Kladka elevátoru: Typy, profily drážek, inspekční příručka a náhradní tipy

Co je to kladka výtahu a proč na tom záleží?

Kladka výtahu — také nazývaná v odborné terminologii kladka — je drážkované kolo, přes které procházejí lana výtahu nebo ocelové pásy, aby přenášely pohyb a podporovaly zatížení kabiny výtahu a protizávaží. Každý systém trakčního výtahu závisí na kladkách, které přesměrují dráhu lana, znásobí mechanickou výhodu a přenesou hnací sílu z trakčního stroje na kabinu. Bez správně navržených, vyrobených a udržovaných výtahových kladek by se lana rychle opotřebovala, tažný stroj by nebyl schopen efektivně pohybovat kabinou a riziko prokluzu lana nebo mechanické poruchy by se dramaticky zvýšilo.

Termíny „výtahová kladka“ a „výtahová kladka“ se v průmyslu používají zaměnitelně, ačkoli technicky kladka konkrétně odkazuje na drážkovanou kladku používanou s lanem nebo kabelem. Ve výtahovém inženýrství se kladka vztahuje k samotnému drážkovanému kolu, zatímco kladka někdy odkazuje na kompletní sestavu včetně hřídele, ložisek a krytu. Bez ohledu na terminologii jsou tyto komponenty srdcem každého mechanického systému trakčního výtahu a jejich geometrie, materiál, profil drážky a stav přímo určují výkon výtahu, životnost lana a bezpečnost cestujících.

Tento článek popisuje, jak fungují kladky výtahů, různé typy používané ve výtahových systémech, použité materiály a výrobní normy, jak je kontrolovat a udržovat a na co se zaměřit při specifikaci náhradních kladek. Ať už jste technik výtahů, správce zařízení budovy nebo inženýr navrhující novou instalaci, podrobné pochopení výtahových kladek je základem pro bezpečný a efektivní provoz výtahových systémů.

Jak fungují kladky výtahu v trakčním systému

V trakčním výtahu otáčí hnací stroj — elektromotor spojený s převodovkou nebo bezpřevodový motor s přímým pohonem — tažnou kladku. Lana z ocelového drátu nebo potažené ocelové pásy jsou přehozeny přes tažnou lanovnici, přičemž výtahová kabina je zavěšena na jedné straně a protizávaží na druhé. Tření mezi lanem a drážkami tažné kladky je to, co pohání auto nahoru a dolů — stroj netáhne lano jako naviják; svírá to prostřednictvím trakce. Tento základní rozdíl je důvodem, proč mají profil drážky, poměr průměru lana a kladky a materiál drážky tak přímý vliv na výkon systému.

Kromě hlavní tažné kladky používá kompletní výtahový systém několik dalších kladek. Deflektorové kladky přesměrovávají dráhu lana z tažného stroje do kabiny nebo protizávaží, pokud stroj není umístěn přímo nad výtahovou šachtou. Napínací kladky udržují napětí lana a správné vyrovnání v systému. V lanových hydraulických výtazích a některých trakčních systémech je více kladek uspořádáno do kladkostrojové konfigurace, aby se dosáhlo mechanické výhody – uspořádání lan 2:1 a 4:1 používaná v mnoha systémech výtahů vyžadují pro dokončení dráhy lana deflektory a kladky. Každá kladka v systému přispívá k únavě lana v ohybu, takže počet kladek, jejich průměry a úhly ohybu ovlivňují životnost lan.

Typy kladek výtahu a jejich specifické role

Kompletní výtahová instalace používá několik různých typů kladek, z nichž každá je navržena pro specifickou funkci v lanovém systému. Pochopení toho, co každý typ dělá a kde se nachází, pomáhá při diagnostice problémů a specifikaci správných náhrad.

Trakční kladka (hnací kladka)

Tažná kladka je primárním hnacím prvkem výtahového systému. Je namontován přímo na výstupní hřídel trakčního stroje — buď přes převodovku nebo přímo na hřídel bezpřevodového motoru — a jeho rotace pohání kabinu výtahu a protizávaží prostřednictvím tření lana. Trakční kladky jsou nejvíce zatížené kladky v systému, které jsou vystaveny jak plnému napnutí lana, tak únavě v ohybu z lan neustále se ohýbajících po povrchu kladky. Jejich profil drážky musí být přesně přizpůsoben průměru lana a materiál drážky musí poskytovat dostatečnou trakci, aniž by způsoboval nadměrné opotřebení lana. Průměry trakčních kladek se pohybují od přibližně 320 mm u malých obytných výtahů až po více než 800 mm u vysokorychlostních komerčních systémů.

