WO2005035420A2 - Mejoras para elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, contrapesos y servomotores - Google Patents

Mejoras para elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, contrapesos y servomotores Download PDF

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WO2005035420A2
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chains
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B9/00—Kinds or types of lifts in, or associated with, buildings or other structures
    • B66B9/02—Kinds or types of lifts in, or associated with, buildings or other structures actuated mechanically otherwise than by rope or cable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B11/00—Main component parts of lifts in, or associated with, buildings or other structures
    • B66B11/0065—Roping
    • B66B11/008—Roping with hoisting rope or cable operated by frictional engagement with a winding drum or sheave

Definitions

  • elevators Since the invention of the elevators approximately 125 years ago, elevators have been built for both people and cargo within three categories: the first that still remains the most used is that of elevators equipped with metal cables and electric drive systems; the second (with height limitations) is that of elevators that use hydraulic pistons, either simple or telescopic; and the third (with greater career restrictions) those who use screws either directly or indirectly.
  • Each of these elevators has specific applications where its use may be recommended.
  • the first two classifications may have variants of being used with counterweights that significantly reduce the size of the driving equipment and make them more efficient.
  • the counterweight is a very important part and it is generally used as a rule that this is approximately 60% of the cabin weight, since higher counterweights would bring stability problems during braking processes since they are used in open elastic circuits, that is, they only connect to the cabin and the counterweight at the top; demanding that the cabin have as design a greater inertia than the counterweight to avoid jerks during the braking process
  • the elevator of this invention replaces the traction cables with metal chains, in the same way it replaces the tractor pulley with catarinas, but it also does it by means of a closed circuit, that is to say above and below, which ensures greater stability of the traction system.
  • Cable lifters suffer from the defect that the cables have a stretch of about 2% of their length that is inherent in the stretching of the steel wires and the twisting of the wires (wire drawing), which when having a tension they thin the section of the cable temporarily, but with a tendency of permanent deformation.
  • the progressive stretching of the cables together with the bending of the cables in the traction sheave and the deflection sheave causes the fatigue of the cable, therefore very high safety coefficients have to be used (10 to 1).
  • the tractor pulleys usually have multiple grooves in the form of wire drawing to ensure greater traction and prevent slippage. However, these grooves obey the shape of the unstretched cable, so when it has yielded it becomes a friction element causing wear between the cable and the pulley.
  • the constant stretches of the traction cables result in mismatches in the elevator stops, with greater maintenance needs.
  • the traction system proposed here allows the use of very large counterweights, without instability during braking processes, by virtue of This is a non-elastic closed circuit, which allows a better balance between the weight of the cabin and the weight of the counterweight, but also allows us to increase the latter to an additional 50% of the load that is intended to be transported vertically, with which requires a lower electrical power to obtain the movement at the required speed.
  • the traction equipment of the cable lifts consists of electric motors coupled to helical speed reducers, which reduce the speed of the motor and increase the torque on the output shaft that is coupled to the tractor pulley. Due to the nature of design and manufacturing, these speed reducers have efficiencies of around
  • Elevator motors are usually electric, either direct current or alternating current, usually two speed. At present, in elevator applications for large heights, variable frequency motors are used to provide greater smoothness during start-ups and shutdowns through the use of power inverters.
  • the elevator of this invention uses one, two or up to four servomotors that are coupled to planetary type speed reducers, which in turn rotate the tractor catarinas that rotate the tractor chains that raise or lower both the elevator cabin Like the counterweight.
  • servomotors has the benefits of being preprogrammable motor equipment, which have better electrical and mechanical characteristics for frequent starts and stops, are more compact, are variable speed, totally accurate, the number can be programmed of turns that must turn, the time or distance of acceleration or deceleration, the maximum torque or torque, are reversible, have braking against the other electrode and provide us with a feedback of all the behavior through its servo amplifier and the encoder.
  • the elevator of this invention modifies the control system by adopting the advantages that are already inherent in the servo motors, which being intelligent motors have integrated encoders and servo amplifiers, by means of which the start-up, acceleration, are provided to the servo motors themselves.
  • PLC programmable logic controller
  • FIGURE N ° 1 shows an isometric view of the main elements of an elevator with a single traction equipment from the top.
  • FIGURE N ° 2 shows an approach of the upper part of the driving equipment of FIGURE N ° 1 with the purpose of highlighting the details of these.
  • FIGURE N ° 3 shows a block diagram showing the main equipment involved in the control of the elevator's operation movements.
  • FIGURE No. 4 shows an isometric view of the main elements of an elevator with two traction equipment at the top.
  • FIGURE 5 shows an isometric view of the main elements of an elevator with four traction equipment, two located at the top and two at the bottom.
  • FIGURE N ° 6 shows a block diagram showing the main equipment involved in the control of the operation movements of the elevator with two traction systems.
  • FIGURE No. 7 shows a block diagram showing the main equipment involved in the control of the elevator's operating movements with four traction systems.
  • FIGURES No. 1 and 3 The passenger or cargo elevator based on the use of chains, counterweights and servomotors of this invention is referred to FIGURES No. 1 and 3, and consists of the following parts:
  • An elevator cabin (1) consisting of a platform and a safety framework of structural type (44), in whose upper part the traction chains (3) will be coupled.
  • the walls of the elevator car are not shown in the figure in order to show the elements that would remain behind it.
  • the elevator car ascends and descends, sliding vertically on side rails (2) on which four sliding shoes or slicing guides (not shown in the drawings) run, which are firmly screwed to the four vertices of the safety frame (44 ) of the elevator car (1).
  • the Catarina is fixedly coupled to the traction arrow by means of wedges or any other attachment that does not allow sliding with the tractor arrow.
  • the speed reducer At one end of the tractor arrow, it is coupled to the speed reducer by means of a copy (7) which aims to absorb any linear or angular misalignment with the output arrow of the speed reducer (8).
  • a servomotor (9) Directly coupled to the speed reducer (8) which is of the planetary type, there is a servomotor (9), which together represent the driving part of the entire elevator. All this set must be mounted on a base plate .. (41) that has sufficient rigidity which will be anchored to a structure (42) that is supported by the elevator hub or the machine room.
  • the counterweight has a mass equivalent to
  • the cabin (1), the tractor chain (3), the counterweight (13), the return chain (15) and again the cabin (1) form a non-elastic sliding closed circuit, thus achieving an absolute precision in their relative movements and with a greater balance between the masses of the cabin loads plus the load to be lifted and the load of the counterweight.
  • the Tractor Catarina (4) being smaller in diameter than the traction pulleys for traditional cables, allows to maintain higher angular speeds in the output shaft of the speed reducer, which requires lower speed ratios in the reducer (8) , providing greater efficiency to it, so in this case the selection of planetary type speed reducers is more appropriate than traditionally used helical speed reducers, increasing efficiency in factors that exceed 15% against the latter.
  • planetary type reducers can transmit proportionally higher torques compared by helical reducers, and allow significantly higher overload factors.
  • the efficiency of the type of planetary gearboxes is generally greater than 95%, these being of a compact size and not generally requiring maintenance, since there are no elements subject to friction • as in. case of helical reducers.
  • the planetary type reducers are reversible and are usually of high precision without angular play (zero backlash).
  • the inherent design of the catarinas to be coupled with the traction chains has no slippage, so there is no friction wear between these two elements while maintaining their original conditions for longer.
  • the counter-return brakes of the traditional elevators are not required, which are normally coupled to the speed reducer, having in place a static brake (25) coupled directly to the servo motor rotor (9). say on the low torque side of the system and that allows for its inherent characteristics, having better coordination in the braking and release process that acts in just a matter of milliseconds.
  • the servomotors when entering a fault or lack of energy condition can be programmed so that their windings enter in a short circuit, allowing the load to slide very smoothly in a controlled manner such that no impacts of the cabin on the part are visualized. upper or against the elevator pit due to overspeed.
  • the characteristics of the servomotors themselves allow them to maintain a static locked rotor position, for the different stops of the elevator car with an even greater capacity than that normally obtained with the back brakes of traditional elevators.
  • Servo motors that have normally been designed as driving equipment for highly repetitive processes They have the following advantages that differentiate them from traditional elevators electric motors: are designed and manufactured for a lot of starts and shutdowns • stators without fail from overheating; Although they are of more compact frames, they are made of materials that allow greater heat dissipation; windings are made with thinner wires and in much larger numbers than traditional motors having a higher current density; permanent magnets are very powerful allowing them to develop relatively high powers in relatively small frames; They are of programmable frequency, voltage, torque and amperage, so their performance is totally predictable, having an encoder that allows us to feedback all these parameters to the servo amplifier that sends the power and power current to the rear of the rotor arrow. programmed control according to the servo motor controller signals. No further details are provided in the description of this patent concerning servomotors since these are commonly used in the industry.
  • the elevator controls are constituted as they appear in Figure No. 3 and are basically constituted by the following elements: a programmable logic controller (PLC) (22), where the elevator control and operation logic program resides and that its function is to register the call commands of the elevator car (23), either from any of the floors (24) to which it is intended to provide service, where the up or down buttons are located as well as the commands of the elevator car keypad to go up or lower when pressed by the operator or passengers.
