 |  |
 |  |
На текущий момент любой привод для распашных ворот – электрический, превалирующее большинство приводов распашных ворот электромеханические на базе электродвигателей и редукторов или мотор-редукторов, ограниченное число приводов – электрогидравлические с электронасосом и гидравлическим цилиндром. По типу передачи тягового усилия от редуктора к связи с полотном ворот различают линейный и рычажный привод для распашных ворот, по пространственному расположению приводного механизма – привод для распашных ворот открытой и скрытой установки (подземный).
На российский рынок автоматики для воротных систем привод для распашных ворот поставляют зарубежные и российские производители, высший эшелон оборудования по качеству, надежности и долговечности, а также многовариантности ассортимента формируют приводы распашных ворот немецкого холдинга Hormann-Gruppe, итальянских компаний Roger Technology S.p.A., NICE S.p.A., CAME Group, FAAC Group и Somfy Group с головным офисом в Париже и владеющая холдингом BFT, а также GeniusS.p.A., Automatismi BENINCA S.p.A, немецкая Marantec Antriebs- und Steuerungstechnik Gmb H&Co. KG и Chamberlain Group, Inc из США (бренд Lift Master®), сертифицирующие свою продукцию в независимых органах сертификации ЕС с мировой известностью – Prufinstitut Velbert (PIV) и ift Rosenheim GmbH.
Среди отечественных производителей наиболее известны приводы распашных ворот российско-китайского производства торговых марок/брендов Bytec и DoorHan, причем привод для распашных ворот Bytec, не уступая по качеству приводам DoorHan отличается разумной, технико-экономически обоснованной ценой.
Линейный привод для распашных ворот – червячный или цилиндро-червячный мотор-редуктор в компактном блоке. «Узким» местом линейных приводов для распашных ворот являются связи привода в кронштейнах на опорном столбе и створке, а также связи силовой передачи редуктора (мотор-редуктора) – опорной гайки на выходном валу-червяке, которая у ведущих производителей изготавливается из специально обработанного бронзового сплава, а в некачественных приводах – из жесткого полимера.
 |  |  |
Рычажный привод для распашных ворот, в том числе скрытой подземной установки чаще всего базируется на цилиндро-червячных, иногда планетарно-червячных редукторах или мотор-редукторах. «Узким» местом рычажных приводов считают связи и элементы складывающейся тяги – рычага, испытывающего максимальные нагрузки при пуске/останове привода, большом ветровом подпоре, механических нагрузках на полотно и т.д.
 |  |
 |  |
В этой связи представляют особый интерес рычажные приводы скрытой (подземной) установки Roger Technology серии H21, в которых силовой рычаг вместе с мотор-редуктором закреплен одной стороной на опоре корпуса, а другой –стороной фиксируется и обкатывается по сегменту зубчатого колеса, что существенно снижает изгибные напряжения и повышает надежность привода при эксплуатации.
 |  |  |
Линейный привод для распашных ворот.
В превалирующем большинстве представленных моделей линейный привод для распашных ворот базируется на червячных или цилиндро-червячных мотор-редукторах с соосным или перпендикулярным расположением осей вала двигателя и выходного червячного вала редуктора. Наличие червячной передачи позволяет исполнять привод для распашных ворот самотормозящимся и необратимым (нереверсивным).
Справка: Различают статическое и динамическое самоторможение, зависящие от передаточного числа редуктора (мотор-редуктора), чистоты обработки элементов передачи, качества и вязкости смазки, частоты вращения быстроходного (входного) вала (в мотор-редукторах линейных приводов распашных ворот – ротора или якоря двигателя, концевая часть которого является червяком). При статическом самоторможении при остановке червяка происходит остановка связанного с ним червячного колеса, но возможен разгон червячного колеса под действием толчков и вибраций со стороны выходного вала. При динамическом самоторможении остановка червяка приводит к полному стопу червячного колеса. В целом статическое самоторможение характерно для червяка с наклоном зубьев в пределах 1–8°, а динамическое самоторможение – с наклоном зубьев 1–3°.
Обратимость и необратимость редуктора или мотор-редуктора определяет возможность разгона червячного колеса через выходной вал (или вращения входного вала путем крутящего момента на выходном валу). Технически некорректно для обозначения обратимости и необратимости редуктора (мотор-редуктора) использовать термины реверсивность и нереверсивность, поскольку редукторы и мотор-редукторы при комплектации реверсивным двигателем могут изменять направление вращения выходного вала, т.е. являются реверсивными. Привод для распашных ворот с необратимым редуктором (мотор-редуктором) позволяет открыть/закрыть ворота вручную только при разблокировке червячной пары, ворота с обратимым приводом открываются/закрываются путем приложения больших усилий к полотну, связанному тягами с выходным валом редуктора (мотор-редуктора).
Разблокировка привода для распашных ворот Bytec.
