ASANSÖRLER IÇIN PARASÜT FREN SISTEMI TASARIMI Kadir Çavdar Fatih Karpat Yavuz Güngören Yrd.Doç.Dr.-Müh. Ars.Gör., Y.Müh. Makine Müh. Uludag Üniversitesi Uludag Üniversitesi Mühendislik Mimarlik Fakültesi Mühendislik Mimarlik Fakültesi ursa ursa ÖZET Asansörlerde hiz kontrolü için uzun yillardir kullanilan parasüt fren sistemleri bu çalismada analiz edilmis ve yeni tasarim önerileri ortaya konulmustur. u sistemler insan hayati ile dogrudan iliskili sistemler olduklarindan teknoloji ve imalat yöntemlerindeki gelismelerin bu alana adaptasyonunun önem tasidigi düsünülmektedir. Önerilen sistemler için mukavemet hesaplarinin yani sira fayda analizleri de gerçeklestirilmistir. 1. GIRIS Elektro-Mekanik asansörlerde yaklasik 50 yildir yaygin olarak kullanilan güvenlik sistemlerinden bir tanesi de parasüt ve frenleyicisidir. Asansörün ana hareketi yapan kismindan bagimsiz, baska bir yere yerlestirilen bu sistemler, asansör kabininde herhangi bir nedenle olusabilecek kontrol disi bir hizlanma oldugunda devreye girerler. Prensip olarak, parasüt sistemler genelde asagi olmak üzere (bazen yukari yönde de olabilir) kabin hizinda beklenmedik bir artis söz konusu oldugunda devreye girip kabini ve dolayisiyla da içindekileri korurlar. Örnegin, hizi 1 m/s olan bir asansör, normal hiz degerini %15 astiginda, yani hizi 1,15 m/s oldugunda bu sistem devreye girer. Parasüt ve frenleyici sisteminde iki adet frenleyici kullanilmaktadir. unlardan biri yukari frenleme yaparken digeri de asagiya dogru frenleme yapmaktadir. Frenler, asansör kabini ile birlikte raylara yerlestirilirler. Frenler bir mekanizma yardimiyla ayni anda hareket ederler. Rayin kalinligi 9 mm olup, iki taraftan da 4 mm gibi bir bosluk bulunmaktadir. Güvenlik sistemi tarafindaki çelik halatin kalinligi 6 mm dir. Parasüt yani regülatör, hiz ölçme görevi görürken normal hizdan öngörülen bir degerin üzerinde sapma meydana geldiginde, merkezkaç kuvvetinin etkisini kullanan bir mekanizma
sayesinde kilitlenme gerçeklesir ve çelik halatin ilerlemesini frenler durdurur. Devreye girme için gerekli olan kuvvet yay vasitasiyla ayarlanir. urada dikkat edilmesi gereken husus, parasüt yani regülatörden geçen halatin tasiyici halat olmamasidir. u halat sadece frenleme maksadiyla kullanilir. Asansör kabininin üstünden frenleyici ile çikan halat, regülatör kasnagindan geçerek tekrar asagiya iner ve makine dairesindeki bir kasnaktan da geçtikten sonra asansör kabininin alt tarafina baglanir. (Sekil 1). Hiz sapmasi meydana geldiginde, yukarida blokaj olmus parasüt sistemi asagiya dogru gitmek isteyen asansör kabinine izin vermeyecektir. u esnada halatta çok yüksek gerilmelerin olusmasini engellemek için frenler de devreye girer ve kabin asagiya dogru inmek istediginde frenleri de kendine çeker ve halat sikisir. öylece asansör kabini hem mukavemet açisindan hem de güvenlik açisindan iyi bir sekilde durmus olur. Eger bu sistemde sadece parasüt kullanilsaydi, frenler kullanilmasaydi, parasütün blokaj aninda, fiziksel olarak asagiya dogru izafi hareketi sifirlamaya çalisacak olan kabin, yapisina ve agirligina göre halati koparirdi ya da parasüt sistemine zarar verirdi. Ayrica durmada esnasinda olusabilecek çok yüksek ivme degerleri de insan sagligi açisindan zararlidir. Sekil 1. Asansör Sisteminde Parasüt Frenin Yeri