  • PLC programmable logic controller
  • the (PLC) (22) accumulates queued calls sequentially when the elevator is in operation.
  • the control logic programs are similar to those used in integrated circuits with traditional microprocessors of any type of elevator so I will not abound at this point and will only make reference in the sense that the programmable logic controller (PLC) has the ability to replace traditional elevator controllers in a reliable way and with greater potential for use due to their universal characteristics as an element of control of any type of process.
  • the programmable logic controller has the ability to receive analog and digital signals according to the needs of each case and send the output signals in either of the two systems to the elevator's driving elements.
  • the servo motor motion controller (26), which sends the start signals to the servo amplifier (27) which is the device that supplies the power to the servo motor, same that has been programmed, in such a way that the acceleration times or cycles, maximum speed, torque and position conditions where accelerations and decelerations begin and end as well as unemployment are established; all this with the feedback of the encoder (28) mounted on the servo motor rotor arrow. Therefore, a closed supply and feedback loop is obtained, which allows us to establish and know the real behavior of the system.
  • the vertical displacement system is governed by vertical position coordinates relative of the chain that through the appropriate conversions by the radio of the Catarina and the transmission ratio of the speed reducer, the conversion of coordinates to pulses of the encoder is obtained for its proper programming.
  • both external inductive and mechanical or optical sensors are unnecessary since the positions are achieved through the • accounting of pulses registered in the servo motor encoder. Only external overload sensors on the top and bottom of the elevator hub would be recommended for the purpose of not relying on a single elevator safety system.
  • the use of programmable logic controllers allows us the possibility of increasing reliability in terms of security by connecting two PLCs in parallel, that is, in redundancy.
  • FIGURES No. 4 and 6 The passenger or cargo lift based on the use of chains, counterweights and servomotors of this invention is referred to FIGURES No. 4 and 6, and consists of the following parts:
  • An elevator car (1) consisting of a platform and a structural security frame (44), whose upper part will be coupled two sets of traction chains (3), placed at the ends of the bridge of the safety frame (44).
  • the walls of the elevator car are not shown in the figure in order to show the elements that would remain behind it.
  • the elevator car ascends and descends, sliding vertically on side rails (2) on which four sliding shoes or slicing guides (not shown in the drawings) run, which are firmly screwed to the four vertices of the safety frame ( 44) of the elevator car (1).
  • the chains (3) after turning on the tractor catarinas (4) with an angle of approximately 270 ° run on two deflector catarinas (10) which in turn are mounted on two arrows (11) that rotate between two bearings lateral (12) each.
  • the counterweights in total have a mass equivalent to 100% of the mass of the cabin plus 50% of the mass of the maximum load that is intended to be transported, thereby achieving energy consumption to raise the fully charged cabin or to lower it without any load are equivalent; these being the conditions of maximum load to which the traction and driving elements of the elevator will be subjected.
  • the counterweight similar to the cabin is It is guided vertically by two rails (14) on which the slides or alignment slices slide, common in these cases (not shown in FIGURE 4), which are firmly screwed to the edges of the body of each counterweight.
  • each of the counterweights In the lower part of each of the counterweights is a pair of descending chains (15) that run vertically to rotate around two lower tension gutters (16) that are firmly coupled to two arrows (17) and two bearings ( 18) each one, which are firmly anchored to another structure (43) that is anchored to the floor of the elevator pit.
  • chains (15) turn around the tensioning pulleys, they rise at an angle of approximately 45 ° to two lower deflector pulleys (19), which similarly are firmly coupled to two arrows (20) that rotate in the middle. of two horizontal bearings (21) each and which are also firmly anchored to the floor of the elevator pit. From this moment the chains (15) rise vertically until they are firmly coupled to the bottom of the upper bridge of the safety frame (44) of the cabin (1).
  • the cabin (1), the tractor chains (3), the counterweights (13), the return chains (15) and again the cabin (1) form a non-elastic sliding closed circuit, thus achieving an absolute precision in their relative movements and with a greater balance between the masses of the cabin loads, plus the load to be lifted and the load of the counterweights.
  • planetary type reducers can transmit proportionally higher torques compared by helical reducers, and allow significantly higher overload factors.
  • the efficiency of the type of planetary gearboxes is generally greater than 95%, these being of a compact size and generally not requiring maintenance, since there are no elements subject to friction as in the case of helical gearboxes.
  • the planetary type reducers are reversible and are usually of high precision without angular play (zero backlash).
  • the inherent design of the catarinas to be coupled with the traction chains has no slippage, so there is no friction wear between these two elements while maintaining their original conditions for longer.
  • the counter-return brakes of the traditional elevators are not required, which are normally coupled to the speed reducer, having in place a static brake (25) coupled directly to the servo motor rotor (9), that is, on the low torque side of the system and that allows for its inherent characteristics have better coordination in the braking and release process that acts in just a matter of milliseconds.
  • the servomotors when entering a fault or lack of energy condition can be programmed so that their windings enter in a short circuit, allowing the load to slide very smoothly in a controlled manner so that no impacts of the cabin are visualized in the upper part or against the elevator pit due to overspeed.
  • the characteristics of the servomotors themselves allow them to maintain a static locked rotor position, for the different stops of the elevator car with an even greater capacity than what is normally obtained ' with the back brakes of the traditional elevators.
  • Servo motors that have normally been designed as driving equipment for highly repetitive processes have the following advantages that differentiate them from traditional electric motors of elevators: they are designed and manufactured for a large number of starts and stops without the stators failing from overheating ; although they are more compact frames, they are made of materials that allow greater heat dissipation; windings are made with thinner wires and in much larger numbers than traditional motors having a higher current density; permanent magnets are very powerful allowing them to develop relatively high powers in relatively small frames; They are of frequency, voltage, torque and programmable amperage, so their performance is totally predictable having an encoder attached to the rear end of the rotor arrow It allows all these parameters to be fed back to the servo amplifier that sends the power and control current in a programmed way according to the signals of the servo motor controller. No further details are provided in the description of this patent concerning servomotors since these are commonly used in the industry.
  • the elevator controls are constituted as they appear in FIGURE No. 6 and are basically constituted by the following elements: a programmable logic controller (PLC) (22), where the elevator control and operation logic program resides and what is the function of registering the call commands of the elevator car (23), either from any of the floors (24) to which it is intended to serve, where the up or down buttons are located, as well as the commands of the keypad of the elevator cabin to raise or lower when pressed by the operator or passengers.
  • PLC programmable logic controller
  • the programmable logic controller (PLC) (22) accumulates queued calls sequentially when the elevator is in operation.
  • Logic control programs are similar to those used in integrated circuits with traditional microprocessors of any type of elevator so I will not abound at this point and will only make reference in the sense that the PLC has the ability to replace traditional controllers of elevators in the form of others that are reliable and with greater potential for use due to their universal characteristics - as an element of control of any type of process.
  • the programmable logic controller has the ability to receive analog and digital signals according to the needs of each case and send the output signals in either of the two systems towards the driving elements of the elevator.
  • the servo motor master controller (26) that communicates and commands in parallel to the slave controller (28), which sends the start signals to the servo amplifier ( 27) and (29) which are the devices that supply the power to the servomotors, which has been programmed to work in synchrony, so that the acceleration times or cycles, maximum speed, torque and conditions are established of position where accelerations and decelerations begin and end as well as unemployment; all this with the feedback of the encoders (28) mounted on the rotor arrow of each servomotor. Therefore, a closed supply and feedback loop is obtained, which allows us to establish and know the real behavior of the system.
  • the vertical displacement system is governed by vertical coordinates of relative position of the chains, which through the appropriate conversions, by the radius of the catarinas and the transmission ratio of the speed reducers, is obtained the conversion of coordinates to pulses of the encoders, for their proper programming.
  • both traditional inductive as well as mechanical or optical external sensors are unnecessary since the positions are achieved through the accounting of pulses registered in the master servo motor encoder, with a redundancy of the slave encoder. Only external overcarriage sensors on the top and bottom of the elevator hub would be recommended in order not to rely on a single elevator safety system.
  • programmable logic controllers allows us the possibility of increasing reliability in terms of security by connecting two PLCs in parallel, that is, in redundancy.
  • reliability is also increased, since each servomotor has its own encoder and therefore parallel feedback signals are obtained.
  • the current communications technology allows PLCs to connect in open networks with monitoring and data acquisition systems that enable diagnosis and communication with intelligent building management systems.
  • MODE IN REFERENCE TO FIG. No. 5 This modality has the advantage of having four speed reducers and four servomotors, which gives the system a higher reliability index because it could operate with one or two disconnected equipment (one per side) in the middle of the speed, in addition to allowing the selection of smaller traction equipment, within the commercial range.
  • FIGURES No. 5 and 7 The passenger or cargo elevator based on the use of chains, 2 counterweights and 4 servomotors with reducers (two upper ones that pull the elevator cabin and two lower ones that pull the counterweights) is referred to FIGURES No. 5 and 7 , and consists of the following parts:
  • An elevator car (1) consisting of a platform and a structural security frame (44), in whose upper part two sets of traction chains (3) will be attached, placed in the frame bridge ends of security (44).
