Існує кілька типів канатних систем (Малюнок 1). Типи (а), (b), (c) та (e) є найпоширенішими. Системи типу (а) найчастіше використовуються в роботі звичайних тягових ліфтів, як правило, високошвидкісних. Ліфтові канати одним кінцем з’єднуються з кабіною, а іншим — з противагою. Троси укладаються в канавки на канатоведучий шків приводу, який приводиться в рух двигуном з редуктором або без нього. Канати переміщаються вгору і вниз завдяки силі тертя між ними та канавками шківа.
Противага розраховується, виходячи з ваги порожньої кабіни ліфта плюс половину її вантажопідйомності. Іншими словами, коли кабіна завантажена наполовину і знаходиться в середній частині ліфтової шахти, вся система стає нерухомою, навіть якщо гальма відпущені. Додатковий шків на малюнку (а) це відвідний блок ліфта і використовується для підтримки необхідної відстані між кабіною і противагою. В іншому випадку вони б зачіпали одне одного при русі по шахті вгору і вниз.
Малюнок 1
Модель (а) — це привід з одним обхватом канатом КВШ, при кратності системи 1. Зазвичай він використовується у швидкісних ліфтах зі швидкістю, що дорівнює швидкості обертання канатотягового шківа в рад/с (радіан в секунду), помноженої на радіус шківа. Основною перевагою приводу з одним обхватом є висока швидкість його роботи. При цьому потужність двигуна повинна бути високою, тому що потужність дорівнює добутку швидкості обертання і крутного моменту. Крутний момент — це сила, яка викликає обертання. З точки зору фізики вона дорівнює докладеній силі, помноженій на перпендикулярну відстань між точкою прикладання сили та віссю обертання. При тій же номінальній потужності більш висока швидкість обертання означає менший крутний момент.
Кратність, рівна 2-м, як показано на малюнку (с), часто використовується, для збільшення вантажопідйомності системи. У ній також застосовується привід з одним обхватом. У нерухомому стані вага кабіни та вантажу рівні подвоєному натягу всіх підйомних канатів. Але, звичайно, в такому випадку доводиться чимось жертвувати, тому номінальна швидкість кабіни ліфта також у два рази нижче.
Всім знайомі поняття механічної переваги (МП) і передатного відношення (ПВ) механізмів. МП визначається як співвідношення сили, створюваної механізмом, до сили, яка додається до нього. ПВ — це відстань, пройдена механізмом завдяки прикладеному зусиллю до відстані, пройденого вантажем. Продуктивність механізму, яка завжди нижче одиниці, дорівнює МП, поділеній на ПВ.
Також слід зазначити, що крутний момент приводу шківа передається на підйомні троси через силу тертя, яка називається «тяга» між канавками шківа та канатами ліфта. Для посилення тяги часто використовуються приводи з подвійним обхватом, як показано на моделі (е). Такі схеми застосовуються при верхньому розташуванні електричного двигуна.
Якщо розташувати машинне відділення над верхнім поверхом не є можливим (наприклад, через брак місця), то іноді застосовуються схеми з нижнім розташуванням лебідки. Вони позначені як схеми (b), (f) та (h).
Пружний розтяг і видовження ліфтових канатів
Оскільки металеві нитки укладаються по спіралі, то вони поводяться як пружини. Під навантаженням тяговий канат витягується як пружина і повертається до вихідної довжини при розвантаженні. Так працює закон Гука. Модуль Юнга, він же модуль пружності, Е (ɛ) визначається як відношення пружного розтягу σ(ɛ) до видовження ɛ. Це виражається в формулах:
F — це сила, що впливає на канат при розтягуванні, A0 – фактична площа поперечного перерізу, по якій розподілено дію сили, ΔL або x – величина, на яку змінилася довжина троса в результаті пружної деформації, L0 – довжина каната. k – постійна Гука, яка описує жорсткість каната, виготовленого за зразком пружини. Троси з низьким поздовжнім пружним розтягуванням мають більше значення k.
Пружний розтяг важливий параметр сталевого каната, вказує максимальне навантаження, яке він може витримати. Дротина з високою міцністю на розрив, як правило, дуже міцна. Звичайно, коли канат піддається зносу і з’являється втома металу, то міцність на розрив буде поступово зменшуватися. Межа міцності дротин на внутрішніх шарах сталок (зазвичай 1770 Н/мм²) часто відрізняються від показників сталок зовнішнього шару (як правило, 1370 Н/мм²). Це називається «подвійним розтягом», тому що твердість каната зазвичай вище, ніж пазів приводного шківа. Більш м’який дріт у зовнішніх жилах з відносно низькою міцністю на розтягнення може до мінімуму зменшити знос канавки.
Твердість каната зазвичай вище, ніж 400 HB за шкалою Бринеля, в той час як твердість канавки трохи вище, ніж 210 HB. Показник визначений в процесі стандартних випробувань (ASTM E10-14 та ISO 6506-1: 2005) і позначається як «HBW» («H» – твердість (Hardness), «B» – по Бринелю і «W» – карбід вольфраму (Wolfram), матеріал індентора). У колишніх стандартах літери «НВ» або «HBS» використовувалися для позначення вимірів, виконаних зі сталевими інденторами. HBW розраховується в обох стандартах з використанням метричних одиниць наступним чином:
де F = прикладене навантаження (в ньютонах), D = діаметр індентора (в міліметрах), d – діаметр вдавлення (в міліметрах).
Значення HBW 1770 Н/мм² широко застосовується в усьому світі. Для внутрішніх сталок також застосовується 1180 Н/мм² або 1570 Н/мм². Для 8 (сталок) х 19 (дротин на сталку) ліфтового каната з пружним розтягом (1370/1770) з діаметром 11 мм, максимальна границя міцності становить 55,7 кН. Якщо дроти з границею міцності 1770 Н/мм² використовується по всьому тросу, різниця між внутрішніми й зовнішніми проводами жили стає 62,8 кН. Якщо ці канати використовуються для ліфта з номінальною швидкістю 2 м/с, максимальна напруга в статичних умовах на будь-якій ділянці каната не повинна перевищувати 6,3 кН, якщо до них застосовується коефіцієнт безпеки 10.
