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了解工业提升门的弹簧平衡系统

在处理滑升门的平衡时,我们利都远通门业一般采用扭簧平衡系统(扭簧及钢丝绳轮)来进行平衡。滑升门的平衡系统在整个滑升门中起着至关重要的作用。

  一个良好的平衡系统,应该是在门运行过程中的任何位置,门的重量和平衡系统所产生的平衡力都是相等的,即门应该始终处于平衡状态。这样,门应该可以停留在任何位置,在手动运行时,用很小的力量就可以使门向上或向下运行。

  在美国及欧洲的先进国家,滑升门已经发展得相当成熟并且已经形成标准。在选用标准滑升门时,可以采用查表的方式选用相应的平衡系统。各厂家的滑升门和平衡系统可以配套通用。而在国内,由于滑升门还没有形成统一的标准,因此在配置平衡系统时,通常是根据经验来选用。在遇到问题时,缺乏理论的指导,不知道问题出在哪里,常常不能很好的把问题解决。由于滑升门的平衡系统选用不当而使滑升门不能正常工作的情况更是随处可见。这正是我们与国外先进的滑升门技术的差距所在。

  这里以标准提升门为例,通过理论计算的方法,讨论一下在选用平衡系统时应该注意的问题,供大家参考,希望能对大家在选用平衡系统时有所帮助。

  标准提升门如图所示,本文中所谓的标准提升门是指:在门处在关闭状态时,门体全部处于垂直状态;门一经开启时,上部门体立即转向水平状态;在门处在全部开启时,门体全部处于水平状态的滑升门。

  假设:标准滑升门为理想状态,即未被关闭的门体部分呈水平状态,所产生的重力被门的水平轨道所承担;而关闭的门体部分呈垂直状态,所产生的重力完全由平衡系统承担;处在弯轨处的门体部分忽略不计。

  根据材料力学中的公式可得弹簧近似计算公式,

  T≈KT·φ 公式1

  T ―― 弹簧在被扭转变形后所产生的扭矩,单位为N·mm

  KT ―― 弹簧的扭转刚度,当弹簧被扭转时,每增加1°扭转角所产生的扭矩,单位为N·mm/(°)

  φ ―― 弹簧被扭转的角度,单位为(°)

  在弹性限度内,KT为常数,弹簧在被扭转变形后所产生的扭矩T与弹簧被扭转的角度φ成正比。

  设:标准提升门门高为H,单位是mm,门的总重量是WD,单位是kg

  设:门被部分关闭,关闭的高度为h,单位是mm

  这时部分关闭的门体垂直部分所产生的重量W为

  W=WD·h/H 公式2

  而重量W所产生的扭矩TW为

  TW=W·g·r= [WD·h/H]·g·r 公式3

  r――钢丝绳轮在门被关闭高度为h时的半径,单位是mm

  g――重力加速度,约为9800,单位是mm/s2

  当标准提升门的平衡系统平衡时,弹簧在所产生的扭矩T应等于门体垂直部分的重力所产生的扭矩TW,即:

  KT·φ=[WD·h/H]·g·r 公式4

  当门全部开启时,即h=0时,滑升门全部处于水平状态,这时门体垂直部分所产生的重力为0,即平衡弹簧处于自由状态,即φ=0。

  当门被部分关闭,关闭的高度为h时,平衡弹簧被扭转的角度φ应该为长度为h的钢丝绳在钢丝绳轮上缠绕的圈数乘以360°

  根据公式3我们可以看出:TW与h·r呈线性关系,而当r不变时,TW与h呈线性关系。

  当r不变时,平衡弹簧被扭转的角度

  φ=360°·h/2πr 公式5

  π―― 圆周率,约为3.14

  φ与h也呈线性关系

  将公式5代入公式4即得到:

  KT·360°·h/2πr=[WD·h/H]·g·r 公式6

  因此

  KT=2πr2·g·WD/(360°·H) 公式7

  可以看出,弹簧的扭转刚度KT与门的部分开启高度h无关。因此,如果弹簧的扭转刚度KT按公式7计算,在弹簧的弹性限度内,如果WD、r及H不变,门无论开启到任何位置,门都会处于平衡状态。而在标准提升门确定之后,WD、r及H就已经确定,因此,计算并加工出具有相应的弹簧的扭转刚度KT的弹簧是至关重要的。