  • the walls of the elevator car are not shown in the figure in order to show the elements that would remain behind it.
  • the elevator car ascends and descends, sliding vertically on side rails' (2) on which four sliding shoes or slicing guides (not shown in the drawings) run, which are firmly screwed to the four vertices of the safety frame (44) of the elevator car (1).
  • tractor arrow At one end of the tractor arrow, it is coupled to two speed reducers by means of two copies (7) that aim to absorb any linear or angular misalignment with the output arrow of the speed reducers (8).
  • speed reducer (8) that are of the planetary type
  • servomotors (9) Directly coupled to each speed reducer (8) that are of the planetary type, there are two servomotors (9), which together represent the driving part of the entire elevator. All this set must be mounted on two base plates (41) that have sufficient rigidity which will be anchored to a structure (42) that is supported by the elevator hub or the machine room.
  • the counterweights have in total a mass equivalent to 100% of the mass of the cabin plus 50% of the mass of the cargo that is intended to be transported, which means that energy consumption is achieved to raise the fully loaded cabin or to lower it without any load are equivalent; these being the conditions of maximum load to which the traction and driving elements of the elevator will be subjected.
  • the counterweight similar to the cabin, is guided vertically by two rails (14) on which the slides or alignment slices (not shown in FIGURE 5), common in these cases, which are firmly screwed to the edges of the body of each counterweight.
  • a pair of descending chains (15) that run vertically to rotate around two traction catarinas (16) that are mounted on a horizontal arrow (17) and sets of two bearings (18) at the ends of each Catarina.
  • the catarinas are fixedly coupled to the traction arrow by means of wedges or any other attachment that does not allow sliding with the tractor arrows.
  • At one end of the tractor arrow it is coupled to two lower speed reducers by means of two copies (7) that have the objective of absorbing any linear or angular misalignment with the output arrow of the speed reducers (8).
  • the cabin (1), the tractor chains (3), the counterweights (13), the return chains (15) and again the cabin (1) form a non-elastic sliding closed circuit, thus achieving an absolute precision in their relative movements and with a greater balance between the masses of the cabin loads, plus the load to be lifted and the load of the counterweights.
  • the tractor catarinas (4) and (16) being smaller in diameter than the traction pulleys for traditional cables, allows maintaining greater angular speeds in the output shaft of the speed reducer, which requires lower speed ratios in the reducers (8), providing greater efficiency to it, so that in this case the selection of planetary speed reducers is more appropriate than traditionally used helical speed reducers, increasing efficiency in factors exceeding 15% against these last.
  • planetary type reducers can transmit proportionally higher torques compared by helical reducers, and allow significantly higher overload factors.
  • the efficiency of the 'type of planetary gear units usually exceeds 95%, these being of a compact size and not requiring usually maintenance, since there are no elements subject to friction as in the case of the worm gear.
  • the planetary type reducers are reversible and are usually of high precision without angular play (zero backlash).
  • the inherent design of the catarinas to be coupled with the traction chains has no slippage, so there is no friction wear between these two elements while maintaining their original conditions for longer.
  • the counter-return brakes of traditional elevators are not required, which are normally coupled to the speed reducer, having instead a static brake (25) coupled directly to the servo motor rotor (9), that is, on the low side system torque and that allows for its inherent characteristics, to have a better coordination in the braking and release process that acts in just a matter of milliseconds.
  • the servomotors when entering a fault or lack of energy condition can be programmed so that their windings enter in a short circuit, allowing the load to slide very smoothly in a controlled manner such that no impacts of the cabin on the part are visualized. upper or against the elevator pit due to overspeed.
  • the characteristics of the servomotors themselves allow them to maintain a static locked rotor position, for the different stops of the elevator car with an even greater capacity than that normally obtained with the back brakes of traditional elevators.
  • Servo motors that have normally been designed as driving equipment for highly repetitive processes have the following advantages that differentiate them from traditional electric motors of elevators: they are designed and manufactured for a large number of starts and stops without the stators failing from overheating ; although they are more compact frames, they are made of materials that allow greater heat dissipation; windings are made with thinner wires and in much larger numbers than traditional motors having a higher current density; permanent magnets are very powerful what it allows them to develop relatively high powers in relatively small frames; They are of programmable frequency, voltage, torque and amperage, so that their performance is totally predictable, having an encoder at the rear end of the rotor arrow coupled that allows us to feedback all these parameters to the servo amplifier that sends the power current and of control in programmed form attending to the signals of the servo motor controller. No further details are provided in the description of this patent concerning servomotors since these are commonly used in the industry.
  • the elevator controls are constituted as they appear in FIGURE No. 7 and are basically constituted by the following elements: a programmable logic controller (PLC) (22), where the elevator control and operation logic program resides and whose function is to register the call commands of the elevator car (23), either from any of the floors (24) to which it is intended to serve, where the up or down buttons are located, as well as the commands of the keypad of the elevator cabin to raise or lower when pressed by the operator or passengers.
  • PLC programmable logic controller
  • the (PLC) (22) accumulates queued calls sequentially when the elevator is in operation.
  • Logic control programs are similar to those used in integrated circuits with traditional microprocessors of any type of elevator so I will not abound at this point and will only make reference in the sense that the programmable logic controller (PLC) has the capacity of replacing traditional elevator controllers in a reliable and other way with greater potential for use due to its universal characteristics as an element of control of any type of process.
  • PLC programmable logic controller
  • the programmable logic controller has the ability to receive analog and digital signals according to needs. of each case and send the output signals in either of the two systems to the driving elements of the elevator.
  • the servo motor master controller (26) that communicates and commands in parallel to the slave controllers (28), which sends the start signals to the servo -amplifier (27) and (30) which are the devices that supply the power to the servomotors, which has been programmed to work in synchrony, so that the times or cycles of acceleration, maximum speed, torque are established and position conditions where accelerations and decelerations begin and end as well as unemployment; all this with the feedback of the encoders (28) mounted on the rotor arrow of each servomotor. Therefore, a closed supply and feedback loop is obtained, which allows us to establish and know the real behavior of the system.
  • the vertical displacement system is governed by vertical coordinates of relative position of the chains that, through the appropriate conversions by the radius of the catarinas and the transmission ratio of the speed reducers, the coordinate conversion is obtained
  • Pulse encoders for proper programming.
  • both traditional inductive and mechanical or optical external sensors are unnecessary since the positions they are achieved through the accounting of pulses recorded in the master servo motor encoder, with a redundancy of the slave encoder.
  • Only external overload sensors on the top and bottom of the elevator hub would be recommended for the purpose of not relying on a single elevator safety system.
  • the use of programmable logic controllers allows us the possibility of increasing reliability in terms of security by connecting two PLCs in parallel, that is, in redundancy.

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  • Lift-Guide Devices, And Elevator Ropes And Cables (AREA)

Abstract

Un elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, contrapesos y servomotores que constituye una versión mejorada de los elevadores tradicionales para pasajeros o carga, en el cual las mejoras consisten en la sustitución de los cables de tracción por cadenas de tracción, pero en un circuito cerrado en donde las cadenas sirven tanto para jalar la cabina del elevador como para jalar hacia abajo también al contrapeso, con lo que se obtiene un mejor comportamiento de este último y en consecuencia se pueden tener contrapesos que no solo exceden el peso propio de la cabina sino que se pueden considerar contrapesos adicionales hasta por el 50% de la carga que se pretende levantar, sin que exista un problema de tirones sobre las cadenas por motivos de la inercia, durante los procesos de frenado. Los equipos motrices de tracción utilizados son reductores de velocidad tipo planetario que tienen una mejor eficiencia y exactitud y están acoplados a servomotores que permiten programar con total exactitud las características de los movimientos que sean requeridos por el elevador. El sistema de control, está constituido por un controlador lógico programable (PLC) y el controlador del servomotor que junto con los codificadores de los servomotores proporcionan el posicionamiento exacto, así como las características de velocidad y par que son preprogramados en forma óptima para tener el mejor comportamiento del sistema y obtener las compensaciones que fuesen eventualmente necesarias.

Description

"MEJORAS PARA ELEVADOR DE PASAJEROS O CARGA CON BASE AL USO DE CADENAS, CONTRAPESOS Y SERVOMOTORES"
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.
Desde la invención de los elevadores hace aproximadamente 125 años, se han construido elevadores tanto de personas como de carga dentro de tres categorías: la primera que aún sigue siendo la más usada es la de elevadores equipados con cables metálicos y sistemas motrices eléctricos; la segunda (con limitaciones de altura) es la de elevadores que usan pistones hidráulicos bien sea de pistón simple o telescópico; y la tercera (con mayores restricciones de carrera) los que usan tornillos bien sea en forma directa o indirecta. Cada uno de estos elevadores tiene aplicaciones especificas en donde su uso puede ser recomendable. Las primeras dos clasificaciones pueden tener variantes de usarse con contrapesos que reducen en forma significativa el tamaño de los equipos motrices y los vuelve más eficientes.