Sekil 2. Parasüt Fren Sistem Elemanlari Sekil 2 de parasüt sisteminin yapisi ve elemanlari yer almaktadir. Sekilde A noktasinda birlesen parçalar, biri kumanda kutulu olmak üzere 2 adet destek ve güvenlik halatinin dolandigi kasnaktir. u parçalar birbirlerine mil-göbek-perno konstrüksiyonu ile baglanmis ve yataklanmislardir. noktasinda birlesen parçalar, parasütün hiz sapmasi aninda blokaj yapmasini saglayan parçalardir. Tekerlek C noktasinin gösterdigi yönde, kasnagin bir tarafina degerek kasnakla beraber dönmektedir. Tekerlek hizli dönmeye basladiginda ya da açisal ivmesi arttiginda ki bu hiz sapmasi manasina gelir, o zaman sekilde gösterilen yay sistemini (Sekil 3.) açacak kuvvet merkezkaç kuvveti tarafindan olusturulur, fren devreye girerek sistemi kilitler. Sekil 3. Yay Sistemi
Sekil 4. Fren Mekanizmasi Sekil 4. de parasüt sistemine yardimci olan ve asansör halatini, tutuculari ile arasinda sikistiran bir fren mekanizmasi görülmektedir. u mekanizma parasütün blokaj olmasi durumunda, asansörün mevcut izafi hareketi sifirlamak istemesiyle, asansör tarafindan kendine dogru çekilir. u esnada güvenlik halati, tesviye islerinde kullanilan egeye benzer yüzey yapisina sahip tutucular arasinda sikisir ve sikica tutulur. Parasüt sisteminin komple resmi sematik olarak Sekil 5. de verilmistir. Sekil 5. Komple Parasüt Sistemi u çalismada amaç, uzun yillardir kullanilan yukarida anlatilan sisteme alternatif olabilecek sistemlerin tasarlanilabilir ve kullanilabilir oldugunu göstermektir. Dolayisi ile bundan sonraki asamalarda bu sisteme alternatif sistemler incelenecektir.
2. ÖNERILEN YENI PROJELER ahsedilen parasüt ve frenleyicisi sisteminde, asansör kabini normal hizinin %15 üzerine çiktiginda, frenleme etkisi devreye girer. %15 fazla hiz ayari yay kuvveti ayarlanarak yapilmaktadir. urada karsimiza birkaç problem çikabilir. Örnegin yay kuvvetinin ayari çok hassas yapilamayabilir. Ya da asansör kabini normal hizinin %13-14 gibi üzerinde bir degerle asagiya dogru indiginde ne olacagidir. Dolayisi ile sadece %15 gibi bir hiz artisina duyarli olan ve her zaman ayarlanalabilme gibi bir özelligi olmayan parasüt ve frenleyicisi sisteminde bu durum tehlike yaratir. Asansör kabini frenlenemezse, duramayacagindan, asagiya sert bir sekilde çarpacaktir. ir diger problem de, diyelim ki parasüt kendini bloke etti ve frenleme oldu. u is, normal hizin %115`ine gelindiginde olacagi için bu safhaya kadar asansör biraz hizlanacaktir. Frenleme yapildiginda, asansör kabini içindekileri sarsacak ya da zarar verecek sert bir durma meydana gelecektir. u iki problemi iyilestirme amaciyla ilk olarak parasüt ve frenleyicisinin yerine parasütün bulundugu kisma sensörlü bir disk fren (Sekil 6.) konulmasi önerilecektir. 