Análisis y cálculo de incidentes de caída de cabinas de ascensor causados ​​por daños graves en el cojinete de la polea desviadora

Incidentes graves revisados.

En los últimos años se han producido algunos incidentes graves en los que el fallo de la polea desviadora provocó la caída del contrapeso y, finalmente, provocó la caída del coche. El autor de este artículo ha recopilado seis casos de este tipo de 2023, 2022, 2021, 2019, 2018 y 2008. La suspensión del ascensor es muy exigente. No sólo requiere redundancia y el factor de seguridad exige más de 12, sino que el soporte de la polea desviadora del contrapeso incluido en el sistema de suspensión es tan frágil que un solo fallo previsible puede provocar la caída del coche, a lo que la industria debería pagar gran atención.

Entre varios incidentes de caídas de automóviles causados ​​por fallas en la polea desviadora del contrapeso, no menos de tres incidentes fueron causados ​​por daños graves en los rodamientos. Los rodamientos están bloqueados o atascados y no pueden girar; la fuerza de los cables de acero se transfiere desde la polea desviadora a su eje; la rotación del eje transfiere la fuerza al deflector; luego, la fuerza se transfiere desde la placa deflectora al perno fijo y se corta uno de los dos pernos de fijación a ambos lados del deflector. El eje que pierde la función de tope del deflector se desprende de la placa de soporte de la polea, los cables de acero se desprenden del marco del contrapeso, el contrapeso cae al pozo y el carro que pierde la tracción del contrapeso también cae al pozo.

Cuando el rodamiento está gravemente dañado, existe una cierta probabilidad de que se produzca un modo de falla atascada, que se debe a su jaula dispersa, fragmentos de bolas rotas o polvo extraño y otros objetos extraños que atascan la bola entre los anillos interior y exterior.

En la actualidad, la mayoría de los diseños de poleas desviadoras no tienen en cuenta este modo de fallo. La resistencia del perno deflector general es insuficiente y no puede resistir la fuerza cortante generada por este modo de falla una vez que ocurre el modo de falla atascado. Además, el cálculo general de la vida útil del rodamiento se lleva a cabo con una confiabilidad del 90%, es decir, en la vida útil del rodamiento, el fallo del rodamiento es previsible e inevitable. Por supuesto, el daño general al rodamiento es un proceso acompañado de ruido de rotación, vibración, aumento de temperatura, oscilación y otras características en el proceso de daño, pero debido a que el personal de mantenimiento no puede seguir el contrapeso para verificar el estado de rotación del rodamiento, eso es decir, la detectabilidad de la polea desviadora del contrapeso: el daño al rodamiento es bajo y el problema es difícil de detectar.

1. Algunas caídas graves del contrapeso y del vagón se deben a la falla del cojinete de la polea desviadora del contrapeso

1.1 La estructura común de la polea desviadora de contrapeso antes

Cambie a: La Figura 1 (a) y (b) son las estructuras comunes de la polea desviadora de contrapeso anterior; La Figura 2 es la estructura común del desviador de la polea y el conjunto de cojinete; La Figura 3 (a) y (b) es el deflector del eje de la polea desviadora y los pernos de fijación del deflector en el ascensor; La Figura 4 es la estructura de rodamiento; La Figura 5 (a), (b) y (c) muestra los pernos del deflector del eje de la polea desviadora del contrapeso que se cortan debido a tres incidentes en el ascensor; y La Figura 6 muestra daños graves en el rodamiento después de un incidente en el ascensor en la polea desviadora del contrapeso.

1.2 El perno de fijación del deflector del eje se cortó en la polea desviadora del contrapeso

Los tres incidentes de rotura por corte de los pernos de fijación del deflector del eje en la polea desviadora del contrapeso fueron recopilados por su autor, como se muestra en la Figura 5. Dos de los tres incidentes involucraron una polea desviadora del contrapeso de hierro fundido y uno involucró un contrapeso de nailon. polea desviadora. El daño del rodamiento en la Figura 5 (a) se muestra en la Figura 6, y la muesca obvia en el deflector causada por la rotación del eje de la polea desviadora en la Figura 5 (a) se muestra en la Figura 7.

En el proceso de daños graves a los rodamientos, como daños en la jaula, rotura de bolas, arena y polvo y otros objetos extraños, existe una cierta probabilidad de que se produzcan atascos o fallos atascados. Este modo de falla llevó a la polea desviadora del contrapeso a transmitir una fuerza al eje de la polea de modo que el eje de la polea original gire y transfiera la fuerza a las placas deflectoras, como se muestra en la Figura 7.

La Figura 7 muestra la evidente hendidura del deflector del eje de la polea desviadora causada por la rotación del eje. Luego, el deflector del eje transmite esta fuerza al perno de fijación, lo que hace que el perno se rompa, y la muesca de la rosca del perno en el orificio de la placa deflectora se muestra en la Figura 14.

El ascensor que utiliza el diseño de deflector del eje de la polea desviadora, en circunstancias normales, puede no considerar el modo de falla atascada del rodamiento. La fuerza de su perno es muy débil; una vez atascado, la rotura del perno es inevitable. La Figura 8 es el diagrama esquemático incidente del proceso de desenganche del cable del contrapeso. La figura 9 muestra la deformación incidente provocada por el desprendimiento de la polea desviadora de la placa de soporte en el contrapeso. La Figura 10 muestra que los retenedores de cable anti-floja no pueden evitar que el cable se escape de la ranura del cable después de que se daña el rodamiento.