En los elevadores equipados con cables tractores, el contrapeso es una parte muy importante y por lo general se usa como norma que éste sea de aproximadamente el 60% del peso de la cabina, puesto que mayores contrapesos traerían problemas de estabilidad durante los procesos de frenado toda vez que se usan en circuitos abiertos elásticos, es decir que solo conectan a la cabina y al contrapeso por la parte superior; exigiendo que la cabina tenga como diseño una mayor inercia que el contrapeso para evitar tirones durante el proceso de frenado. El elevador de esta invención, sustituye los cables de tracción por cadenas metálicas, de igual forma sustituye la polea tractora por catarinas, pero además lo itace mediante un circuito cerrado, es decir por arriba y por debajo, con lo que se asegura una mayor estabilidad del sistema de tracción.
Los elevadores de cables adolecen del defecto de que los cables tienen un estiramiento de alrededor del 2% de su longitud que es inherente al propio estiramiento de los alambres de acero y a la formación del torcido de los cables (trefilado) , que al tener una tensión adelgazan la sección del cable en forma temporal, pero con una tendencia de deformación permanente. El estiramiento progresivo de los cables junto con el doblez de los mismos en la polea de tracción y la polea deflectora producen la fatiga del cable por lo cual se tienen que usar coeficientes de seguridad muy altos ( 10 a 1 ) . Asi también las poleas tractoras por lo general tienen ranuras múltiples con la forma del trefilado del cable para asegurar una mayor tracción y evitar el deslizamiento. Sin embargo estas ranuras obedecen a la forma del cable no estirado por lo que cuando éste ha cedido se convierte en un elemento de fricción ocasionando desgaste entre el cable y la polea.
Los constantes estiramientos de los cables de tracción traen como consecuencia desajustes en las paradas del elevador, con mayores necesidades de mantenimiento. El sistema de tracción aqui propuesto permite el uso de contrapesos muy grandes, sin que se tenga inestabilidad durante los procesos de frenado, en virtud de que se trata de un circuito cerrado no elástico, lo que permite un mejor balance entre el peso de la cabina y el peso del contrapeso, pero además nos permite incrementar este último hasta el 50 % adicional de la carga que se pretende transportar verticalmente, con lo que se requiere una menor potencia eléctrica para obtener el movimiento a la velocidad requerida .
Por lo general, los equipos de tracción de los elevadores de cables están constituidos por motores eléctricos acoplados a reductores de velocidad tipo helicoidal, que reducen la velocidad del motor e incrementan el torque en la flecha de salida que se acopla a la polea tractora. Por la naturaleza de diseño y fabricación estos reductores de velocidad tienen eficiencias de alrededor de
80%, con un desgaste progresivo en virtud de que trabajan por fricción de un piñón contra una corona. Este tipo de reductores además requiere constante mantenimiento, para evitar el incremento de los coeficientes de fricción en forma estrepitosa.
Los motores de los elevadores por lo general son eléctricos, bien sea de corriente continua o de corriente alterna por lo general de dos velocidades . En la actualidad en aplicaciones de elevadores para grandes alturas se usan motores de frecuencia variable para proporcionar una mayor suavidad durante los arranques y paros mediante el uso de inversores de corriente. El elevador de esta invención usa uno, dos o hasta cuatro servomotores que se acoplan a reductores de velocidad tipo planetario, que a su vez giran las catarinas tractoras que hacen girar a las cadenas tractoras que elevan o bajan tanto a la cabina del elevador como al contrapeso. El hecho de usar servomotores, tiene los beneficios de que se trata de equipos motrices pre- programables, que tienen mejores características eléctricas y mecánicas para arranques y paros frecuentes, son más compactos, son de velocidad variable, totalmente exactos, se puede programar el número de vueltas que deben girar, el tiempo o la distancia de aceleración o desaceleración, el par o torque máximo, son reversibles, tienen frenado contraelectro otriz y nos proporcionan una retroalimentación de todo el comportamiento a través de su servo amplificador y el codificador.
Los elevadores tradicionales están controlados por circuitos integrados con icroprocesadores que reciben las señales de sensores de tipo inductivo o microselectores que establecen llamadas o posiciones relativas de la cabina. Los circuitos integrados, se encuentran programados para llevar a cabo las secuencias de operación que consisten en subir, bajar (con la aplicación de dos velocidades o velocidad variable), renivelar, abrir y cerrar puertas. El elevador de esta invención modifica el sistema de control al adoptar las ventajas que ya son inherentes a los servomotores, que al ser motores inteligentes tienen integrados los codificadores y los servoamplificadores, mediante los cuales se proporciona a los propios servomotores el arranque, la aceleración, la velocidad de operación, el número de vueltas que debe trabajar, el torque programado, la desaceleración y el paro, además de obtener una retroalimentación del comportamiento exacto de la operación y el estado o posición final del servomotor. Por lo tanto, en este caso no se requiere la utilización de sensores externos, siendo todo el sistema de control de los servomotores intrínseco. Para controlar los movimientos secuenciales como la apertura y cierre de puertas, asi como las llamadas de elevador en su viaje ascendente o descendente, se usa un "controlador lógico programable" (PLC) , para procesar las señales digitales o analógicas que pueden ser alimentadas a la lógica programable de control, con un gran nivel .de confiabilidad y simplicidad en la programación.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
LA FIGURA N° 1 , muestra una vista isométrica de los principales elementos de un elevador con un solo equipo de tracción de la parte superior.
LA FIGURA N° 2, muestra un acercamiento de la parte superior del equipo motriz de la FIGURA N° 1 con el propósito de resaltar los detalles de éstos.
LA FIGURA N° 3, muestra un diagrama de bloques mostrando los principales equipos que intervienen en el control de los movimientos de operación del elevador. LA FIGURA N° 4 , muestra una vista isométrica de los principales elementos de un elevador con dos equipos de tracción en la parte superior.
LA FIGURA N° 5 , muestra una vista isométrica de los principales elementos de un elevador con cuatro equipos de tracción, dos ubicados en la parte superior y dos en la parte inferior. LA FIGURA N° 6, muestra un diagrama de bloques mostrando los principales equipos que intervienen en el control de los movimientos de operación del elevador con dos sistemas de tracción.
LA FIGURA N° 7, muestra un diagrama de bloques mostrando los principales equipos que intervienen en el control de los movimientos de operación del elevador con cuatro sistemas de tracción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
MODALIDAD PREFERIDA EN REFERENCIA A LA FIG. N
El elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, contrapesos y servomotores de esta invención se encuentra referido a LAS FIGURAS No. 1 y 3, y consta de las siguientes partes: Una cabina del elevador (1) constituida por una plataforma y un marco de seguridad de tipo estructural (44), en cuya parte superior serán acopladas las cadenas de tracción (3) . Las paredes de la cabina del elevador no se muestran en la figura con el propósito de mostrar los elementos que quedarían detrás de ella. La cabina del elevador asciende y desciende, deslizándose verticalmente sobre unos rieles laterales (2) sobre los que corren cuatro zapatas deslizantes o guías de rodajas (no rpostradas en los dibujos), que van firmemente atornilladas a los cuatro vértices del marco de seguridad (44) de la cabina del elevador (1) .
En el puente superior del marco de seguridad (44) del elevador se encuentran conectadas dos cadenas paralelas de eslabones de acero (3) que sustituyen a los tradicionales cables tractores de acero de los elevadores. Dichas cadenas tienen la ventaja de tener un radio de doblez mucho más reducido que el que se usa normalmente para los cables de acero de tracción, además de que tienen coeficientes de estiramiento inferiores a los normalmente encontrados en los cables de acero, así también proporcionan coeficientes de seguridad superiores. Actualmente existe 'una variedad muy grande de tipos de cadenas de transmisión en el mercado dependiendo del tipo de uso que se le va a otorgar e incluyendo aquellos tipos de cadenas que no requieren lubricación pues se encuentran manufacturadas con metales prelubricados . Las cadenas suben hasta una Catarina (4) de tracción que se encuentra montada sobre una flecha horizontal (5) y dos chumaceras (6) en sus extremos. La Catarina va fijamente acoplada a la flecha de tracción mediante cuñas o cualquier otrd aditamento que no permita el deslizamiento con la flecha tractora . En un extremo de la flecha tractora, ésta se acopla al reductor de velocidad mediante un copie (7) que tiene el objetivo de absorber cualquier desalineamiento lineal o angular con la flecha de salida del reductor de velocidad (8) . Acoplado directamente al reductor de velocidad (8) que es de tipo planetario, va un servomotor (9), que en conjunto representan la parte motriz de todo el elevador. Todo este conjunto deberá ir montado sobre una placa base.. (41) que tenga suficiente rigidez la cual irá anclada a una estructura (42) que va soportada por el cubo del elevador o el cuarto de máquinas .