2.1 Sensörlü Disk Fren u fren, tasitlarda kullanilan disk frenlere benzer yapidadir. Kasnak yerine içinde hava kanallari bulunan bir disk kullanilmaktadir. Asansör halati yine asansör kabininin üstünden çikar ve bu diske bagli göbekten geçerek, makine dairesindeki diger kasnaktan dolasir ve tekrar asansör kabinine baglanir. Sistemin çalisma prensibi su sekildedir: Es eksenli monte edilen disk ile göbek birlikte dönerler. Göbek 6 mm lik güvenlik halatini döndürür. Disk üzerinde ise bir semer bulunur. u semerin içinde diskin iki yüzeyine de yaslanan balatalar, frenleme sirasinda hidrolik basinç ile diski her iki yönden esit kuvvetle sikistirirlar ve frenleme yaparlar. Diskin göbekten büyük imal edilmesinin amaci, moment prensibine göre daha küçük kuvvetler uygulanarak frenleme yapilmasidir. Hidrolik basinci saglayacak bir pompa ve fren hidroligi deposu ya makine dairesine ya da üst kisima yerlestirilebilir. Ne zaman ve hangi hizlarda frenlemenin yapilacagi önemlidir. u is için de hiza duyarli elektronik bir sensör kullanilir. Sensörün hassasiyeti ya da programlanabilir olmasi ile çok küçük toleranslarda bir hiz artisi dahi olsa balatalar disk freni durduracaktir. aska bir deyisle, asansörün isleyisi sürekli frenlemeler ile olacagindan, ani duruslara veya tam frenlemeye gerek kalmadan konforlu bir asansör yolculugu yapilabilecektir.
Sekil 6. Sensörlü Disk Fren urada, disk içine kanallarin açilmasinin nedeni, semer tarafindan örtülü olmayan kisimlarin içine hava akimlarinin girmesi ve sistemin kolayca sogutulabilmesidir. Aksi takdirde yüksek isilar sistemin isleyisini geciktirir ya da zarar verebilir. Hava kanallari sayesinde iyi bir isi transferi gerçeklesir. Içeriye alinan hava akimi ve disk yüzeyi arasinda konveksiyon (Tasinim) gerçeklesir. Sekil 7. Semerin Iç Yapisi
Sekil 7. de balatalara baski kuvvetinin uygulandigi kisim sematik olarak görülmektedir. urada S baski kuvvetini göstermektedir. u kuvvet A alanina sahip balatayi diske bastirir. Ortalama balata yüzey basinci için: p = S / A yazilabilir. Ayrica balata ile disk yüzeyi arasindaki sürtünme katsayisi µ ve fren yüzeyi sayisina z (urada iki balata oldugu için z = 2`dir.) dersek, baski kuvvetinin olusturdugu çevresel kuvvet: U = µ. z. seklinde ifade edilir. S r etken fren yariçapidir. Yaklasik olarak balatalarin ortasina kadar olan mesafe alinabilir. una göre: M = U. r fren momenti ifade edilebilir. Maksimum tasinabilir fren kuvveti ise, =. µ ile bulunur. F Z H Örnek bir uygulama yapilirsa, Göbek yükü : F Z = 10000 N Göbek ile halat arasindaki tutunma katsayisi : µ H = 1 Fren yüzeyi sayisi : z = 2 Çaplar orani : r / r = 0,4 alata ile disk arasindaki sürtünme katsayisi : µ = 0,35 Izin verilen balata yüzey basinci : p = 800 N/cm² = FZ. µ H = 10000.1= 10000N M = U. r =. r = = r r U uradan, U = /( r / r) = 25000N U. = µ. z S 0,35.2.S 25000 = S = 35714N p S / A = 800 = 35714/ A A = 44,6425cm 2 ulunan bu balata yüzey alanina göre yaklasik 67x67 mm² boyutlarinda bir balata seçilebilir.
