EXAMENSARBETE I FLYGTEKNIK 15 HP, GRUNDNIVÅ 300
Beräkning av hissgejder
Författare: John Eklund och Michel El-Khouri
Rapportkod: MDH.IDT.FLYG.MFL001.2015.GN300.15HP
Calculation of elevator
guide rails
Authors: John Eklund and Michel El-Khouri
Report code: MDH.IDT.FLYG.MFL001.2015.GN300.15HP
THESIS IN AERONAUTICS 15 HP, BASIC LEVEL
Sammanfattning
En central komponent i ett hissystem är gejder. Dessa fungerar som ledskenor och styr hissen i dess färdriktning. De ser till att hissen hålls på plats och tar därför upp alla de krafter som av olika anledningar genereras av obalans i hissen. Om dessa krafter blir för stora uppkommer skador som kan leda till olyckor och det är därför viktigt att dimensionera gejderna rätt. Företaget Kone AB har genom tiderna utvecklat flera olika beräkningsverktyg för att teoretiskt bestämma hur stora påfrestningar en specifik hiss kan utgöra på dess gejder. Dessa verktyg har framförallt fokuserat på installation av nya hissar och dagens förutsättningar. Med tiden har föreskrifter, normer och standarder förändrats. Nya gränsvärden och regler har medfört att nya verktyg utvecklats för att kunna anpassas efter detta. Beroende på vilken del av en hiss som moderniseras, gäller fortfarande de föreskrifter och riktvärden som var gällande då hissen uppfördes. I samband med nyutvecklingar av beräkningsverktyg har man släppt supporten av gamla versioner och många av de äldre programmen har idag kompabilitetsproblem med dagens plattformar. Man har heller inte behållit någon möjlighet till att räkna efter gamla regler och riktvärden. Detta har medfört glapp i tillgängligheten av beräkningsverktyg anpassade för moderniseringar och har lett till att mycket tid har spenderats åt att genomföra dessa beräkningar med papper och penna. Arbetet har genererat ett nytt beräkningsverktyg skapat i Microsoft Excel och Visual Basic for Applications med fokus på att lämna så mycket som möjligt konfigurerbart. På detta sätt kan man anpassa alla nödvändiga parametrar och riktvärden efter de föreskrifter som gällde då hissen var uppförd. Plattformen valdes då det finns gott om allmän kännedom om denna inom företaget för att underlätta framtida vidareutveckling och inte få problem med otillgänglig källkod. Ett sidospår ledde in på en utredning gällande materialegenskaper för gejder tillverkade på tidigt 1900‐tal. Detta ledde till för få resultat för att kunna dra några slutsatser och någon gemensam standard kunde inte finnas. För framtida vidareutveckling av verktyget rekommenderas grafiska illustrationer av resultatdelen samt implementation av fler områden som kan automatiseras inom avdelningen. Datum: 25 oktober 2015 Utfört vid: KONE AB, Kista Handledare vid MDH: Per Schlund Handledare vid KONE AB: Sune Öström Examinator: Mirko Senkovskiii
Abstract
A central component in an elevator system is the guide rails. These guide rails lead the elevator in its direction of travel. They make sure the elevator is kept in place by taking up all of the forces created by imbalance in the elevator. If these forces are too great it would lead to damage of the guide rails and could cause an accident to occur. Therefor it is important to dimension the guide rails accordingly. The company KONE has over time created several calculation tools to theoretically determine how great the forces generated from a specific elevator can be. The main focus of these tools has always been on new elevators with today’s rules and regulations. These standards and regulations have evolved over time. New limits and regulations have resulted in the development of new tools. When developing new calculation tools the company has stopped support of the old ones and already today there are some compatibility issues with today’s platforms. The tools have also been locked so that is impossible to change variables in order to use them with older regulations and limits. Depending on what part of the elevator that is to be modernized, the rules that applied when the elevator was first built still apply. In contrary to the new elevator business this has resulted in problems for the modernization department and many times ended with time consuming calculations with pen and paper. This project has created a new calculation tool built with Microsoft Excel and Visual Basic for Applications with focus on leaving as many parameters as possible open for configuration. This way the user can change necessary parameters for the calculations to adapt to older regulations. This platform was chosen as there are already wide knowledge of it within the company which makes it easier for future developments and updates plus there is no need to worry about finding the source code. A side track lead to an investigation into the material properties of guide rails manufactured in the early 1900’s. This however did not lead to sufficient results to build a conclusion on and was therefore discarded. For future updates and development of this tool it is recommended to add more graphical result views and also include other areas of calculations with an elevator system. Date: 25 October 2015 Carried out at: KONE AB, Kista Advisor at MDH: Per Schlund Advisor at KONE AB: Sune Öström Examinator: Mirko SenkovskiFörord
Examensarbetet av Michel El‐Khouri och John Eklund på Flygingenjörsprogrammet på Mälardalens högskola i Västerås har utförts tillsammans med KONE AB i Stockholm. Det här arbetet har utförts i samarbete med nuvarande arbetsgivare och har varit en del i ett omfattande effektiviseringsarbete på Kones moderniseringsavdelning i Sverige. Resultatet av arbetet har i skrivande stund använts i två år med goda resultat. Vi är enormt tacksamma för det stöd vi fått av vår handledare, mentor och chef Sune Öström som ansvarar för den tekniska avdelningen på moderniseringssidan inom Kone i Sverige. Stockholm oktober 2015 Michel El‐Khouri John Eklundiv
Nomenklatur
