющая шарнира защитного кожуха станка.

Что на самом деле должен контролировать чертеж

После определения геометрии и условий остановки преобразуйте их в поля, которые другой инженер, поставщик и инспектор смогут интерпретировать одинаково.

Если ограничитель угла открытия встроен в петлю, укажите точный артикул и версию петли и запросите данные об ограничении угла открытия, соответствующие данной конфигурации. Не следует переносить данные об угле открытия с аналогичной петли и предполагать, что она обладает такими же динамическими характеристиками ограничения угла открытия.

Более общие правила, касающиеся контролируемых размеров, изменений в чертежах, допусков и подтверждающих данных об эксплуатационных характеристиках, изложены в Как читать техническое описание петель и инженерный чертеж.

Блок «Практическая спецификация остановки»

Поставщику не нужна длинная форма по управлению проектом. Ему нужны параметры, определяющие момент остановки.

ТРЕБОВАНИЯ К УГЛУ ОТКРЫТИЯ И ОСТАНОВКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОРОТ

Применение / оборудование:
Ориентация ворот:
Направление открывания ворот:

УГОЛ
Ориентир / базовая точка угла:
Минимальный требуемый рабочий угол:
Номинальный угол контакта с упором:
Допустимый допуск угла контакта с упором:
Максимальный безопасный угол открытия ворот:
Максимальный допустимый перебег после первого контакта:
Максимальный допустимый пиковый угол открытия:

ПОДВИЖНЫЙ УЗЕЛ
Общая масса подвижного узла:
Характеристики массы / информация о центре тяжести:
Способ открывания: ручной / пружинный / с приводом / другой
Предполагаемая скорость приближения или условия эксплуатации:
Дополнительный приводной момент после соприкосновения, если применимо:

ИНТЕРФЕЙС ОСТАНОВКИ
Тип остановки / предлагаемая конструкция:
Расстояние от оси петли до упорного контакта:
Конструкция контакта со стороны двери:
Конструкция контакта со стороны коробки:
Амортизатор / упругий элемент, если имеется:
Доступный ход остановки:

КОНСТРУКЦИЯ
Усиление двери в месте остановки:
Усиление коробки в месте остановки:
Расположение крепежа / сварных швов:

ВАЛИДАЦИЯ
Условия испытательного открывания:
Количество ударов или эксплуатационная нагрузка:
Максимально допустимый пиковый угол открывания при срабатывании ограничителя:
Максимально допустимое постоянное угловое смещение после испытаний:
Максимально допустимая постоянная деформация конструкции:
Приемка крепежа / сварных швов:
Требуемое функционирование двери, петли, защелки и троса после испытаний:

Поля, значения которых пока неизвестны, на ранних этапах проектирования могут оставаться специфическими для данного проекта, однако их отсутствие должно быть очевидным. Замена отсутствующих данных общим номиналом “для тяжелых условий эксплуатации” не делает требование более полным.

Проверяйте дверь в сборе, а не только ограничитель

Стендные испытания могут подтвердить, что бампер, кронштейн или шарнир выдерживают нагрузку в определённых условиях крепления. Однако сами по себе они не могут доказать, что готовое оборудование останется в пределах допустимой зоны открытия, не повредив при этом соседние системы.

При проверке прототипа следует, по возможности, использовать массу двери, соответствующую серийному производству, расположение петель, армирование, ограничительную фурнитуру и сопутствующие компоненты. Необходимо воспроизвести соответствующее состояние открывания, а не аккуратно прижимать дверь к ограничителю, поскольку в реальных условиях оборудование будет достигать ограничителя на скорости.

Перед началом испытаний зафиксируйте исходные показатели. К полезным наблюдениям относятся: угол первого контакта с упором, зазоры в дверях, положение упорного кронштейна, метки на крепежных элементах, люфт петель, зазор троса и выравнивание защелки.

Во время остановки измерьте или иным образом зафиксируйте максимальный угол раскрытия когда запас прочности зависит от перебега. Проверка только конечного положения отскока может не выявить переходное состояние, связанное с помехами.

После завершения запланированных вступительных мероприятий проверьте следующее:

• постоянное перемещение упора или ударника;
• трещины вокруг сварных швов, изгибов или монтажных отверстий;
• проскальзывание или ослабление крепежа;
• появление потери устойчивости или остаточной деформации в локальной панели;
• изменился люфт петель или провисание двери;
• разрыв бампера, выдавливание или чрезмерная остаточная деформация при сжатии, если это применимо;
• увеличение угла первого контакта или пикового угла раскрытия;
• контакт с кабелями, шлангами, защелками или соседним оборудованием;
• нарушение нормального закрывания и фиксации двери.

Если важны показатели ударопрочности, зафиксируйте начальную скорость открытия или другой воспроизводимый входной параметр. Такое описание, как “открывается с усилием вручную”, сложно воспроизвести как инженерами, так и поставщиками, а также в ходе производственных аудитов.

Когда упор должен быть отделен от петли

Отдельный конструктивный упор, как правило, обеспечивает более чёткую конструкцию в тех случаях, когда дверь тяжёлая, скорость приближения значительна, нагрузки при остановке должны передаваться на усиленную конструкцию вдали от петли или выбранная петля не имеет документально подтверждённой способности удерживать дверь в открытом положении.

Встроенный ограничитель шарнира становится привлекательным решением в тех случаях, когда габариты упаковки ограничены, требуемая функция ограничения намеренно заложена в конструкцию шарнира, а поставщик может определить, каким образом эта функция оценивается или проверяется для предлагаемой конфигурации. Выбор должен основываться на пути передачи нагрузки и имеющихся данных, а не на стремлении убрать один видимый компонент.

Если в рамках проекта ещё не определено, какую петлю следует установить на дверь — скрытую, съёмную, пружинную, моментную, приварную или стандартную несущую, — сначала определитесь с требованиями к движению, воспользовавшись Руководство по выбору промышленных петель. Разработка механизма открытия-закрытия происходит после того, как будет понята базовая архитектура движения двери.

Полный ограничитель хода промышленных ворот Технические условия должны в конечном итоге дать ответы на пять вопросов: в какую сторону должна открываться дверь для проведения технического обслуживания, где происходит первый контакт с предусмотренным упором, какое перемещение допускается после контакта, каким образом тормозная нагрузка передается на конструкцию и как будет проверяться состояние максимального раскрытия на готовой сборке.

Часто задаваемые вопросы по ограничителям хода промышленных ворот