Asansör kabini

Asansörlerde hız kontrolü için uzun yıllardır kullanılan paraşüt fren sistemleri bu çalışmada analiz edilmiş ve yeni tasarım önerileri ortaya konulmuştur. Bu sistemler insan hayatı ile doğrudan ilişkili sistemler olduklarından teknoloji ve imalat yöntemlerindeki gelişmelerin bu alana adaptasyonunun önem taşıdığı düşünülmektedir. Önerilen sistemler için mukavemet hesaplarının yanı sıra fayda analizleri de gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Paraşüt, fren. 1. GİRİŞ Elektro-Mekanik asansörlerde yaklaşık 50 yıldır yaygın olarak kullanılan güvenlik sistemlerinden bir tanesi de paraşüt ve frenleyicisidir. Asansörün ana hareketi yapan kısmından bağımsız, başka bir yere yerleştirilen bu sistemler, asansör kabininde herhangi bir nedenle oluşabilecek kontrol dışı bir hızlanma olduğunda devreye girerler. Prensip olarak, paraşüt sistemler genelde aşağı olmak üzere (bazen yukarı yönde de olabilir) kabin hızında beklenmedik bir artış söz konusu olduğunda devreye girip kabini ve dolayısıyla da içindekileri korurlar. Örneğin, hızı 1 m/s olan bir asansör, normal hız değerini %15 aştığında, yani hızı 1,15 m/s olduğunda bu sistem devreye girer. Paraşüt ve frenleyici sisteminde iki adet frenleyici kullanılmaktadır. Bunlardan biri yukarı frenleme yaparken diğeri de aşağıya doğru frenleme yapmaktadır. Frenler, asansör kabini ile birlikte raylara yerleştirilirler. Frenler bir mekanizma yardımıyla aynı anda hareket ederler. Rayın kalınlığı 9 mm olup, iki taraftan da 4 mm gibi bir boşluk bulunmaktadır. Güvenlik sistemi tarafındaki çelik halatın kalınlığı 6 mm’dir. Paraşüt yani regülatör, hız ölçme görevi görürken normal hızdan öngörülen bir değerin üzerinde sapma meydana geldiğinde, merkezkaç kuvvetinin etkisini kullanan bir mekanizma sayesinde kilitlenme gerçekleşir ve çelik halatın ilerlemesini frenler durdurur. Devreye girme için gerekli olan kuvvet yay vasıtasıyla ayarlanır. Burada dikkat edilmesi gereken husus, paraşüt yani regülatörden geçen halatın taşıyıcı halat olmamasıdır. Bu halat sadece frenleme maksadıyla kullanılır. Asansör kabininin üstünden frenleyici ile çıkan halat, regülatör kasnağından geçerek tekrar aşağıya iner ve makina dairesinde ki bir kasnaktan da geçtikten sonra asansör kabininin alt tarafına bağlanır (Şekil 1). Hız sapması meydana geldiğinde, yukarıda kilitlenen paraşüt sistemi aşağıya doğru gitmek isteyen asansör kabinine izin vermeyecektir. Bu esnada halatta çok yüksek gerilmelerin oluşmasını engellemek için frenler de devreye girer ve kabin aşağıya doğru inmek istediğinde frenleri de kendine çeker ve halat sıkışır. Böylece asansör kabini hem mukavemet açısından hem de gü venlik açısından iyi bir şekilde durmuş olur. Eğer bu sistemde sadece paraşüt kullanılsaydı, frenler kullanılmasaydı, paraşütün blokaj anında, fiziksel olarak aşağıya doğru izafi hareketi sıfırlamaya çalışacak olan kabin, yapısına ve ağırlığına göre halatı koparırdı ya da paraşüt sistemine zarar verirdi. Ayrıca durmada esnasında oluşabilecek çok yüksek ivme değerleri de insan sağlığı açısından zararlıdır. Asansör Sisteminde Paraşüt Frenin Yeri Şekil 2’de paraşüt sisteminin yapısı ve elemanları yer almaktadır. Şekilde A noktasında birleşen parçalar, biri kumanda kutulu olmak üzere 2 adet destek ve güvenlik halatının dolandığı kasnaktır. Bu parçalar birbirlerine mil-göbek-perno konstrüksiyonu ile bağlanmış ve yataklanmışlardır. B noktasında birleşen parçalar, paraşütün hız sapması anında blokaj yapmasını sağlayan parçalardır. Tekerlek C noktasının gösterdiği yönde, kasnağın bir tarafına değerek kasnakla beraber dönmektedir. Tekerlek hızlı dönmeye başladığında ya da açısal ivmesi arttığında ki bu hız sapması manasına gelir, o zaman şekilde gösterilen yay sistemini (Şekil 3.) açacak kuvvet merkezkaç kuvveti tarafından oluşturulur, fren devreye girerek sistemi kilitler. Şekil 4.’de paraşüt sistemine yardımcı olan ve