Hisschakt – Det dedikerade utrymme i en fastighet vart hissen rör sig. Hisskorg – Den lådlika konstruktion där passagerare och gods vistas vid transport. Bärram – Den balkkonstruktion som hisskorg och andra komponenter är fäst vid. Styrsko – Den komponent som sitter monterad på hissen och ligger an mot gejden. Gejder – Hissens ledskenor. Fånganordning/Fång – Hissens säkerhetsbroms. Europanorm – Den norm som reglerar nya hissars utförande i Europa. Modernisering – Förbättring av en befintlig hiss med hjälp av nya komponenter. Windows – Operativsystem utvecklat av Microsoft. CAD – Computer‐Aided Design. Programvara för att skapa ritningar. C# – Ett objektorienterat programspråk utvecklat av Microsoft. C++ – Generellt programmeringsspråk. Visual Basic (VB) – Programmeringsspråk i BASIC‐familjen. Visual Basic for Applications (VBA) – ett programmeringsspråk och tillägg till bl.a. Excel. Microsoft Excel – Vanligt förekommande kalkylprogram. Gejdfäste – Konstruktion i metall, används för att fästa gejden mot hisschaktet. SIS – Swedish Standards Institute. SS – Svensk Standard. EN81 – Europanorm 81.INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1
INLEDNING ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte och problemformulering ... 1
1.3 Avgränsningar ... 2
2
METOD OCH ANALYS ... 3
2.1 Kravspecifikation för beräkningsprogram ... 3
2.2 Analys av befintliga beräkningsprogram ... 3
LiftM20 ... 3 CalKit ... 4 EngCalc ... 4 Excel-kalkyler ... 4 2.3 Jämförelse ... 4 2.4 Val av plattform ... 5 2.5 Beräkningsmodell ... 5
2.6 Litteraturstudie av europanorm 81 bilaga G ... 5
Böjspänning ... 6
Knäckning ... 6
Flankböjning ... 6
Utböjning ... 6
Bestämmande av belastningens angreppspunkt ... 7
2.7 Applicerbarhet på äldre gejder ... 8
Tillverkningsmaterial och gränsvärden ... 8
Litteraturstudie av äldre gejder ... 8
3
RESULTAT ... 10
3.1 Konfiguration ... 10 3.2 Beräkningar ... 10 Skriptstruktur ... 10 3.3 Resultatdelen ... 11 3.4 Verifiering av resultat ... 12 3.5 Begränsningar... 12
4
DISKUSSION ... 13
4.1 Medförde förbättringar ... 13 4.2 Nackdelar ... 135
REKOMMENDATIONER ... 14
6
REFERENSER ... 15
Tabell 1 ‐ Kravspecifikation ... 3 Tabell 2 ‐ Jämförelse beräkningsprogram / kravspecifikation ... 4 Tabell 3 ‐ Materialegenskaper enl. Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol 1 ... 9 Figur 1 ‐ Illustration av fast inspändbalk ... 5 Figur 2 – Illustration ovanifrån av hisskorgen och bärramens tyngdpunkt samt två t‐formade gejder ... 7 Figur 3 – Illustrering av Lastens placering i hissen ... 7 Figur 4 ‐ Konfigurationssida på det nya gejdberäkningsprogrammet ... 10 Figur 5 ‐ Förenklad Resultatvy ... 11 Figur 6 ‐ Resultatvy ... 121 Inledning
Hiss per definition är en lyftanordning för transport i vertikalled av personer och gods. Av säkerhetsskäl finns oftast ett dedikerat utrymme, ett hisschakt, där hissen kan färdas utan att obehöriga kan komma till skada. Gemensamt för alla hissar är att de hålls på plats av ett att antal gejder, minst två. En gejd är en ledskena tillverkad av stål. Gejder finns huvudsakligen i tre olika typer. Rör‐form, massiv rundstång och en T‐formad ledskena. Varje gejdtyp finns i olika storlekar och dimensioner. Dessa tre gejdtyper har utvecklats under olika tidsperioder allt eftersom tillverkningsprocesser har förbättrats. Idag är den vanligaste gejdtypen T‐formad. Gejderna styr hissen på samma sätt som ett räls styr ett tåg i dess färdriktning. Hissen styrs mot gejden med hjälp av styrskor monterade på ovan och undersida av hissen. Denna styrning hindrar hissen från att röra sig i andra led än färdriktningen. I samband med att gejden förhindrar oönskade rörelser uppstår det krafter som verkar på den. Skulle dessa krafter bli för stora riskerar gejden att deformeras eller i värsta fall gå av. En belastning som skapar en tillfällig deformation kan också orsaka att någon av hissens rörliga delar krockar med de fasta komponenter som är monterade i hisschaktet. Gejderna är en vital del i hissens säkerhetssystem. På hissen finns en säkerhetsbroms, en fånganordning som greppar tag runt gejderna och stoppar hissen om den vid en nödsituation skulle falla fritt. Då man bygger en ny hiss dimensioneras gejderna för krafterna de kommer utsättas för. När man modifierar en redan byggd hiss måste man säkerställa att man inte överbelastar de befintliga gejderna. Det finns en europanorm som innehåller krav och rekommendationer för uppförande av en hiss. I detta verk beskrivs tre olika scenarion då gejderna utsätts för störst påverkan. Då man dimensionerar en gejd är det dessa tre fall man ska ta hänsyn till. Vid normal drift, vid lastning och då fånganordningen greppar tag runt gejden [1], [2]. 1.1 Bakgrund Detta arbete har utförts i samarbete med Kone AB. Produktdelen av Kones verksamhet är delad i två. Som kund kan man välja att antingen köpa en ny produkt eller förbättra en befintlig. Att förbättra en befintlig hiss nämns nedan som en modernisering. Kone har genom tiderna använt sig av flera verktyg för att dimensionera gejder till nya hissar. Då dessa verktyg är utvecklade med nya hissar i fokus bygger beräkningar på regler och föreskrifter som var aktuella när verktyget skapades. Man har vid utvecklingen av dessa verktyg inte haft bakåt kompabilitet eller moderniseringar i åtanke. Vid modernisering av en befintlig hiss tillför man ofta komponenter för att öka säkerheten så att den uppfyller dagens krav, t.ex. en inre dörr. Dessa komponenter kan tillföra ytterligare vikt och skapa obalans vilket medför att en ny beräkning av gejderna måste utföras. Beroende på vilken del av en hiss som moderniseras, gäller fortfarande de föreskrifter och riktvärden som var gällande då hissen uppfördes. Vid modernisering idag väljer man ett passande verktyg för den aktuella hissen eller räknar för hand då inget av dessa verktyg är tillämpligt.1.2 Syfte och problemformulering
Syftet med detta arbete är att ta fram ett beräkningsprogram som är tillämpningsbart på samtliga hissar som beräknas på moderniseringsavdelningen på Kone i Sverige.