Las cadenas (3) después de dar vuelta sobre la Catarina tractora (4) con un ángulo aproximadamente de 270° corren sobre una segunda Catarina deflectora (10) que a su vez va montada sobre una flecha (11) que gira entre dos chumaceras laterales (12) . Una vez que las cadenas pasan sobre esta Catarina deflectora continúan su trayectoria vertical descendente para ser acopladas al contrapeso (13) que corre verticalmente en la parte posterior de la cabina del elevador. El contrapeso tiene una masa equivalente al
100% de la masa de la cabina más el 50% de la masa de la carga que- se pretende transportar, con lo que se logra que los consumos de energía para subir la cabina totalmente cargada o para bajarla sin carga alguna sean equivalentes; siendo estas las condiciones de carga máxima a las cuales estarán sometidos los elementos de tracción y motrices del elevador. Bajo estas condiciones se optimiza en forma muy importante el tamaño de los equipos motrices, toda vez que únicamente estarán calculados para el 50% de la carga máxima a elevar o a bajar en cualquiera de los movimientos de ascenso o descenso. El contrapeso en forma similar a la cabina, se encuentra guiado verticalmente por dos rieles (14) sobre los cuales se deslizan las correderas o las rodajas de alineamiento comunes en estos casos.
En la parte inferior del contrapeso se encuentran dos cadenas descendentes (15) que corren verticalmente para girar alrededor de una tercera Catarina de tensión (16) que se encuentra acoplada firmemente a una flecha (17) y dos chumaceras (18) las cuales van firmemente ancladas a otra estructura (43) que va anclada al piso de la fosa del elevador. Una vez que dichas cadenas (15) dan la vuelta alrededor de la polea tensora suben en un ángulo de aproximadamente 45° a una segunda polea deflectora (19) , que en forma similar va firmemente acoplada a una flecha (20) que gira en medio de dos chumaceras horizontales (21) y que también están firmemente ancladas al piso de la fosa del elevador. A partir de este momento las cadenas (15) suben verticalmente hasta ser firmemente acopladas a la parte inferior del marco de seguridad (44) de la cabina (1) .
De esta forma la cabina (1), la cadena tractora (3) , el contrapeso (13) , la cadena de retorno (15) y nuevamente la cabina (1), forman un circuito cerrado deslizante no elástico, logrando con esto una absoluta precisión en sus movimientos relativos y con un mayor equilibrio entre las masas de las cargas de la cabina más la carga a levantar y la carga del contrapeso. La Catarina tractora (4) al ser de menor diámetro que las poleas tractoras para cables tradicionales, permite el mantener velocidades angulares mayores en la flecha de salida del reductor de velocidad, con lo que se requieren menores relaciones de velocidad en el reductor (8), proporcionándole una mayor eficiencia al mismo, por lo que en este caso resulta más adecuado la selección de reductores de velocidad tipo planetario que los reductores de velocidad tipo helicoidal usados tradicionalmente, incrementando la eficiencia en factores que superan el 15% contra estos últimos. Así también tiene la ventaja de que los reductores de tipo planetario pueden transmitir torques proporcionalmente superiores comparados por los reductores helicoidales, y permiten factores de sobrecarga significativamente más altos. La eficiencia del tipo de reductores planetarios, por lo general es superior al 95%, siendo éstos de un tamaño compacto y no requiriendo por lo general mantenimiento, toda vez que no existen elementos sujetos a fricción • como en el. caso de los reductores helicoidales . Los reductores tipo planetario son reversibles y por lo general son de alta precisión sin juego angular (cero backlash) . El diseño inherente de las catarinas para ser acopladas con las cadenas de tracción no tiene deslizamiento alguno, por lo que no existe desgaste por fricción entre estos dos elementos manteniendo durante más tiempo sus condiciones originales . En el presente caso del elevador con servomotores no se requieren los frenos de contra-vuelta de los elevadores tradicionales, que normalmente van acoplados al reductor de velocidad, teniendo en sustitución un freno estático (25) acoplado directamente al rotor del servomotor (9) es decir en el lado de bajo torque del sistema y que permite por sus características inherentes, el tener una mejor coordinación en el proceso de frenado y liberación que actúa en solo cuestión de milisegundos . Asimismo los servomotores al entrar de condición de falla o falta de energía pueden ser programados para que sus embobinados entren en corto circuito, permitiendo que la carga se deslice muy suavemente en forma controlada de tal manera que no se visualizan impactos de la cabina en la parte superior o contra el foso del elevador por sobrevelocidad . Asimismo las características de los propios servomotores les permiten mantener una posición estática de rotor bloqueado, para las diferentes paradas de la cabina del elevador con una capacidad aún superior a la que normalmente se obtienen con los frenos de contravuelta de los elevadores tradicionales .
Los servomotores que normalmente han sido diseñados como equipos motrices para procesos altamente repetitivos tienen las siguientes ventajas que los diferencian de los motores eléctricos tradicionales de los elevadores: se encuentran diseñados y fabricados para una gran cantidad de arranques • y paros sin que los estatores fallen por sobrecalentamiento; a pesar de que son de armazones más compactos, están fabricados con materiales que permiten una mayor disipación de calor; los embobinados se encuentran fabricados con alambres mas delgados y en mucho mayor número que los motores tradicionales teniendo una mayor densidad de corriente; los imanes , permanentes son muy potentes lo que les permite desarrollar potencias relativamente altas en armazones relativamente pequeños; son de frecuencia, voltaje, torque y amperaje programable por lo que su desempeño es totalmente predecible teniendo acoplado en el extremo posterior de la flecha del rotor un codificador que nos permite retroalimentar todos estos parámetros al servo amplificador que le envía la corriente de potencia y de control en forma programada atendiendo a las señales del controlador del servomotor. No se proporcionan mas detalles en la descripción de esta patente relativa a los servomotores toda vez que estos son de uso común en la industria.
Los controles del elevador se encuentran constituidos como aparecen en la figura No. 3 y se encuentran básicamente constituidos por los siguientes elementos : un controlador lógico programable (PLC) (22), en donde reside el programa de la lógica de control y operación del elevador y que tiene como función el registrar los comandos de llamada de la cabina del elevador (23), bien sea de cualquiera de los pisos (24) a los cuales' se pretende dar servicio, en donde se encuentran las botoneras de subida o de bajada, así como los comandos de la botonera de la cabina del elevador para subir o bajar al ser presionados por el operador o los pasajeros.
Así mismo el (PLC) (22) acumula las llamadas en cola de espera de manera secuencial cuando el elevador se encuentra en operación. Los programas lógicos de control son similares a los usados en los circuitos integrados con microprocesadores tradicionales de cualquier tipo de elevador por lo que no abundaré en este punto y solo haré referencia en el sentido de que el controlador lógico programable (PLC) tiene la capacidad de sustituir a los controladores tradicionales de elevadores en forma por demás confiable y con mayores potenciales de uso por sus características universales como elemento de control de cualquier tipo de proceso. El controlador lógico programable tiene capacidad de recibir señales analógicas y digitales de acuerdo a las necesidades de cada caso y enviar las señales de salida en cualquiera de los dos sistemas hacia los elementos motrices del elevador. Conectado con el control lógico del programador lógico de control (PLC), se encuentra el controlador de movimientos del servomotor (26), el cual envía las señales de arranque al servoamplificador (27) que es el aparato que le suministra la potencia al servomotor, misma que ha sido programada, de forma tal que se establezcan los tiempos o ciclos de aceleración, velocidad máxima, torque y las condiciones de posición en donde inician y terminan las aceleraciones y desaceleraciones así como el paro; todo esto con la retroalimentación del codificador (28) montado en la flecha del rotor del servomotor. Por lo tanto se obtiene un lazo cerrado de alimentación y retroalimentación, que nos permite establecer y conocer el comportamiento real del sistema. En este sentido el sistema de desplazamiento vertical queda regido por coordenadas verticales de posición relativa de la cadena que a través de las conversiones adecuadas por el radio de la Catarina y de la relación de transmisión del reductor de velocidad, se obtiene la conversión de coordenadas a pulsos del codificador para su adecuada programación. Como se puede apreciar ya resultan innecesarios los sensores externos tanto inductivos como mecánicos u ópticos toda vez que las posiciones se logran a través de • la contabilidad de pulsos registrados en el codificador del servomotor. Solo se recomendarían sensores externos de sobrecarrera en la parte superior e inferior del cubo del elevador con el propósito de no depender de un solo sistema para la seguridad del elevador. Finalmente el uso de los controladores lógicos programables nos permiten la posibilidad de incrementar la confiabilidad en términos de seguridad conectando dos PLC en paralelo es decir en redundancia. En el caso de elevadores con dos o más servomotores también se incrementa la confiabilidad, ya que cada servomotor cuenta con su propio codificador y por lo tanto se obtienen señales de retroalimentación en paralelo. La actual tecnología en comunicaciones permite a los PLC conectarse en redes abiertas con sistemas de monitoreo y adquisición de datos que posibilita la elaboración de diagnósticos y la comunicación • con sistemas de administración de edificios inteligentes.
MODALIDAD EN REFERENCIA A LA F G. Nc Esta modalidad tiene la ventaja de tener dos sistemas de tracción, con lo que se logra un respaldo de operación que le permite una mayor seguridad y disponibilidad.
El elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, contrapesos y servomotores de esta invención se encuentra referido a LAS FIGURAS No. 4 y 6, y consta de las siguientes partes: Una cabina del elevador (1) constituida por una plataforma y un marco de seguridad de tipo estructural (44), en cuya parte superior serán acopladas dos juegos de cadenas de tracción (3), colocadas en los extremos del puente del marco de seguridad (44) . Las paredes de la cabina del elevador no se muestran en la figura con el propósito de mostrar los elementos que quedarían detrás de ella. La cabina del elevador asciende y desciende, deslizándose verticalmente sobre unos rieles laterales (2) sobre los que corren cuatro zapatas deslizantes o guías de rodajas (no mostradas en los dibujos),, que van firmemente atornilladas a los cuatro vértices del marco de seguridad (44) de la cabina del elevador (1) .