Обратимость/необратимость редуктора (мотор-редуктора) привода для распашных ворот по факту аналогична наличию/отсутствию эффекта самоторможения, зависит от угла наклона зубьев червяка, чистоты обработки элементов передачи, качества и вязкости смазки, но в основном определяется по передаточному числу и/или статическому (ηs) и динамическому (ηd) коэффициенту полезного действия редуктора (мотор-редуктора):
P1= T2·n2/(9550·ηd(ηs)), где Р1 – мощность электродвигателя и Т2 – крутящий момент на выходном валу.
Червячные отдноступенчатые, двухступенчатые червячные и цилиндро-червячные редукторы (мотор-редукторы) полностью обратимы при передаточных числах до I = 28, статически необратимы и динамически обратимы при передаточных числах более 40.
Статическая и динамическая обратимость/необратимость
в зависимости от статического и динамического КПД редуктора (мотор-редуктора).
| Динамический КПД - ηd | Динамическая обратимость/необратимость |
|---|---|
| ηd> 0,6 | Динамическая обратимость |
| ηd = 0,5-0,6 | Переменная динамическая обратимость |
| ηd = 0,4-0,5 | Стабильная динамическая необратимость |
| ηd < 0,4 | Динамическая необратимость |
| Статический КПД - ηs | Статическая обратимость и необратимость |
| ηs > 0,55 | Статическая обратимость |
| ηs = 0,5-0,55 | Переменная статическая обратимость |
| ηs <0,5 | Статическая необратимость |
Выбор линейного привода для распашных ворот.
 |  |
Линейный привод для распашных ворот при возвратно-поступательном движении опорной гайки по выходному валу-червяку создает вращающий момент створки вокруг оси, проходящей через петлевые устройства с радиусом R, равным расстоянию от оси до соединения тяги с закрепленным на створке кронштейном (см. рис. ниже) Мвр = F·R·sinα, где Ω – угол между вектором силы и рычагом, которым служит участок полотна ворот от петель до кронштейна.
Справка: Минимальный вращающий момент из-за минимального значения sinα линейный привод для распашных ворот создает в крайнем закрытом положении створки, большее значение момента в крайнем открытом положении створки, а на промежутке сегмента открывания/закрывания sinα и Мвр увеличиваются.
Если принять, что размер Е сравним с С и равен 90 – 100 мм (линейные приводы распашных ворот Roger Technology, линейные приводы Bytec), то sinα будет равен отношению длины кронштейна на опоре к общей длине привода L
sinα = (В – С)/L
Радиус R можно найти из прямоугольного треугольника, образованного кронштейном на створке, полотном створки и R, приняв, что кронштейн размещен на расстоянии Z м от оси петель ворот R2 =E2 + Z2
Пример В = 0.2 м, С и Е 0.1 м, L 900 мм или 0.9 м, Z = 1 м, тогда:
- sinα = 0.1/0.9 = 0.11;
- R2 = (0.1)2 + 1 или R = 1.005 – 1 м;
- Мвр = F·R·sinα = 0.11·Fн·м.
Для функционирования в предельных условиях линейный привод для распашных ворот должен формировать вращающий момент, превосходящий момент сопротивления вращению створки Мсопр - сумму момента сил инерции створки Ми и момента сил ветровой нагрузки Мв (подпора или отсоса) (моментом трения в подшипниках петель пренебрегаем, момент силы тяжести в горизонтальной плоскости равен нулю).
Примем:
- створка ворот щитового типа со сплошным (глухим) заполнением высотой и длиной по 2 м с общим весом 100 кг;
- время открывания створки линейным приводом на угол 90 градусов 20 секунд, т.е. угловая скорость полного открывания на угол 90 градусов или 1.57 радиан w = 1.57/20 = 0.08 рад/сек
Тогда:
- момент инерции створки (в вертикальной плоскости, как стержня с осью вращения, проходящей через его конец) J = 1/3 m·l2, где m – масса створки, l – длина, или J = 1/3·100·1 = 33.3 кг·м²;
- момент сил инерции Ми=J·w/t, где J - момент инерции створки (кг·м²), w - угловая скорость движения створки (1/сек или рад/сек), t - время динамического режима (полного открывания створки на угол 90 градусов) или Ми = 33.3·0.08/20 = 0.13 кг·м²/c² = 0.13 н·м.
Значит в безветренную погоду привод распашных ворот должен обеспечивать усилие F>Ми/0.11 = 0.13/0.11 = 1.2 Н.
При силе ветра 2 м/сек (умеренный) и до 17 м/сек (сильный) ветровой подпор/отсос формирует момент силы, равнодействующая которой приложена в центре полотна на расстоянии L = 1 м от петель и численно равнаполовине произведения ветровой нагрузки на площадь створки Мв = 1/2 (W·S)·L = 1/2 (W·2·2)·1 = 2 W.