Kan något av de beräkningsprogram som finns på Kone idag uppdateras för att kunna utföra beräkningar på samtliga hissar som kontrolleras på avdelningen eller måste ett nytt beräkningsprogram utvecklas? Om ett nytt beräkningsprogram tas fram, vilken plattform ska det bygga på?
2 1.3 Avgränsningar Vid en teknisk undersökning kontrolleras alla delar av betydelse för hissens säkerhet och funktion. Detta arbete har begränsats till att ta fram ett verktyg för att utföra hållfasthetsberäkningar på gejder i enlighet med gällande europanorm. Det har också avgränsats till att inte behandla äldre gejder tillverkade av trä. Kone har beslutat att inga kommersiella beräkningsprogram får köpas in utan alla beräkningsprogram ska utvecklas internt.
2 Metod och analys
2.1 Kravspecifikation för beräkningsprogram En kravspecifikation framställdes för att kunna analysera de beräkningsprogram som idag används på Kone. Kravspecifikationen togs fram i ett samarbete mellan samtliga ingenjörer på avdelningen då de har många års erfarenhet av de verktyg som redan finns samt kunskap om de för‐ och nackdelar som programmen har. Tillsammans kunde de sammanställa en kravspecifikation som bygger på de bästa delarna från de befintliga verktygen samt komplettera kraven med sådant de saknar. De verkande ingenjörerna på moderniseringsavdelningen bjöds in till ett möte där de befintliga verktygen metodiskt gicks igenom för att först identifiera alla hinder och brister som resulterade i att dessa verktyg inte kunde användas. Dessa brister blev grunden till kravspecifikationen. Därefter analyserades verktygen ännu en gång för att lyfta fram de egenskaper som hade fungerat bäst och som man ville behålla. Därefter sammanställdes nedanstående kravspecifikation som godkändes av personalen innan arbetet fortskred. TABELL 1 - KRAVSPECIFIKATION 1. Användaren ska få rekommendationer på parametrar beroende på olika komponentval men inte vara bunden till dessa. 2. Programmet ska vara transparent och man ska kunna följa hur beräkningen utförs och vilka värden som används. 3. Programmet ska kunna användas för alla gejdtyper. 4. Programmet ska kunna användas för alla hissar. 5. Programmet ska vara framtidssäkert och fungera med framtida uppdateringar av Windows och övrig programvara. 6. Vid behov ska ytterligare komponenter kunna läggas till i programmet. 7. Programkoden ska vara åtkomlig för moderniseringsavdelningen i Sverige. 8. Programmet ska i huvudsak utföra sina beräkningar enligt gällande europanorm men vid behov ska parametrar som är annorlunda för tidigare förskrifter kunna ändras. 9. Programmet ska generera ett tydligt resultat som ska kunna visas upp för besiktningsman. 10. Programmet bör utföra beräkningar snabbt och uppdatera resultatet när en parameter ändrats.2.2 Analys av befintliga beräkningsprogram
De befintliga programmen analyserades med den framställda kravspecifikationen i åtanke. Tabell 2 ‐ Jämförelse beräkningsprogram / kravspecifikation illustrerar vilka program som uppfyller de krav som sammanställdes för att kunna avgöra om något program uppfyller samtliga. Idag används tre olika beräkningsprogram, ett antal Excel‐kalkyler samt papper och penna för att utföra gejdberäkningar vid moderniseringar. Vilket program som används beror på gejdtyp, hissens upphängningspunkt och hur gammal hissen är. Passar inte hissen för beräkning i något av de program som finns återstår manuell beräkning med papper och penna. LiftM20 LiftM20 utvecklades av Kone i början av 90‐talet. Detta var då det primära beräkningsverktyget för nya hissar. LiftM20 kan beräkna alla gejdtyper men för att kunna utföra beräkningar för rund‐ och rör‐gejder måste data (dimensioner och riktvärden) för dessa matas in vid varje enskild beräkning [3]. Dokumentation över hur beräkningar utförs saknas och programmets källkod är inte tillgänglig då programmet slutade supporteras av Kone i slutet av 90‐talet. LiftM20 är en plugin till CAD‐programmet Vertex och
4 uppdaterades senast 1998 [4]. Detta har redan idag medfört vissa kompabilitetsproblem med Windows 7 och eftersom supporten för programvaran har upphört är kompabiliteteten i framtiden ytterst osäker. LiftM20 utvecklades då Hissnorm nr 92 var den gällande föreskriften för hissar i Sverige och därför utförs beräkningarna enligt denna föreskrift [3], [5]. Inmatning av data sker i ett gränssnitt likt en kommandoprompt. Beräkning sker inte förrän all data är inmatad och resultatvyn visas. För att ändra någon parameter måste man tillbaka till föregående vy och stega igenom samtliga parametrar åter igen. CalKit I slutet av 90‐talet ersattes LiftM20 av CalKit. Det utvecklades som ett helt nytt beräkningsprogram som stod på egna ben och var inte längre en plugin till Vertex. [4] CalKit har ett modernare gränssnitt och utför alla beräkningar enligt gällande europanorm [1], [2]. Det finns