En el puente superior del marco de seguridad (44) del elevador se encuentran conectadas dos pares de dos cadenas paralelas de eslabones de acero (3) que sustituyen a los tradicionales cables tractores de acero de los elevadores. Dichas cadenas tienen la ventaja de tener un radio de doblez mucho más reducido que el que se usa normalmente para los cables de acero de tracción, además de que tienen coeficientes de estiramiento inferiores a los normalmente encontrados en los cables de acero, así también proporcionan coeficientes de seguridad superiores. Las cadenas suben hasta dos catarinas (4) de tracción que se encuentran montadas cada una sobre una flecha horizontal (5) y dos chumaceras (6) en sus extremos. Las catarinas van fijamente acopladas a la flecha de tracción mediante cuñas o cualquier otro aditamento que no permita el deslizamiento con las flechas tractoras. En un extremo de la flecha tractora, ésta se acopla a dos reductores de velocidad mediante dos copies (7) que tienen el objetivo de absorber cualquier desalineamiento lineal o angular con la flecha de salida de los reductores de velocidad (8). Acoplado directamente a cada reductor de velocidad (8) que son de tipo planetario, van dos servomotores (9), que representan en conjunto la parte motriz de todo el elevador. Todo este conjunto deberá ir montado sobre dos placas bases (41) que tengan suficiente rigidez las cuales irán ancladas a una estructura (42) que va soportada por el cubo del elevador o el cuarto de máquinas .
Las cadenas (3) después de dar vuelta sobre las catarinas tractoras (4) con un ángulo aproximadamente de 270° corren sobre dos catarinas defl.ectoras (10) que a su vez van montadas sobre dos flechas (11) que giran entre dos chumaceras laterales (12) cada una. Una vez que las cadenas pasan sobre estas catarinas deflectoras continúan sus trayectorias verticales descendentes para ser acopladas a dos contrapesos (13) que corren verticalmente en la parte lateral a cada extremo de la cabina del elevador. Los contrapesos tienen en total una masa equivalente al 100% de la masa de la cabina más el 50% de la masa de la carga máxima que se pretende transportar, con lo que se logra que los consumos de energía para subir la cabina totalmente cargada o para bajarla sin carga alguna sean equivalentes; siendo estas las condiciones de carga máxima a las cuales estarán sometidos los elementos de tracción y motrices del elevador. Bajo estas condiciones se optimiza en forma muy importante el tamaño de los equipos motrices, toda vez que únicamente estarán calculados para el 50% de la carga máxima a elevar o a bajar en cualquiera de los movimientos de ascenso o descenso. El contrapeso en forma similar a la cabina, se encuentra guiado verticalmente por dos rieles (14) sobre los cuales se deslizan las correderas o las rodajas de alineamiento, comunes en estos casos (no mostradas en LA FIGURA 4), que van firmemente atornilladas a las aristas del cuerpo de cada contrapeso.
En la parte inferior de cada uno de los contrapesos se encuentra un par de cadenas descendentes (15) que corren verticalmente para girar alrededor de dos catarinas inferiores de tensión (16) que se encuentran acopladas firmemente a dos flechas (17) y dos chumaceras (18) cada una, las cuales van firmemente ancladas a otra estructura (43) que va anclada al piso de la fosa del elevador. Una vez que dichas cadenas (15) dan la vuelta alrededor de las poleas tensoras suben en un ángulo de aproximadamente 45° a dos poleas deflectoras inferiores (19), que en forma similar van firmemente acopladas a dos flechas (20) que giran en medio de dos chumaceras horizontales (21) cada una y que también están firmemente ancladas al piso de la fosa del elevador. A partir de este momento las cadenas (15) suben verticalmente hasta ser firmemente acopladas a la parte inferior del puente superior del marco de seguridad (44) de la cabina (1) .
De esta forma la cabina (1), las cadenas tractoras (3), los contrapesos (13), las cadenas de retorno (15) y nuevamente la cabina (1), forman un circuito cerrado deslizante no elástico, logrando con esto una absoluta precisión en sus movimientos relativos y con un mayor equilibrio entre las masas de las cargas de la cabina, más la carga a levantar y la carga de los contrapesos.
Las catarinas tractoras (4) al ser de menor diámetro que las poleas tractoras para cables tradicionales, permite el mantener velocidades angulares mayores en la flecha de salida del reductor de velocidad, con lo que se requieren menores relaciones de velocidad en los reductores (8), proporcionándole una mayor eficiencia al mismo, por lo que en este caso resulta más adecuada la selección de reductores de velocidad tipo planetario que los reductores de velocidad tipo helicoidal usados tradicionalmente, incrementando la eficiencia en faptores que superan el 15% contra estos últimos. Así también tiene la ventaja de que los reductores de tipo planetario pueden transmitir torques proporcionalmente superiores comparados por los reductores helicoidales, y permiten factores de sobrecarga significativamente más altos. La eficiencia del tipo de reductores planetarios, por lo general es superior al 95%, siendo éstos de un tamaño compacto y no requiriendo por lo general mantenimiento, toda vez que no existen elementos sujetos a fricción como en el caso de los reductores helicoidales. Los reductores tipo planetario son reversibles y por lo general son de alta precisión sin juego angular (cero backlash) . El diseño inherente de las catarinas para ser acopladas con las cadenas de tracción no tiene deslizamiento alguno, por lo que no existe desgaste por fricción entre estos dos elementos manteniendo durante mas tiempo sus condiciones originales.
En el presente caso del elevador con servomotores no se requieren los frenos de contra-vuelta de los elevadores tradicionales, que normalmente van acoplados al reductor de velocidad, teniendo en sustitución un freno estático (25) acoplado directamente al rotor del servomotor (9), es decir, en el lado de bajo torque del sistema y que permite por sus características inherentes tener una mejor coordinación en el proceso de frenado y liberación que actúa en solo cuestión de milisegundos . Asimismo los servomotores al' entrar en condición de falla o falta de energía pueden ser programados para que sus embobinados entren en corto circuito, permitiendo que la carga se deslice muy suavemente en forma controlada de tal manera que no se visualizan impactos de la cabina en la parte superior o contra el foso del elevador por sobrevelocidad. Asimismo las características de los propios servomotores les permiten mantener una posición estática de rotor bloqueado, para las diferentes paradas de la cabina del elevador con una capacidad aún superior a la que normalmente se obtienen ' con los frenos de contravuelta de los elevadores tradicionales .
Los servomotores que normalmente han sido diseñados como equipos motrices para procesos altamente repetitivos tienen las siguientes ventajas que los diferencian de los motores eléctricos tradicionales de los elevadores: se encuentran diseñados y fabricados para una gran cantidad de arranques y paros sin que los estatores fallen por sobrecalentamiento; a pesar de que son de armazones mas compactos, están fabricados con materiales que permiten una mayor disipación de calor; los embobinados se encuentran fabricados con alambres mas delgados y en mucho mayor número que los motores tradicionales teniendo una mayor densidad de corriente; los magnetos permanentes son muy potentes lo que les permite desarrollar potencias relativamente altas en armazones relativamente pequeños; son de frecuencia, voltaje, torque y amperaje programable por lo que su desempeño es totalmente predecible teniendo acoplado en el extremo posterior de la flecha del rotor un codificador que nos permite retroalimentar todos estos parámetros al servo- amplificador que le envía la corriente de potencia y de control en forma programada atendiendo a las señales del controlador del servomotor. No se proporcionan mas detalles en la descripción de esta patente relativa a los servomotores toda vez qué estos son de uso común en la industria.
Los controles del elevador se encuentran constituidos como aparecen en LA FIGURA No. 6 y se encuentran básicamente constituidos por los siguientes elementos: un controlador lógico programable (PLC) (22), en donde reside el programa de la lógica de control y operación del elevador y qué tiene como función el registrar los comandos de llamada de la cabina del elevador (23), bien sea de cualquiera de los pisos (24) a los cuales se pretende dar servicio, en donde se encuentran las botoneras de subida o de bajada, así como los comandos de la botonera de la cabina del elevador para subir o bajar al ser presionados por el operador o los pasajeros. Así mismo el controlador lógico programable (PLC) (22) acumula las llamadas en cola de espera de manera secuencial cuando el elevador se encuentra en operación. Los programas lógicos de control son similares a los usados en los circuitos integrados con microprocesadores tradicionales de cualquier tipo de elevador por lo que no abundaré en este punto y solo haré referencia en el sentido de que el PLC tiene la capacidad de sustituir a los controladores tradicionales de elevadores en forma por demás confiable y con mayores potenciales de uso por sus características universales - como elemento de control de cualquier tipo de ' proceso. El controlador lógico programable tiene capacidad de recibir señales analógicas y digitales de acuerdo a las necesidades de cada caso y enviar las señales de salida en cualquiera de los dos sistemas hacia los elementos motrices del elevador.