asansör halatını, tutucuları ile arasında sıkıştıran bir fren mekanizması görülmektedir. Bu mekanizma paraşütün blokaj olması durumunda, asansörün mevcut izafi hareketi sıfırlamak istemesiyle, asansör tarafından kendine doğru çekilir. Bu esnada güvenlik halatı, tesviye işlerinde kullanılan eğeye benzer yüzey yapısına sahip tutucular arasında sıkışır ve sıkıca tutulur. Paraşüt sisteminin komple resmi şematik olarak Şekil 5.’de verilmiştir. Bu çalışmada amaç, uzun yıllardır kullanılan yukarıda anlatılan sisteme alternatif olabilecek sistemlerin tasarlanılabilir ve kullanılabilir olduğunu göstermektir. Dolayısı ile bundan sonraki aşamalarda bu sisteme alternatif sistemler incelenecektir.2. ÖNERİLEN YENİ PROJELER Bahsedilen paraşüt ve frenleyicisi sisteminde, asansör kabini normal hızının %15 üzerine çıktığında, frenleme etkisi devreye girer. %15 fazla hız ayarı yay kuvveti ayarlanarak yapılmaktadır. Burada karşımıza birkaç problem çıkabilir. Örneğin yay kuvvetinin ayarı çok hassas yapılamayabilir. Ya da asansör kabini normal hızının %13-14 gibi üzerinde bir değerle aşağıya doğru indiğinde ne olacağıdır. Dolayısı ile sadece %15 gibi bir hız artışına duyarlı olan ve her zaman ayarlanalabilme gibi bir özelliği olmayan paraşüt ve frenleyicisi sisteminde bu durum tehlike yaratır. Asansör kabini frenlenemezse, duramayacağından, aşağıya sert bir şekilde çarpacaktır. Bir diğer problem de, diyelim ki paraşüt kendini bloke etti ve frenleme oldu. Bu iş, normal hızın %115`ine gelindiğinde olacağı için bu safhaya kadar asansör biraz hızlanacaktır. Frenleme yapıldığında, asansör kabini içindekileri sarsacak ya da zarar verecek sert bir durma meydana gelecektir. Bu iki problemi iyileştirme amacıyla ilk olarak paraşüt ve frenleyicisinin yerine paraşütün bulunduğu kısma sensörlü bir disk fren (Şekil 6.) konulması önerilecektir. 2.1 Sensörlü Disk Fren Bu fren, taşıtlarda kullanılan disk frenlere benzer yapıdadır. Kasnak yerine içinde hava kanalları bulunan bir disk kullanılmaktadır. Asansör halatı yine asansör kabininin üstünden çıkar ve bu diske bağlı göbekten geçerek, makina dairesindeki diğer kasnaktan dolaşır ve tekrar asansör kabinine bağlanır. Sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: Eş eksenli monte edilen disk ile göbek birlikte dönerler. Göbek 6 mm’lik güvenlik halatını döndürür. Disk üzerinde ise bir semer bulunur. Bu semerin içinde diskin iki yüzeyine de yaslanan balatalar, frenleme sırasında hidrolik basınç ile diski her iki yönden eşit kuvvetle sıkıştırırlar ve frenleme yaparlar.Diskin göbekten büyük imal edilmesinin amacı, moment prensibine göre daha küçük kuvvetler uygulanarak frenleme yapılmasıdır. Hidrolik basıncı sağlayacak bir pompa ve fren hidroliği deposu ya makina dairesine ya da üst kısıma yerleştirilebilir. Ne zaman ve hangi hızlarda frenlemenin yapılacağı önemlidir. Bu iş için de hıza duyarlı elektronik bir sensör kullanılır. Sensörün hassasiyeti ya da programlanabilir olması ile çok küçük toleranslarda bir hız artışı dahi olsa balatalar disk freni durduracaktır. Başka bir deyişle, asansörün işleyişi sürekli frenlemeler ile olacağından, ani duruşlara veya tam frenlemeye gerek kalmadan konforlu bir asansör yolculuğu yapılabilecektir. Burada, disk içine kanalların açılmasının nedeni, semer tarafından örtülü olmayan kısımların içine hava akımlarının girmesi ve sistemin kolayca soğutulabilmesidir. Aksi takdirde yüksek ısılar sistemin işleyişini geciktirir ya da zarar verebilir. Hava kanalları sayesinde iyi bir ısı transferi gerçekleşir. İçeriye alınan hava akımı ve disk yüzeyi arasında konveksiyon (Taşınım) gerçekleşir.