ingen möjlighet att ändra de parametrar som skiljer europanormen mot tidigare standarder. Dokumentation för hur beräkningar utförs i CalKit saknas och Kone har slutat supportera CalKit då detta är ett beräkningsprogram som håller på att fasas ut. Detta medför att kompabilitet med framtida uppdateringar är osäker [6]. EngCalc EngCalc är den aktuella programvaran som används inom Kone för beräkningar av nya hissar och ersätter CalKit. EngCalc är utvecklat av Kone men liksom tidigare beräkningsprogram ligger fokus på nya hissar. I EngCalc finns det ingen möjlighet att beräkna rund‐ och rör‐gejder och inte heller någon möjlighet att ändra de parametrar som skiljer gällande europanorm mot tidigare förskrifter [7]. Hur EngCalc utför beräkningar finns noga dokumenterat och support finns att få från Kone. Då fokus ligger på nya hissar finns inga planer på att i framtida uppdateringar implementera funktioner som gör detta beräkningsprogram användbart för att beräkna gejder på äldre hissar vid modernisering. Excel-kalkyler På moderniseringsavdelningen i Sverige har tidigare ingenjörer tagit fram kalkylblad utformade för att beräkna gejder på äldre hissar. Dessa kalkylblad bygger på beräkningsunderlag framtagna på 60‐talet. Dessa Excel‐ kalkyler kan endast användas till att beräkna hissar som är uppbyggda enligt dessa beräkningsunderlag. 2.3 Jämförelse När beräkningsprogrammen jämförs mot kravspecifikationen konstateras att inget av de befintliga beräkningsprogrammen uppfyller samtliga krav. Efter att ha analyserat programmens uppbyggnad och transparens kan det konstateras att en uppdatering av någon av dessa programvaror inte är ett alternativ då källkoden inte är tillgänglig för något av beräkningsprogrammen. De kalkylblad som finns kan inte användas till att bygga vidare på då de enbart använder sig av formler i celler och bygger på beräkningar framtagna på 60‐ talet.
TABELL 2 - JÄMFÖRELSE BERÄKNINGSPROGRAM / KRAVSPECIFIKATION
Tabell 1 ‐ Kravspecifikation Beräkningsprogram 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. LiftM20 X X X CalKit X X X EngCalc X X X1) X X Excel‐kalkyler X2) X X3) X X X 1) Komponenter kan läggas till genom att ett önskemål skickas till utvecklingsteamet men detta är ingen garanti för att komponenten kommer med i nästa version. 2) Vissa Excel‐kalkyler ger rekommenderade parametrar men inte samtliga. 3) Vissa Excel‐kalkyler är framtagna för att beräkna linhissar och andra för hydraulhissar.
Alla de befintliga programmen fyller ett visst behov men det finns en osäkerhet kring när vilket verktyg ska tillämpas. De är inte heller tillräckligt flexibla för att kunna användas vid alla situationer som uppstår. Ett nytt verktyg är önskvärt för att täcka upp de glapp som finns mellan de olika verktygen. Detta skulle också spara mycket tid och generera ett resultat som är enhetligt. Vid behov av utveckling blir det dessutom lättare att underhålla ett program istället för flera. 2.4 Val av plattform Tidigare verktyg är utvecklade med bland annat C#, C++ och Visual Basic. Dessa språk kräver specifik kompetens lokalt för att utveckla och underhålla dem. Idag saknas den kompetensen på det svenska kontoret. Microsoft Excel är ett välanvänt kalkylverktyg på de flesta arbetsplatser. Så är även fallet på Kone. Microsoft erbjuder dessutom ett inbyggt utvecklingsverktyg till de flesta av deras produkter, Visual Basic for Applications, VBA [8]. Med Microsoft Excel och VBA finns ett lätt tillgängligt utvecklingsverktyg som samtliga användare på Kone redan har tillgång till och god kännedom om. Att utveckla ett beräkningsprogram på denna plattform med dessa förutsättningar gör det lättare för gemene man att följa och uppdatera verktyget efter behov. 2.5 Beräkningsmodell De krav som ställs på gejder finns specificerade i gällande europanorm. I den står att dimensionering av gejder skall vara tillräcklig för att motstå de krafter de utsätts för, för att medge en säker funktion av hissen. De aspekter som ska beaktas för att medge en säker funktion är: styrning av hissen skall vara betryggande, utböjningarna skall begränsas till sådana värden att lås inte oavsiktligt reglas upp, säkerhetsanordnings funktion inte påverkas och rörliga delar inte kolliderar med andra delar. Där specificeras även gränsvärden gällande materialegenskaper, tillåtna spänningar och maximal utböjning [9]. Europanormen innehåller bilaga G som inte är bindandande men innehåller en godkänd beräkningsmetod för gejder [10]. Det beräkningsprogram som ska utvecklas kommer bygga på denna metod. I tidigare föreskrifter finns ingen godkänd beräkningsmetod beskriven, dock finns gränsvärden och last fall som måste tas hänsyn till. I det nya beräkningsprogrammet kommer alla parametrar vara valbara vilket gör att användaren själv kan anpassa lastfall och gränsvärden utifrån vilken föreskrift som ska tillämpas.