Deflektorová kladka

Deflektorová kladka se používá k přesměrování dráhy lana z tažného stroje do správného vertikálního vyrovnání nad kabinou nebo protizávažím, když stroj není umístěn přímo nad středovou osou výtahové šachty. Ve výtahových instalacích bez strojovny (MRL), kde je hnací stroj namontován v horní části výtahové šachty spíše než ve vyhrazené strojovně, jsou deflekční kladky zvláště důležité pro stanovení správné geometrie lana. Deflektorové kladky se také používají v instalacích nadzemních strojoven, kde je stroj odsazen od středu výtahové šachty. Nesou značné zatížení tahem lana a musí být dimenzovány a podepřeny, aby zvládly tyto síly bez průhybu nebo vibrací.

Kladka na auto a kladka s protizávažím

V konfiguracích lana 2:1 – kde lano putuje z pevného kotevního bodu dolů kolem kladky na rámu auta, zpět nahoru k deflektoru nebo horní kladce a dolů k protizávaží – jsou kladka auta a kladka protizávaží namontovány na rám auta a na rám protizávaží. Tyto kladky umožňují vozu a protizávaží jet poloviční rychlostí lana oproti systému 1:1, což snižuje potřebnou rychlost lana a umožňuje menšímu tažnému stroji přesunout stejnou zátěž. Kladky automobilů musí být navrženy s přiměřenou vůlí lana v rámové konstrukci vozu a jejich ložiska musí zvládnout plné zavěšené zatížení vozu plus jmenovité zatížení rozdělené mezi pády lana.

Horní kladka (sekundární kladka)

Horní kladky jsou pevné kladky namontované v horní části výtahové šachty nebo v nadzemní konstrukci strojovny, které přesměrovávají lana mezi tažnou kladkou a kladkou kabiny nebo kladky protizávaží v konfiguraci vícenásobného ovinutí nebo složitých lan. V lanových systémech 4:1 používaných v některých nízkorychlostních, vysokokapacitních nákladních výtazích doplňuje uspořádání kladkostroje několik horních kladek. Tyto kladky mají typicky menší průměr než tažná kladka a jsou určeny primárně k přesměrování dráhy lana spíše než k zajištění trakce.

Kompenzační kladka

Ve vysokých budovách, kde hmotnost lana nabývá na významu – obvykle v budovách s obsluhovanou výškou nad 30 metrů – jsou kompenzační lana nebo řetězy zavěšeny pod vozem a protizávaží, aby se vyrovnala hmotnost zdvihacích lan při jízdě vozu. V jámě výtahu je namontována kompenzační kladka, která vede kompenzační lana a udržuje odpovídající napětí. Kompenzační kladky jsou napínány gravitací a musí se volně pohybovat svisle v mezích, aby se přizpůsobily prodlužování lana a dynamickému pohybu lana během provozu.

Profily drážek kladky výtahu a jejich vliv na životnost lana

Profil drážky an kladka výtahu je jedním z technicky nejkritičtějších aspektů konstrukce výtahu, který přímo ovlivňuje jak trakční výkon, tak rychlost opotřebení lana. Ve výtahových kladkách se používají tři hlavní profily drážek, z nichž každý představuje jiný kompromis mezi tahem, tlakem lana a životností lana.

Kulatá drážka (U-drážka)

Kruhová drážka má kruhový průřez s poloměrem o něco větším než je poloměr lana – typicky je poloměr drážky 0,53–0,55 násobek průměru lana. Lano se dotýká drážky velkým obloukem (přibližně 120–150°) a rozděluje kontaktní tlak rovnoměrně na širokou oblast. Tento nízký kontaktní tlak způsobuje minimální deformaci lana a maximální únavovou životnost lana, díky čemuž jsou kladky s kruhovou drážkou preferovanou volbou pro všechny deflektorové kladky, automobilové kladky a vrchní kladky, kde není vyžadována trakce. Omezení kulatých drážek na tažných kotoučích spočívá v tom, že poskytují nižší trakci (tření) než podříznuté drážky, což může být nedostatečné pro systémy s nízkými poměry protizávaží nebo vysokými požadavky na zrychlení.