  由此也可以证明为什么在标准提升门的平衡系统中我们采用直径不变的钢丝绳轮。

  因为2π、360°、g为常数,所以我们所需要的平衡系统弹簧的扭转刚度KT应与门的总重量WD及平衡系统钢丝绳轮的半径r的平方成正比;与门的高度H成反比。由此还可以看出,在门的总重量WD一定时,我们所需要的平衡弹簧的扭转刚度KT与门的宽度无关。

  因此,在选用或采购标准提升门的平衡系统弹簧时,必须要向弹簧生产厂家提供以下参数,并根据这些参数计算弹簧的扭转刚度。

  1. 门的重量WD

  2. 门的高度H

  3. 平衡系统钢丝绳轮的半径r或直径D

  在弹簧做好以后,不可以随意改变这三个参数或未加以计算就用于其它的门。

  而在实际应用中,标准提升门并不是处于先前所假设的理想状态,有以下几个问题需要注意:

  1. 在门刚刚开启(或接近完全关闭)时,上部门体并不是立即转向水平状态,而是经过部分垂直的直轨然后经过弯轨(也许没有直轨,直接经过弯轨)转向水平状态,所以我们有时使用的钢丝绳轮的最外边一两圈的绕线半径是由大变小的,这是用来平衡在开门后在洞口高度以上的部分垂直的直轨和弯轨上的门板所产生的重力。因此这一两圈钢丝绳轮对于平衡门在接近关闭状态部分是非常重要的。而在实际安装中,如果所用的钢丝绳过长,有很多门在关闭状态时仍有几圈钢丝绳缠绕在钢丝绳轮上,这时钢丝绳轮的最外边一两圈就失去了作用。而这样会造成如果门在接近地面时门可以平衡,而门在开启到上部时弹簧的力量就不足以使门保持平衡;如果门在开启到上部时门可以平衡,而门在接近地面时弹簧的力量就显得过大。

  2. 在门开启到洞口高度时并不是全部门体都转变为水平状态,还有部分门体停留在垂直状态或停留在弯轨部分,仍需要弹簧来保持平衡;而且在门全部开启时为保持钢丝绳仍处于绷紧状态,弹簧也不能完全处于自由状态。根据国外的资料,一般取弹簧处于1到1.25圈的盘紧状态。因此在计算弹簧时,在门处于完全关闭的状态,弹簧盘紧的圈数应为H/2πr+1.25,而不是H/2πr圈。这在计算弹簧时应加以考虑。在弹簧计算加工无误的情况下,在安装时,应先将门安装好并使门处于完全关闭状态。然后将弹簧盘紧H/2πr+1.25圈,这时门在任何位置都应处于平衡状态,且在门完全开启时,弹簧仍处于1.25圈的盘紧状态。

  3. 如果水平轨道不完全水平安装,应该考虑水平轨道倾斜的角度。

  4. 如果钢丝绳较粗,在计算扭矩时也应该考虑钢丝绳的半径。

  在弹簧计算时,还应该根据门的工作频率考虑弹簧的工作载荷次数(弹簧的疲劳次数)、弹簧的拉伸强度极限和许用弯曲应力,并综合考虑弹簧的稳定性,这也是弹簧能够长期稳定工作的保证。以此类推,我们还可以讨论垂直提升门和高位提升门的平衡系统。所不同的是:垂直提升门平衡系统中的钢丝绳轮应采用圆锥型塔轮(即随着门的提升高度变化,钢丝绳轮的直径也随之变化);而高位提升门平衡系统中的钢丝绳轮应采用圆锥型塔轮和平轮的相结合的组合轮(即在门处于垂直提升状态时,钢丝绳轮应处于圆锥型塔轮部分而当门转化为标准提升状态后,钢丝绳轮应处于平轮部分)。这些理论计算对钢丝绳轮的设计也同样具有指导意义