2.6 Litteraturstudie av europanorm 81 bilaga G
Hiss styrs alltid av minst två gejder. För dessa gejder är brottgräns och böjmotstånd känt. Vid beräkning av påkänning på gejden utgår man från påkänningslängden i en momentekvation. Om man anser att gejden är fast inspänd i båda ändorna kan man skriva momentekvationen med en punktlast verkande på mitten av längden som: (1) ∙ där M är momentet, F är den kraft som verkar på gejden och L är den totala längden mellan infästningspunkterna. Se Figur 1 ‐ Illustration av fast inspändbalk. Utifrån exemplet ser vi att momentet M ökar med längden L. Ett hisschakt kan vara allt ifrån några meter till ett hundratal meter högt och gejderna sträcker sig igenom hela schaktet. För att minska momentet som respektive gejd utsätts för monterar man gejdfästen längs med hela schaktet för att förstyva gejden genom att korta ner längden L. Gejdfästet är
6 dimensionerat för att vara starkare än själva gejden och är i sin tur infäst i balkar eller gjutna bärande schaktväggar. När man gör på det här sättet blir det avståndet mellan varje gejdfäste som är den dimensionerande längden som används vid beräkning. Böjspänning Enligt riktlinjer från gällande europanorm skall man vid beräkning av böjspänningar i gejderna betrakta dem som kontinuerliga balkar med momentfria stöd på avståndet L från varandra. Kraftresultanten skall verka mitt emellan näraliggande stödpunkter. Böjspänningen ska beräknas enligt (2) där M är momentet och W är böjmotståndet. Vidare skall momentet M beräknas enligt (3) ∙ ∙ där F är den resulterande horisontalkraften som verkar på gejden [11]. Knäckning Vidare beskriver europanormen att man vid beräkning av knäckspänningar kan använda sig av ”omegametoden” [12] med följande formel: (4) ∙ ∙ där ä ä ä 13 ä ä 12 Flankböjning
Flank böjning ska beaktas för T-gejder med formeln (5) , ∙ [14], där
ö ä ö å å För rund‐ och rör‐gejder beräknas inte flankböjning. Utböjning Man måste också bestämma utböjning av gejden vid olika lastfall för att kontrollera att den inte överstiger angivna gränsvärden eller hindrar hissen och dess komponenter att gå fritt i hisschaktet. Utböjningen beräknas både i x‐ och y‐led enligt följande formler och adderas sedan till en resultant [15]. (6), (7) 0,7 ∙ ∙∙ 0,7 ∙ ∙∙ ä ö ä å ö
Vid bestämning av den kraft gejderna utsätts för kontrolleras tre olika scenarion. Vid normal gång, vid lastning och då fånganordningen aktiveras. Beroende på vilket scenario som beräknas flyttas den punkt varifrån moment och krafter bestäms. Vid normal gång och vid lastning används upphängningspunkten för hissen som utgångsläge. Vid fångning utgår man ifrån den punkt där fånganordningen verkar. Beroende på om fånganordningen enbart verkar på ena gejden eller på båda samtidigt flyttas utgångspunkten antingen till fånget intill gejden eller mittemellan de två gejderna. Det utrymme som brukaren normalt uppfattar av en hiss kallas för hisskorg. Denna lådlika konstruktion är byggd i trä eller metall med ett förstärkt golv. Hisskorgen är i sin tur omsluten av en starkare balkkonstruktion som kallas för bärram. Oftast sitter denna som en ring runt hisskorgen och placeras i linje med gejderna i hisschaktet. Det är denna bärram som ansluter till gejderna med hjälp av styrskor och vid nödfall fånganordning. Man beaktar bärramens vikt (T), korgens vikt (K), lasten (Q) och en tillskottsfaktor beroende på typ av fånganordning 13 . Hisskorgen och bärramens vikt placeras som en punktlast vid korgens/bärramens tyngdpunkt vilket illustreras i Figur 2. Vid gång och fångning placeras lasten på 1/8 av korgens dimensioner från korgens mittpunkt, i den minst gynnsamma kvadranten. Vid lastning antas 40% av lasten stå på tröskeln vid hissens ingång, se Figur 3. Vid beräkningar summeras dessa krafter och moment för respektive scenario och fördelas sedan över antalet gejder samt det vertikala avståndet mellan styrskorna på bärramen för att erhålla den resultant som påverkar gejden.
FIGUR 2 – ILLUSTRATION OVANIFRÅN AV HISSKORGEN OCH BÄRRAMENS TYNGDPUNKT SAMT TVÅ T-FORMADE GEJDER
8
2.7 Applicerbarhet på äldre gejder
Tidigare problematik med att olika beräkningsprogram använde sig av låsta riktvärden kan elimineras genom att skapa ett nytt verktyg där alla parametrar är fritt konfigurerbara. Under arbetets gång dök dock frågan upp om huruvida tillförlitliga materialegenskaperna för gejder har varit genom tiderna. Standarder har tagits fram för att skapa en tillförlitlighet och ett ramverk att förhålla sig till. Dagens europanorm [1], [2] hänvisar till en standard [16] för hur gejder idag skall tillverkas. Gällande standard togs i bruk 1985 [16] men hissar har byggts sedan slutet på 1800‐talet och många av dem är i bruk ännu idag. Många av dessa hissar vill man bevara som en del av historien men de är fortfarande i behov av underhållande och säkerhetshöjande åtgärder. Därför väljer man oftast att modernisera dessa istället för att bygga en ny hiss. De riktlinjer och rekommendationer som finns bygger på att denna standard efterföljts. Det råder en osäkerhet kring hur detta skall hanteras för de äldsta hissarna. En sidofråga väcktes gällande om vi ständigt kan anta att även äldre gejder kan utredas med rekommenderade metoder.