Podříznutá V-drážka

Podříznutá drážka kombinuje tvar V s malým poloměrem podříznutí ve spodní části. Šikmé strany drážky stlačují lano a vytvářejí klínový efekt, který výrazně zvyšuje normální sílu mezi lanem a drážkou – a tím zvyšuje dostupnou trakci – ve srovnání s kulatou drážkou při stejném napětí lana. Koeficient trakce dosažitelný s podříznutou drážkou je obvykle o 50–80 % vyšší než s kulatou drážkou s ekvivalentním úhlem drážky, a proto jsou podříznuté drážky standardním profilem pro tažné kladky ve většině moderních instalací výtahů. Kompromisem je vyšší kontaktní tlak na dráty lana na okrajích drážky, který urychluje opotřebení lana a snižuje únavovou životnost lana. Úhly podříznuté drážky se obvykle pohybují od 90° do 105°, přičemž hlubší podříznutí poskytuje vyšší trakci za cenu rychlejší degradace lana.

V-drážka (plné V)

Plná V-drážka bez podříznutí vytváří maximální trakci díky extrémnímu zaklínění, ale za cenu velmi vysokých kontaktních tlaků, které způsobují rychlé opotřebení lana. Plné V-drážky se u moderních trakčních kladek osobních výtahů používají zřídka, ale lze je nalézt ve starších instalacích nebo v některých aplikacích nákladních a servisních výtahů. Vysoký kontaktní tlak lana na drážku ve V-drážce také způsobuje samotné rychlé opotřebení drážky, což vyžaduje častější výměnu tažné kladky ve srovnání s konstrukcemi s podříznutými drážkami. Pokud se ve stávajících instalacích setkáte s plnými V-drážkami, měl by být jejich stav pečlivě posouzen při kontrolách údržby.

Materiály a výrobní normy pro kladky výtahu

Kladky výtahů jsou vyráběny z materiálů vybraných tak, aby poskytovaly správnou kombinaci tvrdosti, houževnatosti, obrobitelnosti a odolnosti proti opotřebení pro jejich roli v systému. Níže uvedená tabulka shrnuje hlavní použité materiály a jejich vlastnosti:

Kladky výtahů musí splňovat příslušné bezpečnostní normy včetně EN 81-20 a EN 81-50 v Evropě, ASME A17.1 v Severní Americe a GB 7588 v Číně. Tyto normy specifikují minimální poměry průměru kladky k lanu (typicky D/d ≥ 40 pro tažné kladky, kde D je průměr rozteče kladky ad je průměr lana), tolerance profilu drážky, požadavky na mechanické vlastnosti materiálu a kritéria kontroly. Shoda s těmito normami je povinná pro schválení typu výtahu a je ověřována jak během výroby, tak během pravidelných bezpečnostních kontrol.

Poměr D/d: Proč je kritický průměr kladky vzhledem k průměru lana

Poměr roztečného průměru kladky (D) k průměru lana (d) – všeobecně psaný jako D/d – je jedním z nejdůležitějších parametrů při návrhu výtahového lana a kladkového systému. Pokaždé, když se lano ohne přes kladku, vnější dráty lana jsou nataženy v tahu, zatímco vnitřní dráty jsou stlačeny. Čím menší je kladka vzhledem k lanu, tím větší je toto ohybové namáhání a tím rychleji lano akumuluje únavové poškození. Poměr D/d 40:1 – minimum obvykle předepsané bezpečnostními standardy výtahů pro tažné kladky – znamená, že pro lano o průměru 13 mm je minimální průměr rozteče kladky 520 mm.