Conectado con el control lógico del programador lógico de control (PLC), se encuentra el controlador maestro de movimientos del servomotor (26) que se comunica y comanda en paralelo al controlador esclavo (28), el cual envía las señales de arranque al servoamplificador (27) y (29) que son los aparatos que le suministran la potencia a los servomotores, misma que ha sido programada para que trabajen en sincronía, de forma tal que se establezcan los tiempos o ciclos de aceleración, velocidad máxima, torque y las condiciones de posición en donde inician y terminan las aceleraciones y desaceleraciones así como el paro; todo esto con la retroalimentación de los codificadores (28) montados en la flecha del rotor de cada servomotor. Por lo tanto se obtiene un lazo cerrado de alimentación y retroalimentación, que nos permite establecer y conocer el comportamiento real del sistema. En este -sentido, el sistema de desplazamiento vertical queda regido por coordenadas verticales de posición relativa de las cadenas, que a través de las conversiones adecuadas, por el radio de las catarinas y de la relación de transmisión de los reductores de velocidad, se obtiene la conversión de coordenadas a pulsos de los codificadores, para su adecuada programación. Como se puede apreciar ya resultan innecesarios los sensores externos tanto inductivos como mecánicos u ópticos tradicionales toda vez que las posiciones se logran a través de la contabilidad de pulsos registrados en el codificador del servomotor maestro, con una redundancia del codificador esclavo. Solo se recomendarían sensores externos de sobrecarrera en la parte superior e inferior del cubo del elevador con el propósito de no depender de un solo sistema para la seguridad del elevador. Finalmente el uso de los controladores lógicos programables nos permite la posibilidad de incrementar la confiabilidad en términos de seguridad conectando -dos PLC en paralelo es decir en redundancia. En el caso de elevadores con dos o más servomotores también se incrementa la confiabilidad, ya que cada servomotor cuenta con su propio codificador y por lo tanto se obtienen señales de retroalimentación en paralelo.
La actual tecnología en comunicaciones permite a los PLC conectarse en redes abiertas con sistemas de monitoreo y adquisición de datos que posibilita la elaboración de diagnósticos y la .comunicación con sistemas de administración de edificios inteligentes . MODALIDAD EN REFERENCIA A LA FIG. N° 5 Esta modalidad tiene la ventaja de tener cuatro reductores de velocidad y cuatro servomotores, que le proporciona al sistema un mayor índice de confiabilidad en virtud de que podría operar con uno o dos equipos desconectados (uno por lado) a la mitad de la velocidad, además de permitir la selección de equipos de tracción más pequeños, dentro del rango comercial.
El elevador de pasajeros o carga con base al uso de cadenas, 2 contrapesos y 4 servomotores con reductores (dos superiores que jalan a la cabina del elevador y dos inferiores que jalan a los contrapesos) se encuentra referido a LAS FIGURAS No. 5 y 7, y consta de las siguientes partes: Una cabina del elevador (1) constituida por una plataforma y un marco de seguridad de tipo estructural (44), en cuya parte superior serán acoplados dos juegos de cadenas de tracción (3), colocados en los extremos del puente del marco de seguridad (44) . Las paredes de la cabina del elevador no se muestran en la figura con el propósito de mostrar los elementos que quedarían detrás de ella. La cabina del elevador asciende y desciende, deslizándose verticalmente sobre unos rieles laterales' (2) sobre los que corren cuatro zapatas deslizantes o guías de rodajas (no mostradas en los dibujos), que van firmemente- atornilladas a los cuatro vértices del marco de seguridad (44) de la cabina del elevador (1) .
En el puente superior del marco de seguridad (44) del elevador se encuentran conectadas, dos pares de dos cadenas paralelas de eslabones de acero (3) que sustituyen a los tradicionales cables tractores de acero de los elevadores. Dichas cadenas tienen la ventaja de tener un radio de doblez mucho más reducido que el que usa normalmente para los cables de acero de tracción, además de que tienen coeficientes de estiramiento inferiores a los normalmente encontrados en los cables de acero, así también proporcionan coeficientes de seguridad superiores. Las cadenas suben hasta dos catarinas superiores (4) de tracción que se encuentran montadas cada una sobre una flecha horizontal (5) y dos chumaceras (6) en sus extremos. Las catarinas van fijamente acopladas a la flecha de tracción mediante cuñas o cualquier otro aditamento que no permita el deslizamiento con las flechas tractoras. En un extremo de la flecha tractora, ésta se acopla a dos reductores de velocidad mediante dos copies (7) que tienen el objetivo de absorber cualquier desalineamiento lineal o angular con la flecha de salida de los reductores de velocidad (8). Acoplado directamente a cada reductor de velocidad (8) que son de tipo planetario, van dos servomotores (9), que representan en conjunto la parte motriz de todo el elevador. Todo este conjunto deberá ir montado sobre dos placas bases (41) que tengan suficiente rigidez las cuales irán ancladas a una estructura (42) que va soportada por el cubo del elevador o el cuarto de máquinas .
Las cadenas (3) después de dar vuelta sobre las catarinas tractoras (4) con un ángulo aproximadamente de 270° corren sobre dos catarinas deflectoras (10) que a su vez van montadas sobre dos flechas (11) que giran entre dos chumaceras laterales (12) cada una. Una vez que las cadenas pasan sobre estas catarinas deflectoras continúan su trayectorias verticales descendentes para ser acopladas a dos contrapesos (13) que corren verticalmente en la parte lateral a cada extremo de la cabina del elevador. Los contrapesos tienen en total una masa equivalente al 100% de la masa de la cabina más el 50% de la masa de la carga que se pretende transportar, con lo que se logra que los consumos de energía para subir la cabina totalmente cargada o para bajarla sin carga alguna sean equivalentes; siendo estas las condiciones de carga máxima a las cuales estarán sometidos los elementos de tracción y motrices del elevador. Bajo estas condiciones se optimiza en forma muy importante el tamaño de los equipos motrices, toda vez que únicamente estarán calculados para el 50% de la carga máxima a elevar o a bajar en cualquiera de los movimientos de ascenso o descenso. El contrapeso en forma similar a la cabina, se encuentra guiado verticalmente por dos rieles (14) sobre los cuales se deslizan las correderas o las rodajas de alineamiento (no mostradas en LA FIGURA 5), comunes en estos casos, que van firmemente atornilladas a las aristas del cuerpo de cada contrapeso. En la parte inferior de cada uno de los contrapesos se encuentra un par de cadenas descendentes (15) que corren verticalmente para girar alrededor de dos catarinas (16) de tracción que se encuentran montadas sobre una flecha horizontal (17) y juegos de dos chumaceras (18) en los extremos de cada Catarina. Las catarinas van fijamente acopladas a la flecha de tracción mediante cuñas o cualquier otro aditamento que no permita el deslizamiento con las flechas tractoras. En un extremo de la flecha tractora, ésta se acopla a dos reductores de velocidad inferiores mediante dos copies (7) que tienen el objetivo de absorber cualquier desalineamiento lineal o angular con la flecha de salida de los reductores de velocidad (8) . Acoplado directamente a cada reductor de velocidad { 8 ) - que son de tipo planetario, van dos servomotores (9) . Todo este conjunto deberá ir montado a dos placas bases (41) que tengan suficiente rigidez las cuales irán ancladas a una estructura (43) que va anclada al piso de la fosa del elevador. Una vez que dichas cadenas (15) dan la vuelta alrededor de las poleas tractoras inferiores, suben en un ángulo de aproximadamente 45° a dos poleas deflectoras inferiores (19), que en forma similar van firmemente acopladas a dos flechas (20) que giran en medio de dos chumaceras horizontales (21) cada una y que también están firmemente ancladas al piso de la fosa del elevador. A partir de este momento las cadenas (15) suben verticalmente hasta ser firmemente acopladas a la parte inferior del puente superior del marco de seguridad (44) de la. cabina (1) .
De esta forma la cabina (1), las cadenas tractoras (3), los contrapesos (13), las cadenas de retorno (15) y nuevamente la cabina (1), forman un circuito cerrado deslizante no elástico, logrando con esto una absoluta precisión en sus movimientos relativos y con un mayor equilibrio entre las masas de las cargas de la cabina, más la carga a levantar y la carga de los contrapesos. Las catarinas tractoras (4) y (16) al ser de menor diámetro que las poleas tractoras para cables tradicionales, permite el mantener velocidades angulares mayores en la flecha de salida del reductor de velocidad, con lo que se requieren menores relaciones de velocidad en los reductores (8), proporcionándole una mayor eficiencia al mismo, por lo que en este caso resulta más adecuada la selección de reductores de velocidad tipo planetario que los reductores de velocidad tipo helicoidal usados tradicionalmente, incrementando la eficiencia en factores que superan el 15% contra estos últimos. Así también tiene la ventaja de que los reductores de tipo planetario pueden transmitir torques proporcionalmente superiores comparados por los reductores helicoidales, y permiten factores de sobrecarga significativamente más altos . La eficiencia del' tipo de reductores planetarios, por lo general es superior al 95%, siendo éstos de un tamaño compacto y no requiriendo por lo general mantenimiento, toda vez que no existen elementos sujetos a fricción como en el caso de los reductores helicoidales. Los reductores tipo planetario son reversibles y por lo general son de alta precisión sin juego angular (cero backlash) . El diseño inherente de las catarinas para ser acopladas con las cadenas de tracción no tiene deslizamiento alguno, por lo que no existe desgaste por fricción entre estos dos elementos manteniendo durante más tiempo sus condiciones originales.