Yapilan bu örnek, dolu agirligi yaklasik 1000 kg lik bir asansör kabininin göbege etkidigi varsayilarak yapilmistir. Genelde izin verilen balata yüzey basinci maksimum. 1200 N/cm² seviyelerindedir. Disk frenlerin otomobillerde, 7,5 tonluk araçlara kadar uygulandigini göz önüne alirsak, parasüt sistemine alternatif olarak sunulan bu sensörlü disk fren sistemi, rahatlikla asansörlerde de kullanilabilir. Sensörlü Disk Frenin Avantajlari : Maliyetleri yüksek degildir. Özellikle disk frenin maliyeti artik otomobil sektöründe de kullanildigindan düsüktür. Sistemde basit bir sensör kullanilabileceginden hiz algilamanin maliyeti de yüksek olmayacaktir. Maliyeti arttiran tek bilesen, hidrolik sivisina hareket kazandiracak olan pompa olabilir. u sistem sayesinde yillardan beri kullanilan kazik frene ihtiyaç duyulmayacaktir. Daha güvenli ve konforlu bir asansör sistemi ortaya konmaktadir. Kullanilabilme sahasi genistir. Farli asansör ve kabin türlerinde ayni sistem kullanilabilir. Sensörlü Disk Frenin Dezavantajlari : Pompanin ve hidrolik sivisi için deponun asansör sistemlerine yerlestirilebilmesi için, bos alani optimum kullanmak adina iyi bir tasarimin yapilmasi gerekir. Ek olarak sistemde bir hidrolik pompa ve yag deposu düsünülmelidir. alatalarin asinmasi söz konusu olacagindan birkaç yilda bir degistirilmeleri gerekir. 2.2 Parasüt ve Çan asli Gergisi: u sistemde daha önceden kullanilan parasüt yine kullanilmaya devam eder. Tek farkla, daha önce parasütle birlikte kullanilan kazik frenin yerine çan basli gergi kullanilir. u sistem, versatil kalemlerin çalisma prensibine benzetilebilir. Sistem, ilk olarak yayi basili biçimde açik olarak çalisir. Güvenlik halati bilezigin arasindan geçer. Parasüt kendini kilitledigi zaman yay da serbest kalir. u durumda bilezik halati sikistirarak geçmesine izin vermez. Çan somuna vidalanarak monte edilir. Çanin kivrimlari sayesinde bilezigin çan içindeki hareketi kontrol edilir. ilezigin asagi yukari hareketi sayesinde halat ya sikisir ve sistem durur ya da sikismaz sistem ilerler.
Sekil 8. Çan asli Gergi Sistemi Sistemin Avantaj ve Dezavantajlari : u sistem tipki kazik fren gibi, mekanik bir sistem oldugundan maliyeti fazla olmayacaktir. Fakat kazik frenin yillardan beri kullaniliyor olmasi ve kaliplarinin hazir olmasi bu sisteme geçilmesini cazip kilmayabilir. Kilitlenme olayi, kazik frendeki gibi açik bir ortamda olmadigi, çan içinde oldugu için kirlenme, yaglanma ve gürültü olusmaz. Dolayisiyla yillarca bakim gerektirmeyen bir sistemdir. u da bir avantaj olarak nitelendirilebilir.
3. SONUÇ u bildiride uzun yillardir bir asansör güvenlik elemani olarak kullanilan parasüt fren sistemine alternatif olabilecek iki yeni tasarim önerisi sunulmaktadir. Tasarim önerileri ve hesaplamalarin henüz kagit üzerinde oldugunu vurgulamak gerekir. Önerilen yeni tasarimlarin prototiplerinin imal edilerek denenmesinin ardindan yapilacak fiyat analizleri bu alanda yeni sistemlerin kullanimina isik tutacaktir. KAYNAKLAR abalik F.C., Makine Elemanlari ve Konstrüksiyon Örnekleri Cilt 1, UÜ Yayinlari, 1997. Güngören Y., Asansörler için Hiz Ayarlayicisi Tasarimi, Makine Projesi, Uludag Üniversitesi Müh.Mim. Fakültesi, 2004.