Tillverkningsmaterial och gränsvärden
I enlighet med gällande europanorm ska gejder tillverkas efter standarden ISO 7465:2007(E). Denna standard anger bl.a. att brottgränsen på råmaterialet ska ligga mellan 370 – 520 N/mm2 och rekommenderar de internationella materialstandarderna E235B samt E275B. Då ISO 7465:2007(E) anger minsta brottgräns till 370 N/mm2 kommer denna gräns användas vid alla kommande beräkningar för dagens gejder och tillbaka till det att denna standard togs i bruk år 1985 [16]. Innan detta fanns ”Hissnormer ‐ Arbetsskyddsstyrelsens anvisningar nr 92” eller förkortat HN92 [5], utfärdad 1973. Detta är ett samlingsverk med normer gällande hissar men de riktvärden som behandlar gejder i detta verk var inte lika omfattande som i senare bestämmelser. Före detta verk har det inte kunnat hittas några generella regler eller standarder för hur gejder skulle tillverkas.
Litteraturstudie av äldre gejder
KONE AB har under en lång period vuxit till en av de största hissleverantörerna i världen. Detta har bland annat gjorts genom uppköp av mindre företag för att vidga sin kompetens, produktbas och sina marknadsandelar. Några av de tidigaste leverantörerna av hissar i Sverige var Asea och Graham som senare slogs samman till AseaGraham [17]. Detta är ett av alla de företag KONE köpt upp tillsammans med alla deras ritningar, materialspecifikationer, orderbekräftelser och annan dokumentation som idag finns samlat i ett arkiv på Kone. Med tillgång till detta arkiv fanns möjligheter att spåra eventuella specifikationer och detaljer för gejdtillverkning under tidigare år och med det som grundteori startades en omfattande genomgång av arkivet. Delar av arkivet finns idag elektroniskt lagrat men en större mängd dokumentation existerar idag bara i gamla handskrivna orderböcker, handritade uppställningsritningar och material som lagrats på bildkort. Under flera veckors tid avlästes tusentals bildkort innehållande ordersedlar, ritningar och materialspecifikationer i hopp om att finna uppgifter för hur gejder tillverkats. Detta gjordes manuellt med hjälp av en Canon microfilm scanner 800 [18]. Det behövde dessutom finnas tillräckligt mycket återkommande uppgifter för att kunna avgöra om en viss tillverkning användes som standard inom exempelvis ett företag eller om uppgifterna var enstaka företeelser. Genomsökningen gav föga resultat. Det påträffades tillverkningsritningar för sju rundgejder med olika dimensioner. Sex av ritningarna var ritade på 60‐ och 70‐talet och en från 1929. Utifrån dessa ritningar kunde två stycken materialbeteckningar avläsas, 1265‐3 samt 1550‐6. Dessa beteckningar motsvarar till formen de svenska SS‐beteckningarna som används idag. Swedish Standards Institute (SIS) kontaktades för att vidare undersöka vilka egenskaper dessa material har. Möjligtvis skulle detta leda till en oupptäckt tidig standard för tillverkning av gejder. Måns Sjölander på Swedish Standards Institute [19] har under många år fokuserat sitt arbete på stål och andra metaller. Via telefon och per e‐post fördes en dialog med Måns där situationen beskrevs, frågeställning och hittills upptäckt material. Specifikt dedikerat för hissgejder kunde han inte koppla något material. Däremot fann han äldre beskrivningar för de standarder som efterfrågades.
1265‐02, ‐11, ‐12, ‐14, ‐16 Stål för kallvalsat band [20]. 1550‐0, ‐1, ‐3, ‐4, ‐6 för Maskinstål [21]. Gäller för plåt, stång, rör och smide. Någon specifik dokumentation för 1265‐3 kunde han inte finna, däremot fanns mer information om materialet 1550‐6. Detta ledde dock inte till några uppgifter om att detta material hade använts som regel. Vidare söktes personal, äldre ingenjörer som aktivt jobbat med detta under tidigare år. Genom kontakter inom KONE gavs det möjlighet att tala med en tidigare anställd, Jörgen Göransson [22], som innan KONE, även arbetat som ingenjör på Asea. Jörgen mindes att på tiden han arbetade på ASEA användes frekvent uttrycket kompaxel eller komprimerad axel vid beställning av gejder. Han hjälpte även till med att leta fram ett sparat verk från Asea innehållande olika standarder, Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol. 1, utgiven år 1977 [23]. Utifrån detta underlag togs det än en gång kontakt med Måns Sjölander på SIS för att höra om han kände till något gällande komprimerad axel och dess användningsområden på tidigt 1900‐tal. Han kunde inte hjälpa till ytterligare med detta. I boken Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol. 1 fanns delar av materialegenskaperna för materialen 1550‐6 och 1265‐3 [24], [25], men ingen hänvisning till var de har använts, se Tabell 3.
