Фактор ветровой нагрузки, как один из критериев выбора приводов для распашных ворот

При создании СКУД индивидуального или корпоративного применения достаточно часто приходится сталкиваться с задачей обеспечения контролируемого пропуска на огороженную территорию, в ангары, гаражи и т.д. автомобилей и других транспортных средств. Наиболее традиционным способом для этого является прием известный еще со времен египетских фараонов – путем использования ворот, открываемых только перед «своими». Современные достижения механики и электроники позволили обеспечить эффективное решение данной задачи, основанное на использовании дистанционно управляемых механических приводов для ворот, позволяющих открывать ворота по команде с центрального пульта или от устройства дистанционного управления или же, наконец, по команде с устройства идентификации, например считывателя проксимити- карт или датчиков биометрических устройств. В настоящее время наиболее популярными на российском рынке являются приводы зарубежных компаний в первую очередь, итальянских и, в меньшей степени, немецких. Имеются также модели отечественных фирм, среди которых наиболее известны санкт-петербургское ОАО «Редуктор» и азовское ООО «Труд»¹. Однако вопрос выбора приводов далеко не столь прост, как это нередко представляется. И в первую очередь это касается основной характеристики этих устройств – способности приводов осуществить надежное открывание ворот в любых условиях.

Вспомним, что параметром, определяющим эту способность, является величина момента сил привода, за счет которого осуществляется процесс движения створок. Сразу отметим, что данная величина непосредственно указывается только для так называемых рычажных приводов, где открывание осуществляется при помощи рычажной системы, один конец которой закреплен на поворачивающейся оси (Рис.1). Однако кроме них значительное распространение получили так называемые линейные приводы, в которых открывание ворот осуществляется за счет перемещения каретки. приводимой в движение винтовой передачей типа «винт-гайка» или гидравлическим приводом (Рис.2). Необходимо отметить, что в этом случае изготовители нередко кривят душой, указывая вместо открывающего момента тянущий момент (осевую нагрузку), или силу привода, действующую на каретку. При этом «за скобками» остается факт, что полезная составляющая этой силы, направленная перпендикулярно полотну ворот составляет, в зависимости от способа установки не более 10-20% от общего усилия. Остальная же часть передается на петли, то есть по сути дела пропадает бесполезно.²

По данным специалистов ООО «Труд» оценить открывающий момент линейного привода можно по формуле:

M=k*Fs (1)

Где М – открывающих момент в кг*м; Fs – тянущий момент в н; k- коэффициент, который зависит от конструкции привода и способа установки, но в любом случае будет находится в интервале 0,00÷0,017. Отсюда, например, для известного линейного винтового привода ATI-5024 итальянской компании «Came», который согласно рекламным данным может развивать тянущее усилие до 3000 н максимальный открывающий момент будет не более 40 кг*м.
Возможно, это было бы не так уж и мало, если бы единственной целью привода было бы преодоление момента инерции створки ворот определенной массы и размера, на чем, кстати, основывается большинство рекомендаций производителей, предлагаемых в качестве критерия для выбора ворот. Однако, при этом нередко игнорируется тот факт, что ворота должны не просто открываться и закрываться, но открываться и закрываться в реальных условиях. Это вызывает необходимость учитывать дополнительные факторы, главным из которых является значительная парусность створок ворот. Иными словами, для грамотного выбора приводов желательно учитывать тот факт, что при открытии или закрытии ворот во многих случаях приходится преодолевать существенные ветровые нагрузки.
Рассмотрим теперь, каковы будут значения этих нагрузок. В первом приближении величина ветровой нагрузки может быть оценена по формуле:

Fw=р*B*Н*V (2)

Где - сила ветровой нагрузки в кГ; B- длина створки ворот в м; H- высота створки ворот в м; V- скорость ветра в м/сек; p- коэффициент учитывающий наличие в створке ворот отверстий, которые сопротивления ветру оказывать, очевидно, не будут (в первом приближении величину «p», очевидно, можно считать равной доле площади непрозрачных для ветра участков полотна ворот в общей площади створки ворот)
Тогда момент сил необходимый для преодоления ветровой нагрузки составит:

Mw=Fw*B/2 (3)

Где Mw-момент сил в кГ/м
При этом возникающие усилия могут быть, достаточно велики. Для примера проведем расчет для достаточно распространенной ситуации, для случая ширины сплошной створки ворот – 2,5м и высоты – 2,2 м. Результаты приведены в таблице 1.