Použití větších poměrů D/d výrazně prodlužuje životnost lana. Výzkum a data z terénu konzistentně ukazují, že zvýšení D/d ze 40 na 60 může více než zdvojnásobit únavovou životnost lana při ekvivalentním zatížení. Systémy vysokorychlostních výtahů s vysokým cyklem – jako jsou ty ve vysokých komerčních budovách, které provádějí stovky jízd denně – často specifikují poměry D/d 60–80 nebo vyšší, aby bylo dosaženo přijatelné životnosti lana mezi výměnami. Poměr D/d musí být zachován pro všechny kladky v systému, nejen pro tažnou kladku, protože únava z ohybu lana je kumulativní napříč každou kladkou a kontaktem lana během každého vypínacího cyklu. Deflektorové kladky a hlavové kladky jsou někdy specifikovány s menšími průměry než tažná lanovnice, ale jejich příspěvek k únavě lana musí být zohledněn při výpočtu celkové životnosti lana.

Kontrola kladky výtahu: Co kontrolovat a kdy

Pravidelná kontrola výtahových kladek je povinným prvkem údržby výtahu podle všech hlavních bezpečnostních norem. Kontrola kladky slouží ke dvěma účelům: identifikace opotřebených nebo poškozených kladek před tím, než způsobí poškození lana nebo selhání systému, a ověření, že kladkový systém nadále poskytuje přiměřenou trakci a životnost lana. Při každé pravidelné údržbě výtahu by měly být zahrnuty následující položky kontroly:

• Měření opotřebení drážky: K měření hloubky a profilu každé drážky použijte měrku drážek (měřidlo profilu go/no-go přizpůsobené jmenovitému profilu drážky). Drážky, které se opotřebovaly nad tolerancí výrobce – obvykle o více než 10–15 % zvýšení poloměru drážky nebo viditelné zploštění podříznutého profilu – musí být znovu opracovány nebo vyměněna kladka. Opotřebované drážky snižují trakci v tažné kladce a zvyšují kontaktní tlak lana v deflektorových kladkách, čímž se urychluje opotřebení lana.
• Stav povrchu drážky: Zkontrolujte povrchy drážek, zda nevykazují rýhy, praskliny, důlky nebo korozi. Drážkování – podélné drážky vyříznuté do drážky kladky přerušenými dráty lana – vytváří koncentrace napětí v laně a dramaticky urychluje degradaci lana. Jakákoli kladka s rýhovanými drážkami musí být znovu opracována, aby se obnovil hladký povrch drážky, nebo vyměněna, pokud by hloubka drážky po opětovném opracování klesla pod minimum.
• Konzistence hloubky drážky: Změřte hloubku drážky napříč všemi drážkami na řemenici s více drážkami. Nestejná hloubka drážky způsobuje nerovnoměrné rozložení zátěže na lana — nejmělčí drážka nese nejvyšší zatížení, zatímco lana v hlubších drážkách nesou menší napětí. Tato nerovnováha zatížení urychluje opotřebení přetíženého lana a snižuje celkový bezpečnostní faktor systému. Drážky by měly být znovu opracovány, pokud odchylka hloubky mezi drážkami na stejné kladce překročí 0,5 mm.
• Stav ložiska: Zkontrolujte, zda ložiska kladky nevykazují hluk, drsnost nebo nadměrnou vůli otáčením kladky ručně s odstraněnými lany. Drsná, hlučná nebo uvolněná ložiska indikují poruchu mazání nebo opotřebení ložiska a musí být neprodleně vyměněna. Poškozená ložiska kladky umožňují vychýlení kladky, které způsobuje zrychlené opotřebení lana a abnormální zatížení hřídele kladky a nosné konstrukce.
• Zarovnání kladky: Ověřte, zda je kladka správně vyrovnána s dráhou lana – kladnice, které jsou nesprávně zarovnány, způsobují, že lano běží šikmo přes drážku, což vytváří boční síly, které lano a drážku asymetricky opotřebovávají a mohou způsobit, že lano drážku přeskočí vysokou rychlostí. Zarovnání se kontroluje pomocí pravítka nebo laserového nástroje pro zarovnání přes plochy kladky.
• Stav chrániče kladky: Ověřte, že všechny chrániče kladky jsou na svém místě, nepoškozené a správně umístěné, aby se zabránilo vykolejení lana. Bezpečnostní normy vyžadují chrániče na všech kladkách výtahu, které udrží lano v drážce v případě náhlé ztráty napětí.