Şekil 7.’de balatalara baskı kuvvetinin uygulandığı kısım şematik olarak görülmektedir. Burada SB baskı kuvvetini göstermektedir. Bu kuvvet AB alanına sahip balatayı diske bastırır. Ortalama balata yüzey basıncı için: P=SB / AB yazılabilir. Ayrıca balata ile disk yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı m ve fren yüzeyi sayısına z (Burada iki balata olduğu için z = 2’dir.) dersek, baskı kuvvetinin oluşturduğu çevresel kuvvet: UB=µ.z.SB şeklinde ifade edilir. rB etken fren yarıçapıdır. Yaklaşık olarak balataların ortasına kadar olan mesafe alınabilir. Buna göre: M = UBrB fren momenti ifade edilebilir. Maksimum taşınabilir fren kuvveti ise, B = Fz.µH ile bulunur.Örnek bir uygulama yapılırsa, Göbek yükü : FZ = 10000 N Göbek ile halat arasındaki tutunma katsayısı : µH = 1 Fren yüzeyi sayısı: z = 2 Çaplar oranı : rB / r = 0,4 Balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısı : µ = 0,35 İzin verilen balata yüzey basıncı : p = 800 N/cm2 B=Fz.µH = 10000.1 = 10000N M = UB.rB = B.r = –––– = –––– Buradan, UB=B/(rB/r) = 25000N UB = µ.z.SB 25000=0,35.2.SB SB =35714N p=SB / AB 800=35714/AB AB44,6425cm2 Bulunan bu balata yüzey alanına göre yaklaşık 67x67 mm2 boyutlarında bir balata seçilebilir. Yapılan bu örnek, dolu ağırlığı yaklaşık 1000 kg’lık bir asansör kabininin göbeğe etkidiği varsayılarak yapılmıştır. Genelde izin verilen balata yüzey basıncı maksimum. 1200 N/cm2 seviyelerindedir. Disk frenlerin otomobillerde, 7,5 tonluk araçlara kadar uygulandığını göz önüne alırsak, paraşüt sistemine alternatif olarak sunulan bu sensörlü disk fren sistemi, rahatlıkla asansörler de de kullanılabilir. Sensörlü Disk Frenin Avantajları: • Maliyetleri yüksek değildir. Özellikle disk frenin maliyeti artık otomobil sektöründe de kullanıldığından düşüktür. Sistemde basit bir sensör kullanılabileceğinden hız algılamanın maliyeti de yüksek olmayacaktır. Maliyeti arttıran tek bileşen, hidrolik sıvısına hareket kazandıracak olan pompa olabilir. • Bu sistem sayesinde yıllardan beri kullanılan kazık frene ihtiyaç duyulmayacaktır. Daha güvenli ve konforlu bir asansör sistemi ortaya konmaktadır. • Kullanılabilme sahası geniştir. Farlı asansör ve kabin türlerinde aynı sistem kullanılabilir.Sensörlü Disk Frenin Dezavantajları: • Pompanın ve hidrolik sıvısı için deponun asansör sistemlerine yerleştirilebilmesi için, boş alanı optimum kullanmak adına iyi bir tasarımın yapılması gerekir. • Ek olarak sistemde bir hidrolik pompa ve yağ deposu düşünülmelidir. • Balataların aşınması söz konusu olacağından birkaç yılda bir değiştirilmeleri gerekir. 2.2 Paraşüt ve Çan Başlı Gergisi: Bu sistemde daha önceden kullanılan paraşüt yine kullanılmaya devam eder. Tek farkla, daha önce paraşütle birlikte kullanılan kazık frenin yerine çan başlı gergi kullanılır. Bu sistem, versatil kalemlerin çalışma prensibine benzetilebilir. Sistem, ilk olarak yayı basılı biçimde açık olarak çalışır. Güvenlik halatı bileziğin arasından geçer. Paraşüt kendini kilitlediği zaman yay da serbest kalır. Bu durumda bilezik halatı sıkıştırarak geçmesine izin vermez. Çan somuna vidalanarak monte edilir. Çanın kıvrımları sayesinde bileziğin çan içindeki hareketi kontrol edilir. Bileziğin aşağı yukarı hareketi sayesinde halat ya sıkışır ve sistem durur ya da sıkışmaz sistem ilerler.Sistemin Avantaj ve Dezavantajları: Bu sistem tıpkı kazık fren gibi, mekanik bir sistem olduğundan maliyeti fazla olmayacaktır. Fakat kazık frenin yıllardan beri kullanılıyor olması ve kalıplarının hazır olması bu sisteme geçilmesini cazip kılmayabilir. Kilitlenme olayı, kazık frendeki gibi açık bir ortamda olmadığı, çan içinde olduğu için kirlenme, yağlanma ve gürültü oluşmaz. Dolayısıyla yıllarca bakım gerektirmeyen bir sistemdir. Bu da bir avantaj olarak nitelendirilebilir. 3. SONUÇ Bu bildiride uzun yıllardır bir asansör güvenlik elemanı olarak kullanılan paraşüt fren sistemine alternatif olabilecek iki yeni tasarım önerisi sunulmaktadır. Tasarım önerileri ve hesaplamaların henüz kağıt üzerinde olduğunu vurgulamak gerekir. Önerilen yeni tasarımların prototiplerinin imal edilerek denenmesinin ardından yapılacak fiyat analizleri bu alanda yeni sistemlerin kullanımına ışık tutacaktır.