Характеристика в соответствии со шкалой Бофорта	Описание	Максимальная скорость ветра (м/сек)	Ориентировочный момент сил для преодоления ветровой нагрузки (кГ/м)
Слабый	Листья и тонкие ветви деревьев постоянно колышутся. Высокая трава и посевы хлебов начинают колыхаться. Ветер развивает флаги и вымпелы.	5,2	36
Умеренный	Ветер приводит в движение тонкие ветви деревьев, поднимает с земли пыль. По высокой траве и посевам пробегают волны. Вымпел вытягивается.	7,4	51
Свежий	Качаются ветви и тонкие стволы деревьев. Вытягиваются большие флаги.	9,8	67
Сильный	Качаются толстые сучья деревьев, шумит лес. Высокая трава и посевы клонятся до земли. Гудят телеграфные провода.	12,4	85
Крепкий	Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветви и сучья. Идти против ветра трудно. Слышится свист ветра около строений и неподвижных предметов	15,2	104,5
Очень крепкий	Качаются большие деревья, ломаются тонкие ветви и сухие сучья. Движение против ветра требует больших усилий.	18,2	125

Разумеется, следует учитывать и составляющую, которая необходима для открытия ворот, в отсутствие ветра, связанную с необходимостью преодоления трения в петлях ворот и инерции створки. Таким образом, общая величина момента сил обеспечиваемая приводами должна составлять:

M = Mf + Mw (4)

Где Mf – момент сил необходимый для открывания ворот при полном отсутствии ветра. (Эта величина может быть рассчитана или определена экспериментально, путем замера при помощи несложного оборудования.)

Так вот, проанализировав рекомендации зарубежных производителей можно сделать вывод о том, что они в большинстве основаны на ситуации когда Mw<<Mf. То есть попросту влияния ветра, как правило, не учитывается. Проиллюстрировать это можно, на примере уже упоминавшегося выше привода ATI фирмы Came. Согласно рекомендациям изготовителя, данный привод может быть использован для ворот длиной до 5 метров. Однако, как видно из таблицы, даже при размерах сплошного полотна в 2,5 м х 2,2 м (а это, в общем-то, достаточно распространенный случай) ветровая нагрузка уже при умеренном ветре может достигать величин сравнимых с моментом силы, который развивается данными приводами. А ведь еще требуется преодолевать силы сопротивления связанные непосредственно с самими воротами (инерция створки, трение в петлях и т.д.). Учитывая же, что в наших широтах не такая уж редкость не только умеренный, но и свежий, и даже сильный ветер становится понятным, что без учета фактора ветровой нагрузки легко можно попасть в ситуацию, когда придется, стоя у закрытых или открытых ворот, ждать, как говорится «у моря погоды». Или же снаряжать специальные команды рабочих для «помощи» технике. (Но в последнем случае сама установка подобных приводов выглядит, мягко говоря, нерациональной тратой сил и средств.)³

Разумеется, значение данного фактора во многом определяется самой конструкцией ворот. Из соотношения (1) видно, что для решетчатых ворот (p<<1) величина ветровой нагрузки резко снижается по сравнению со сплошными, за счет уменьшения эффективной площади парусности. Например при p = 0.1 для ворот 2.5х2.2 м величина необходимого открывающего момента для преодоления ветровой нагрузки даже при сильном ветре будет составлять порядка 10-15 кГ/м, то есть находится в пределах вполне приемлемых для того же привода ATI или аналогичного. (Вероятно, не случаен тот факт, что в рекламных проспектах зарубежных производителей подавляющее большинство всех фотографий, посвященных установке линейных приводов на распашные ворота большого размера, изображают именно решетчатые ворота или ворота из сетки.⁴)

Подводя итог сказанному выше необходимо отметить, что для правильного выбора типа привода для ворот при описании объекта в исходных данных для проектирования кроме традиционных характеристик, таких как размеры, вес, устройство петель и т.д. необходимо обязательно указывать конструктивные особенности полотна створок (по крайней мере, давать оценку его ветропроницаемости).