TABELL 3 - MATERIALEGENSKAPER ENL. ASEA-STANDARD MATERIALKVALITETER VOL 1
Kvalitet Sträckgräns ReL Brottgräns Rm Förlängning A5 1550‐6 460 N/mm2 540 N/mm2 Min 8% 1265‐3 350 N/mm2 440 N/mm2 Min 6%
10
3 Resultat
Verktyget som framställts bygger på de regler, exempel, rekommendationer och gränsvärden som anges i gällande europanorm [1], [2]. En mall skapades med Microsoft Excel och därefter byggdes regler och uträkningar in med hjälp av makron och funktioner i Visual Basic for Applications (VBA). Därefter skapades en resultatmall för att illustrera och redovisa resultaten efter varje konfiguration. 3.1 Konfiguration Konfigurationssidan och gejdberäkningsverktyget är framförallt anpassat för KONEs moderniseringsavdelning. Man har möjlighet att jämföra värden före och efter ett arbete, placera ut extra vikter (exempelvis en inre dörr) och illustrera vad som blivit förbättrat eller försämrat efter en modernisering, se Figur 4. När man moderniserar en hiss behåller man ofta väldigt mycket av de gamla ingångsvärdena och därför finns en automatiskt ifyllande hjälpfunktion för ”efter”‐värdena som styrs av ”före”‐värdena. De automatiskt ifyllda värdena gråmarkeras för att inte misstas för ett manuellt ifyllt värde och ändrar färg när man manuellt fyller i ett annat värde, se Figur 4. 3.2 Beräkningar Alla beräkningar som krävts har skrivits i scriptform med hjälp av Microsoft Visual Basic for Applications [8]. Metoden valdes för att man lättast hanterar större beräkningar där, det är lättare att följa beräkningsgången och felsöka samt att det eliminerar/döljer många störande parametrar från användaren. Skriptstruktur Innan några beräkningar utförs kontrollerar en funktion att alla värden är korrekt ifyllda. När alla värden fyllts i korrekt startas beräkningen automatiskt. När beräkningen startats definieras variabler där alla värden kommer lagras och sedan användas i ett eller flera skeden under beräkningsprocessen. För att lättare kunna urskilja och FIGUR 4 - KONFIGURATIONSSIDA PÅ DET NYAhantera all indata har dessa delats in i ett antal grupper. Grupperna läses sedan in i variablerna vilka är definierade som vektorer med två dimensioner, d.v.s. varje variabel kan lagra två värden, i detta fall ett före och ett efter värde. Efter det att alla värden på konfigurationssidan blivit sparade i variabler påbörjas nästa funktion. Denna funktion kontrollerar vilken typ av gejder som är valda och hämtar rätt värden från tabellen på arbetsblad ”Gejder”. Även dessa värden sparas i variabler. Därefter bestäms vilket omegavärde som ska användas tillsammans med angivna värden. Omegavärdet bestäms av de givna polynom som återfinns i bilaga G i europanormen 12 . I denna funktion finns även en kontroll som ger återkoppling till användaren om en brottgräns som inte kan beräknas har valts. Återkopplingen ges i form av en meddelande ruta med meddelandet ”Rm är mindre än 370, omega kan ej beräknas enligt EN81 beräkningsmetoder”. När rätt omegavärde valts beräknas vilket lastfall som är minst gynnsamt för gejderna. Detta bestäms genom att alla olika lastfall beräknas och jämförs mot varandra. Det som ger störst moment sparas i en variabel för senare användning. Detta sker i tre omgångar eftersom momentet räknas kring olika punkter beroende på om beräkningen ska utföras på en hiss vid normaldrift, på en hiss med aktiverad fånganordning eller på en hiss vid lastning. Därefter beräknas knäckspänningen vid fångning samt böjspänningen runt X‐ och Y‐axeln, den kombinerade spänningen, utböjningen och flankböjningen vid fångning, gång och lastning. Alla beräkningar utförs med både före och efter värden och sparas i variabler. Till sist räknas tillåtna gränsvärden fram med avseende på vilken brottgräns som angetts. När alla beräkningar utförts och resultaten sparats i separata variabler startas den funktion som skriver ut resultatet på Excel‐arkets resultat del. 3.3 Resultatdelen Figur 5 visar ett urval av de resultat man kan få fram, en förenklad resultatvy. Det är framförallt dessa resultat som ställs mot de tillåtna gränsvärden som anges i gällande europanorm [1], [2]. Längre fram i verktyget finns en mer detaljerad resultatvy där man kan analysera resultatet mer ingående för att finna större felkällor eller förbättrings potential, se Figur 6.
12 3.4 Verifiering av resultat För att säkerställa att de resultat som producerades av verktyget faktiskt var tillförlitliga utfördes beräkningar manuellt samt med tidigare verktyg. Resultaten från de olika beräkningarna jämfördes sedan mot varandra för att verifiera att en beräkning med samma parametrar gav lika resultat i det nya verktyget som de tidigare. 3.5 Begränsningar Litteraturstudie av äldre gejder ledde till för få resultat i form av materialspecifikationer. Utifrån resultatet av utredningen beslutades det att man fortsätter utgå ifrån de belastningstabeller som AseaGraham tagit fram med hjälp av lastfallsprovning och empirisk data [26]. Dessa tabeller var det material som AseaGraham använde vid dimensionering av gejder. Uppgifter saknas om lastfördelning och balansering av hissen vid provtillfället vilket gör att användning av tabellerna endast kan ske då befintlig balansering behålls vid modernisering av hissar från tidiga år. FIGUR 6 - RESULTATVY
4 Diskussion