En el presente caso del elevador con servomotores no se requieren los frenos de contra-vuelta de los elevadores tradicionales, que normalmente van acoplados al reductor de velocidad, teniendo en sustitución un freno estático (25) acoplado directamente al rotor del servomotor (9), es decir, en el lado de bajo torque del sistema y que permite por sus características inherentes, el tener una mejor coordinación en el proceso de frenado y liberación que actúa en solo cuestión de milisegundos . Asimismo los servomotores al entrar en condición de falla o falta de energía pueden ser programados para que sus embobinados entren en corto circuito, permitiendo que la carga se deslice muy suavemente en forma controlada de tal manera que no se visualizan impactos de la cabina en la parte superior o contra el foso del elevador por sobrevelocidad. Asimismo las características de los propios servomotores les permiten mantener una posición estática de rotor bloqueado, para las diferentes paradas de la cabina del elevador con una capacidad aún superior a la que normalmente se obtienen con los frenos de contravuelta de los elevadores tradicionales.
Los servomotores que normalmente han sido diseñados como equipos motrices para procesos altamente repetitivos tienen las siguientes ventajas que los diferencian de los motores eléctricos tradicionales de los elevadores: se encuentran diseñados y fabricados para una gran cantidad de arranques y paros sin que los estatores fallen por sobrecalentamiento; a pesar de que son de armazones mas compactos, están fabricados con materiales que permiten una mayor disipación de calor; los embobinados se encuentran fabricados con alambres mas delgados y en mucho mayor número que los motores tradicionales teniendo una mayor densidad de corriente; los magnetos permanentes son muy potentes lo que les permite desarrollar potencias relativamente altas en armazones relativamente pequeños; son de frecuencia, voltaje, torque y amperaje programable por lo que su desempeño es totalmente predecible teniendo acoplado en el extremo posterior de la flecha del rotor un codificador que nos permite retroalimentar todos estos parámetros al servo- amplificador que le envía la corriente de potencia y de control en forma programada atendiendo a las señales del controlador del servomotor. No se proporcionan mas detalles en la descripción de esta patente relativa a los servomotores toda vez que estos son de uso común en la industria.
Los controles del elevador se encuentran constituidos como aparecen en LA FIGURA No. 7 y se encuentran básicamente constituidos por los siguientes elementos: un controlador lógico programable (PLC) (22), en donde reside el programa de la lógica de control y operación del elevador y que tiene como función el registrar los comandos de llamada de la cabina del elevador (23), bien sea de cualquiera de los pisos (24) a los cuales se pretende dar servicio, en donde se encuentran las botoneras de subida o de bajada, así como los comandos de la botonera de la cabina del elevador para subir o bajar al ser presionados por el operador o los pasajeros. Así mismo el (PLC) (22) acumula las llamadas en cola de espera de manera secuencial cuando el elevador se encuentra en operación. Los programas lógicos de control son similares a los usados en los circuitos integrados con microprocesadores tradicionales de cualquier tipo de elevador por lo que no abundaré en este punto y solo haré referencia en el sentido de que el controlador lógico programable (PLC) , tiene la capacidad de sustituir a los controladores tradicionales de elevadores en forma por demás confiable y con mayores potenciales de uso por sus características universales como elemento de control de cualquier tipo de proceso. El controlador lógico programable tiene capacidad de recibir señales analógicas y digitales de acuerdo a las necesidades . de cada caso y enviar las señales de salida en cualquiera de los dos sistemas hacia los elementos motrices del elevador.
Conectado con el control lógico del programador lógico de control (PLC), se encuentra el controlador maestro de movimientos del servomotor (26) que se comunica y comanda en paralelo a los controladores esclavos (28), el cual envía las señales de arranque al servo-amplificador (27) y (30) que son los aparatos que le suministran la potencia a los servomotores, misma que ha sido programada para que trabajen en sincronía, de forma tal que se establezcan los tiempos o ciclos de aceleración, velocidad máxima, torque y las condiciones de posición en donde inician y terminan las aceleraciones y desaceleraciones así como el paro; todo esto con la retroalimentación de los codificadores (28) montados en la flecha del rotor de cada servomotor. Por lo tanto se obtiene un lazo cerrado de alimentación y retroalimentación, que nos permite establecer y conocer el comportamiento real del sistema. En este sentido el sistema de desplazamiento vertical queda regido por coordenadas verticales de posición relativa de las cadenas que a través de las conversiones adecuadas por el radio de las catarinas y de la relación de transmisión de los reductores de velocidad, se obtiene la conversión de coordenadas a pulsos de los codificadores para su adecuada programación. Como se puede apreciar ya resultan innecesarios los sensores externos tanto inductivos como mecánicos u ópticos tradicionales toda vez que las posiciones se logran a través de la contabilidad de pulsos registrados en el codificador del servomotor maestro, con una redundancia del codificador esclavo. Solo se recomendarían sensores externos de sobrecarrera en la parte superior e inferior del cubo del elevador con el propósito de no depender de un solo sistema para la seguridad del elevador. Finalmente el uso de los controladores lógicos programables nos permite la posibilidad de incrementar la confiabilidad en términos de seguridad conectando dos PLC en paralelo es decir en redundancia. En el caso de elevadores con dos o más servomotores también se incrementa la confiabilidad, ya que cada servomotor cuenta con su propio codificador y por lo tanto se obtienen señales de retroalimentación en paralelo. La actual tecnología en comunicaciones permite a los PLC conectarse en redes abiertas con sistemas de monitoreo y adquisición de datos que posibilita la elaboración de diagnósticos y la comunicación con sistemas de administración de edificios inteligentes.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Elevador para pasajeros o carga en base a cadenas, contrapesos, y servomotores del tipo que tiene una cabina que es transportada verticalmente, caracterizado porque comprende: por lo menos un sistema de tracción compuesto de un juego de cadenas de tracción; - un juego de catarinas tractoras montadas sobre una flecha que rueda dentro de dos chumaceras y que está conectada mediante un copie flexible a por lo menos un reductor de velocidad tipo planetario al (a los) cual (es) va directamente acoplado por lo menos un servomotor con freno; - un juego de catarinas tensoras superiores; por lo menos un contrapeso equivalente al peso de la cabina mas la mitad de la carga máxima que se pretende transportar; un segundo juego de cadenas descendentes que conectan a por lo menos un contrapeso con la parte inferior de la cabina; - un segundo juego de catarinas tensoras inferiores montadas firmemente sobre una flecha que gira en el centro de dos chumaceras que van soportadas por una estructura anclada a la fosa del elevador; - un tercer juego de catarinas tensoras inferiores que van montadas sobre una flecha que gira en el centro de dos chumaceras que van firmemente ancladas a una estructura colocada en el foso del elevador; - un sistema de potencia y control constituido por un controlador lógico programable, que recibe las señales provenientes de las botoneras tanto de los pisos del edificio donde va a trabajar el elevador como de la botonera de la cabina del .elevador y mediante un programa de operación especialmente diseñado, ejecuta las ordenes hacia un controlador de movimiento de cada servomotor que con parámetros previamente establecidos ordena a cada servo- amplificador mandar la corriente y el voltaje hacia el respectivo servomotor y su freno a fin de que éste lleve a cabo el trabajo previamente preestablecido; -tiene además un codificador montado en la flecha del respectivo servomotor; el codificador proporciona los pulsos de control y proporciona una retroalimentación al servo-amplificador y finalmente al controlador lógico programable de las funciones realizadas por todo el sistema de tracción.
2. El elevador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene dos reductores y servomotores de tracción superior y acoplados a las catarinas tractoras que jalan hacia arriba la cabina o los contrapesos del elevador, teniendo el elevador dos sistemas de tracción idénticos, excepto que uno de los controladores de movimiento para los servomotores es de tipo maestro y el otro 'es de tipo esclavo.
3. El elevador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque uno de los sistemas de tracción puede ser usado como respaldo del otro, con lo cual se puede operar el elevador aún teniendo un equipo en condición de falla, solo modificando las velocidades de operación.
4. El- elevador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene cuatro - reductores y servomotores de tracción, dos de ellos, superiores y acoplados a las primeras catarinas tractoras y los otros dos, inferiores y acoplados en segundas catarinas tractoras, que jalan hacia arriba o hacia abajo la cabina y los contrapesos del elevador, teniendo el elevador cuatro sistemas de tracción idénticos, excepto que uno de los controladores de movimiento para los servomotores es de tipo maestro y los otros tres son de tipo esclavo 5. El elevador de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque dos de los sistemas de tracción pueden ser usados como respaldo de los otros, con lo cual se puede operar el elevador aun teniendo uno o hasta dos equipos en condición de falla, sólo modificando las velocidades de operación .
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