С другой стороны, составляя техническое задание и договор на приобретение и установку приводов для ворот необходимо обязательно отразить требование того, что данные привода должны обеспечивать нормальную работу ворот при ветре определенного вида, например по шкале Бофорта (основные характеристики приведены в таблице 1). Определить же эту величину применительно к своей конкретной ситуации можно как из своего личного опыта, основываясь на описании действия ветра, так и из данных метеонаблюдений для конкретной местности, которые несложно узнать в ближайшем метеоцентре.

Соответственно, в договоре на оборудование ворот автоматикой, кроме традиционных пунктов, таких как обеспечение требуемой скорости открывания створок и интенсивности работы приводов, должен содержаться пункт об обеспечении работоспособности приводов в условиях воздействия ветра заданной силы, с обязательной доводкой открывающих устройств при невыполнении этого условия до состояния, позволяющего обеспечить выполнение этого требования, за счет инсталлятора⁵. При этом не следует ограничиваться только рекомендациями производителей приводов, иначе как в качестве первого приближения, поскольку они, безусловно, не могут (да и не должны) учитывать всех нюансов конкретной ситуации (на это, пусть и по несколько иному поводу, указывал еще Петр Великий⁶). И уж тем более не следует исходить только из раскрученности модели. В конце концов, для заказчика в первую очередь важно иметь нормально выполняющий свою работу привод, а уж кто именно его произвел – Came, FAAC или, скажем, «Труд» - в большинстве случаев для него столь принципиального значения не имеет.

Можно быть уверенным, что серьезные инсталляторские компании возражать против подобной постановки вопроса не будут. Возражения же появятся в основном со стороны «дистрибьюторов», весь научный багаж «специалистов» которых ограничивается умением приварить скобы, завинтить гайки и присоединить провода в соответствии с инструкцией по установке.⁷ Но стоит ли вообще иметь дело с такими фирмами – это уже другой вопрос, который выходит за рамки данной статьи.

Данная заметка написана на основании материалов, предоставленных специалистами ООО «Труд» г.Азов. Иллюстрации взяты с сайтов http://www.amcormiami.com и http://www.amazinggates.com . Данные по приводам ATI и рекомендациям по выбору приводов, соответствуют приведенным на сайте российского представительства компании «Came» http://www.camerussia.ru на момент написания статьи. Данные о характеристиках ветра по шкале Бофорта приведены в соответствии с материалами сайта http://10sqmeters.runa.ru

Статья кандидата технических наук, главного редактора журнала «Технические средства безопасности» И. Старшинова

¹О приводах ППВ-2М и ППМ-3М разработки ООО «Труд» будет рассказано в разделе «А что на прилавках»
²Это, однако, не следует понимать как просчет разработчиков данных приводов. Как видно, хотя бы из сравнения рисунков 1 и 2, линейные приводы могут быть выполнены существенно более компактными и привлекательными с эстетической точки зрения (нет торчащих рычагов), по сравнению с рычажными. Тем самым их применение, безусловно, оправдывается в случаях, когда для потребителя внешний вид ворот играет важное значение и ради его обеспечения он готов, что называется, не постоять за ценой.
³Известны случаи, когда при автоматизации сплошных ворот для компенсации ветровых нагрузок приходилось, в итоге, ставить несколько приводов на створку. Но ясно, что подобная «гирлянда» будет смотреться далеко не так эстетично, как это хотелось бы пиарщикам.
⁴Мы не будем приводить конкретных примеров, чтобы не перегружать статью. Однако те, кто не хочет поверить нам на слово, может легко убедится в этом, проведя поиск изображений в Интернет, например, при помощи поисковой системы Yahoo по словам «automatic gates»
⁵Путем ли установки дополнительных приводов или замены рекомендованных фирмой приводов на более мощные – определится соглашением сторон.
⁶"Не держаться устава, яко слепой стены, ибо там порядки писаны, а времен и случаев нет" (Пётр Великий, Морской Устав)
⁷Хотя деньги за услуги они могут запросить немалые, в том числе ссылаясь на «эксклюзивность» своего товара.