Kdy vyměnit kladku výtahu

Rozhodování o tom, kdy vyměnit kladku elevátoru spíše než pokračovat v jejím provozu nebo předělávat drážky, je úsudek, který musí vyvážit bezpečnost, životnost lana a náklady na údržbu. Následující podmínky vyžadují výměnu kotouče nebo přepracování drážek a měly by být považovány za povinné činnosti, pokud jsou identifikovány během kontroly:

• Opotřebení drážky mimo toleranci: Když měření měřidla opotřebení drážek ukáže, že se drážky opotřebily mimo výrobcem specifikovanou toleranci pro poloměr drážky nebo geometrii podříznutí, a když zbývá dostatek materiálu pro opětovné obrobení bez snížení základny drážky pod minimální tloušťku stěny, drážky by měly být znovu obrobeny. Pokud nezbývá dostatek materiálu pro opětovné opracování, vyměňte kladku.
• Prasknutí nebo zlomenina: Jakékoli viditelné praskliny v tělese kotouče, náboji nebo ráfku vyžadují okamžitou výměnu kotouče. Trhliny v litinových kotoučích se při cyklickém zatěžování rychle šíří a mohou vést ke katastrofálnímu lomu. Nepokoušejte se opravit prasklé kladky svařováním nebo jinými prostředky.
• Drážkování lana, které nelze obrobit: Pokud je drážka dostatečně hluboká, že by opětovné opracování za účelem odstranění vrypových značek snížilo drážku pod minimální hloubku, je nutná výměna.
• Poškození korozí: Významné koroze na površích drážek nebo na tělese kladky v prostředí s vysokou vlhkostí, působením chemikálií nebo pobřežním slaným vzduchem mohou vyžadovat výměnu, pokud hloubka důlkové koroze narušuje strukturální integritu kladky nebo hladkost kontaktního povrchu lana.
• Opotřebení ložiskové skříně: Pokud je vrtání pouzdra ložiska opotřebené nebo poškozené tak, že vnější kroužek ložiska nelze bezpečně držet, musí být kotouč vyměněn – pokusy o použití příliš velkých ložisek nebo lepicích opravných směsí v opotřebovaném pouzdru nejsou ve výtahových systémech přijatelnou bezpečnostní praxí.

Výtahové kladky v moderních MRL a vysokorychlostních systémech

Technologie výtahů bez strojovny (MRL), která se od konce 90. let stala dominantním typem instalace pro nízko- až středněpodlažní budovy, přinesla nové výzvy a konfigurace pro systémy výtahových kladek. V instalacích MRL je tažný stroj namontován uvnitř výtahové šachty – obvykle nahoře – a geometrie lana musí být stanovena pomocí deflektorových kladek umístěných v omezeném prostoru konstrukce výtahové šachty. To klade mnohem větší požadavky na přesnost polohování kladek, konstrukci nosné konstrukce a plánování přístupu k údržbě než konvenční instalace ve strojovnách. Deflektorové kladky MRL jsou často integrovány do sestavy základové desky stroje nebo namontovány na vyhrazené ocelové konzoly přivařené nebo přišroubované ke konstrukci výtahové šachty.

Vysokorychlostní výtahy obsluhující vysoké budovy – ty, které se pohybují rychlostí 4 m/s a vyšší – kladou vysoké požadavky na výkon tažné kladky. Při vysokých rychlostech se podstatně zvyšují vibrace lana, aerodynamické efekty a dynamické rázové síly ve vstupních a výstupních bodech lanovnice. Vysokorychlostní tažné kladky jsou vždy z kované oceli nebo vysokopevnostní tvárné litiny, přesně vyvážené pro minimalizaci vibrací, vybavené vysoce přesnými ložisky a navrženy s pečlivě optimalizovanými profily drážek, které minimalizují únavu lana při zachování dostatečné trakce. Vznik systémů ocelových řemenů s plochým povlakem (jako je Schindler's Multibelt a Otis' Gen2) pro rychlosti až 4 m/s zavedl kladky s polyuretanovou výstelkou jako alternativu k drážkovaným železným kladkám, které poskytují tišší provoz a delší životnost řemene ve středních aplikacích a zároveň zjednodušují výrobu kladek ve srovnání s přesnými drážkami.