Ветровое давление W =0,43·v·v, что составляет:
- W = 0,43·4 = 0.86 Па при силе ветра 2 м/сек (умеренный), тогда Мв = 1.72 н·м;
- W = 0,43·289 = 124 при сильном ветре 17 м/сек, тогда Мв = 248н·м.
Тогда привод распашных ворот должен обеспечивать усилие:
- при умеренном ветре скорости 2 м/сек F >(Ми + Мв)/0.11 = (1.72 + 0.13)/0.11 = 16.6 Н;
- при сильном ветре скорости 17 м/секF > (Ми + Мв)/0.11 = (248 + 0.13)/0.11 = 2255 Н.
Важно: Использование в створке ворот решетчатых элементов, «прозрачных» для ветра, в разы снижает ветровое давление, изготовление решетчатой створки уменьшает ветровую нагрузку на порядок. Т.е. при сильном ветре скорости 17 м/сек для решетчатых створок привод распашных ворот должен обеспечивать усилие всего 225 Н.
Предельная расчетная ветровая нагрузка согласно СНиП 2.01.07 (по предельным состояниям):
W=Wm+Wp, где:
- Wm - значение средней составляющей ветровой нагрузки;
- Wp - значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
Wm - значение средней составляющей ветровой нагрузки равно произведению расчетного значения ветрового давления Wо, коэффициента коррекции ветрового давления в зависимости от высоты К и аэродинамического коэффициента С
Wm = Wо·К·С
Расчетное значение ветрового давления Wо определяется по таблице в зависимости от ветрового района Российской Федерации.
| Ветровой район | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wо, Па | 240 | 320 | 420 | 530 | 670 | 840 | 1000 | 1200 |
Коэффициент коррекции ветрового давления в зависимости от высоты К для открытых пространств (тип местности А), городских территорий с препятствиями более 10 м высотой (тип местности В) и городских районов плотной застройки со зданиями высотой более 25 м (тип местности С) для сооружений, в том числе ворот высотой до 5 м равен 0.75, 0.5 и 0.4 соответственно.
Аэродинамический коэффициент С для отдельно стоящих плоских сплошных конструкций на земле зависит от соотношения длины конструкции к ее высоте и определяется по таблице (см. ниже).
| Тип конструкции | А | В | С | D |
|---|---|---|---|---|
| Коэффициент С | 2.1 | 1.8 | 1.4 | 1.2 |
Wp - значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки равно (упрощенно) произведению значения средней составляющей ветровой нагрузки Wm, коэффициента пульсации давления ветра Ze и коэффициента пространственной корреляции пульсаций давления ветра V (для ворот, высота которых меньше 3 м и менее коэффициентом ξ в СНиП можно пренебречь).
Wp = Wm·Ze·V
Коэффициента пульсации давления ветра Ze для высоты 5 и менее метров равен для местностей типа А, В и С 0.85, 1.22, и 1.78 соответственно.
Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра V для прямоугольных поверхностей длины до 5 м и высоты от 0.1 до 5 м находится в интервале от 0.95 до 0.89 соответственно (среднее значение 0.93).
Тогда для:
- городских районов Москвы (ветровой район I, тип местности С) и ворот со створками длиной до двух высот (тип конструкции В)
Wm = Wо·К·С = 320·0.4·1.8 = 230.4 Па
Wp = Wm·Ze·V = 230.4·1.78·0.93 = 380.9 Па
W=Wm+Wp = 230.4 + 380.9 = 611.3 Па, что соответствует скорости ветра V2 = W/0.43 или V = 37.7 м/сек (ураган)
- пригорода Москвы (ветровой район I, тип местности В) и ворот со створками длиной до двух высот (тип конструкции В)
Wm = Wо·К·С = 320·0.5·1.8 = 288 Па
Wp = Wm·Ze·V = 288·1.22·0.93 = 326.8 Па
W=Wm+Wp = 288 + 326.8 = 614.8 Па, что соответствует скорости ветра V2 = W/0.43 или V = 37.8 м/сек (ураган)
Ветровой подпор/отсос формирует момент силы, равнодействующая которой приложена в центре полотна на расстоянии L = 1 м от петель и численно равна половине произведения ветровой нагрузки на площадь створки Мв = 1/2 (W·S)·L = 1/2 (W·2·2)·1 = 2 W, т.е. для:
- городских районов Москвы Мв = 2·611.3 = 1223 н·м,
- пригорода Москвы Мв = 2·614.8 = 1230 н·м
Это значит, что при штормовых порывах ветра максимальной силы во время сильного шторма или урагана со скоростью ветра около 38 м/сек и направлении ветра, перпендикулярном плоскости створки и препятствующим открыванию/закрыванию створки тяговое усилие привода должно быть на три порядка больше, чем в безветренную погоду и не соответствует возможностям линейных приводов распашных ворот.