Det finns väldigt mycket arbete som görs manuellt idag och lämnar en enorm potential för effektivisering genom automatisering av repetitiva uppgifter. Det här arbetet avgränsades till analys av hissgejder och kommer i framtiden att vidareutvecklas för att täcka fler delar inom konstruktionskontroller och andra områden inom företagets verksamhet. Plattformen valdes främst för framtida utvecklingsmöjligheter. En mer användarvänlig plattform hade varit ren Visual Basic men det är inte lika lätt att sätta sig in i för en ny användare som vill vidareutveckla programmet, som med det verktyg vi valt. Det hade även blivit svårare att förändra gränssnittet och resultatdelen. Stor del av tiden under arbetet gick åt att utreda äldre gejder, metoder och eventuella standarder. Materialet var väldigt begränsat och det tog tid att få tag på rätt dokument från olika arkiv. Utredningen gav inte tillräckligt med underlag för att kunna gå vidare med den här inriktningen. Fler intervjuer med personal som faktiskt arbetade med detta under tidigare år visade sig vara svårt då många inte längre lever. Att utföra dragprov och faktiskt bestämma vilket material äldre gejder tillverkats av skulle kunna vara nästa steg i processen. Problem uppstår dock i att, då det inte kunde bekräftas någon gemensam standard under tidiga år, kan det heller inte antas att resultaten från en eller fem dragprovningar skulle kunna användas för alla befintliga hissar och gejder. Programmering av verktyget gick smidigt tack vare den mängd information som finns tillgänglig på internet men till nästa projekt rekommenderas att ägna mer tid åt planering av programstrukturen. Otillräcklig planering medförde att många delar fick skrivas om för att bättre fungera med senare delar av programmet. 4.1 Medförde förbättringar Arbetstid – Verktyget sparar mellan några timmar till (i vissa fall) dagars arbete i förhållande till handräkning av trivialfall för olika modeller och uppställningar med olika vikt/last‐fördelningar. Eliminerar mindre räknefel och främjar ett enhetligt sätt att utföra beräkningar på – En felaktig knapptryckning på miniräknare i början av en analys kan vara tidsödande om detta inte upptäcks förrän mycket senare i arbetet. Verktyget eliminerar detta helt och hållet. Det begränsar även möjligheten till att göra fel genom att minska på antalet parametrar som behöver anges vid analysen. Enhetligt utseende – Istället för att alla aktiva ingenjörer har varsin metod och rapportmodell skapas ett enhetligt utseende som alla kan känna igen för både analysverktyget och rapporten som skapas. Bättre redundans – Tillför större möjligheter att arkivera resultaten elektroniskt och gå tillbaka för att kontrollera resultaten eller ändra på parametrar som exempelvis förändras efter kundönskningar senare i processen. Flexibelt gränssnitt ‐ Gränssnittet kan modifieras och utformas av vem som helst med grundläggande kännedom av Microsoft Excel. Excel erbjuder också en mängd verktyg för att utföra vidare analyser av resultaten, exempelvis ställa upp tabeller eller illustrera resultaten med diverse grafer. 4.2 Nackdelar Skapar upphov för självgodhet – Specialfall behöver fortfarande räknas för hand och man skall alltid granska resultaten med ett kritiskt öga, ifrågasätta alla resultat och inför varje analys fråga sig själv om verktyget kan tillämpas på just den här uppställningen. Man får aldrig lita blint på resultaten när man använder en generell beräkningsmetod. Tekniska krav – Verktyget kräver en dator med en installation av Microsoft Excel 2003 eller senare samt att man godkänner makron i dokumentet.14
5 Rekommendationer
Som nästa steg rekommenderas att implementera mer grafiska illustrationer av resultaten i verktyget för att ytterligare hjälpa till vid analysen. Därefter kan verktyget vidareutvecklas för att täcka in fler områden än bara gejdberäkningar, exempelvis korgramar och linberäkningar. Detta ligger dock utanför detta projekts omfattning.6 Referenser
[1] Technical committee CEN/TC10, EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electrical lifts, Brussels: Technical committee CEN/TC10, 1998. [2] Technical committee CEN/TC10, EN81‐2 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Hydraulicl lifts, Brussels: Technical committee CEN/TC10, 1998. [3] Kone oy, Lift Calculations of Kone oy., Kone oy, 1998. [4] Vertex Systems Oy., VERTEX 7.20, Tampere: Vertex Systems Oy., 1998. [5] Arbetsskyddsstyrelsen, Hissnormer ‐ Föreskrifter och anvisningar angående persontillåtna hissar och varuhissar., Allmänna Förlaget, 1973. [6] Kone Oy., CalKit Calculations 3.32, Kone Oy.. [7] KONE Corporation, EngCalc 3.15.7.1, KONE Corporation. [8] Microsoft, ”Getting Started with VBA in Office 2010,” Microsoft, 24 April 2015. [Online]. Available: https://msdn.microsoft.com/en‐ us/library/office/ee814735(v=office.14).aspx#odc_office14_ta_AddingVBAProgrammingToYourOfficeToolki t_WhenAndWhyToUseVBA. [Använd 25 Oktober 2015]. [9] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, pp. 48‐49. [10] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. Bilaga G. [11] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. 110 G.5.2. [12] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. 111 G.5.3. [13] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. 109 G4.4 Tabell G.2. [14] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. 113 G.5.5. [15] Technical committee CEN/TC10, "EN81‐1 Safety rules for the construction and installation of lifts Part 1: Electric lifts," Brussels, Technical committee CEN/TC10, 1998, p. 116 G.5.7. [16] Technical Committee ISO/TC 178, Lifts, escalators and moving walks., ISO 7465:2007(E) Passenger lifts and service lifts ‐ Guide rails for lift cars and counterweights ‐ T‐type, ISO (the International Organization for Standardization), 2007. [17] KONE OY, ”History | Kone Corporation,” 25 10 2015. [Online]. Available: http://www.kone.com/en/company/history/.16 [18] Canon, ”Microfilm Scanner 800,” Canon, 25 10 2015. [Online]. Available: http://www.usa.canon.com/cusa/support/office/micrographics/ms_800_ms_800ii/microfilm_scanner_800 . [Använd 25 10 2015]. [19] M. Sjölander, Interviewee, Project Manager SIS. [Intervju]. 21 09 2012. [20] SIS, Stål 1265 för kallvalsat band, 1 red., SIS, 1961. [21] SIS, Stål 1550 Maskinstål, 3 red., SIS, 1960. [22] J. Göransson, Interviewee, Pensionerad Ingenjör. [Intervju]. 10 10 2012. [23] ASEA, Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol 1, Västerås: ASEA, 1977. [24] ASEA, ”Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol 1,” Västerås, ASEA, 1977, pp. 1‐7 A1100 1028. [25] ASEA, ”Asea‐Standard Materialkvaliteter Vol 1,” Västerås, ASEA, 1977, pp. 1‐8 A1100 1022. [26] Westin och Bayard, HI 6315.21‐1, Västerås: ASEA‐GRAHAM, 1964. [27] Sveriges Mekanstandardisering, SMS handbok 521:1990 Hissar och rulltrappor, Stockholm: Standardiseringskommissionen i Sverige, 1990.