2. Análisis y cálculo de fuerzas para los pernos fijos del deflector del eje en la polea desviadora de contrapeso en condiciones de rodamiento atascado

Considerando que el deslizamiento de la cuerda en la polea limita la diferencia de tensión de la cuerda en ambos lados de la polea, el coeficiente de fricción entre la cuerda y el nailon es μ=0.3 ~ 0.5 (polea desviadora de contrapeso de nailon), y el parámetro de forma de la ranura del cable es la siguiente: β=0 grados, γ=40 grados = 0.698 rad., calculando de acuerdo con la fuerza de tracción de EN 81-50:2014 5.11.2.3.1.1 como se muestra en las Figuras 11 y 12, el cálculo de la fuerza diagrama de los dos pernos fijos de la placa deflectora, el coeficiente de fricción equivalente entre la cuerda y la polea:

 La suma de la tensión del cable: F₁+F₂=(P+ψQ+n_cq_cH)(g+a)

F₁ y F₂ son la tensión del cable en ambos lados (N); P es la masa del vagón descargado: 1700 kg; ψ es el coeficiente de equilibrio: 0.48; Q es la carga nominal del vehículo: 1000 kg; norte_c es el número de cadena de compensación: 2; q_c es la masa por unidad de longitud de la cadena de compensación: 2.23 kg/m; H es la altura del contrapeso en el pozo durante el incidente: 40 m Fr (N) es la fuerza de fricción entre cuerda y polea, Mr (Nm) es el par de fricción entre cuerda y polea; y R (m) es el radio del círculo primitivo de la polea.

Considerando que cuando el rodamiento está atascado no se puede estimar la desaceleración del contrapeso; Calculada según el valor mínimo a=0, la mayor fuerza de inercia también está limitada por el deslizamiento de la rueda de cable:

  Cálculo del esfuerzo cortante de dos pernos de fijación de la placa deflectora (Figura 13)

Cuando μ=0.3, tensión cortante mínima:

El perno de fijación es M8, diámetro pequeño: d₁=6.647, Radio del perno: r₁=6.647/2=3.324mm

 De manera similar, cuando μ=0.5, el deflector recibe la fuerza máxima

F_Smax:

F_Smax=62491N(Dos placas deflectoras interior y exterior)

Según la norma GB/T 3098.1-2020 4.8 perno M8, resistencia a la tracción nominal 400MPa. Los valores calculados de τamin, τ_bmín, t_amax y τ_bmax son todos mayores que la resistencia nominal a la tracción de 400 MPa de los pernos M4.8 de clase 8, y sus valores de resistencia al corte son inferiores a la resistencia a la tracción.

Según el informe de prueba del material del incidente, Tt es 17120 N, que es la resistencia a la rotura medida del perno M8 del deflector en la polea desviadora del contrapeso del incidente, que es menor que los valores calculados de F._amén, F_bmín, F_amax y F_bmax.

Resultado del cálculo: cuando el rodamiento está atascado, la fuerza cortante de los dos pernos es mayor que el valor de la resistencia cortante. Uno de los pernos tiene que romperse por cortante. Cabe señalar que debido a que la diferencia entre τ_a y τ_b no es muy grande, qué perno (a o b) falla primero depende de su resistencia, la fuerza de preapriete y el espacio con el orificio del deflector Φ9, además del nivel de tensión cortante.

La Figura 14 y la Figura 15 muestran fotografías del caso (a) en la Figura 5, donde la Figura 14 muestra la fractura por corte con marcas de corte obvias del perno de fijación del deflector del eje en la polea desviadora del contrapeso, y la Figura 15 muestra la muesca de la rosca del tornillo de el deflector del eje por el perno.

Las Figuras 5, 6, 7, 9, 10, 14 y la Figura 15 pueden ser consistentes con el análisis y cálculo de este artículo.  

3. Fiabilidad del cálculo de la vida útil del rodamiento

El diseño de los rodamientos generalmente se calcula de acuerdo con una confiabilidad del 90% de la vida útil del rodamiento, por lo que su falla en la vida útil de diseño es previsible e inevitable. Además, el personal de mantenimiento del ascensor no puede seguir el marco del contrapeso para comprobar el ruido, la vibración y el aumento de temperatura debido a la rotación del cojinete. Su detección de fallas es baja y es difícil evitar daños graves.

Si se aumenta la fiabilidad requerida de los rodamientos del 90 % al 98 %, el coeficiente de corrección de vida útil a1 disminuirá de 1 a 0.33. Esto representa una reducción del 33 % en la vida útil esperada. Es decir, si la vida útil de diseño del rodamiento es de 15 años, se reducirá a cinco años, por lo que será necesario utilizar rodamientos de mayor vida útil en el diseño.

(chino), vol. 3, quinta edición, Wen Bangchun, China Machine Press, P5-14

2.4.2 Cálculo de la vida nominal revisada de los rodamientos

Generalmente es satisfactorio utilizar la vida nominal básica L10 como criterio general para seleccionar y evaluar la vida útil del rodamiento. Esta longevidad está asociada con un 90% de confiabilidad, materiales actuales y calidad de mecanizado y condiciones de operación convencionales.

Muchos casos de uso requieren una variedad de confiabilidad diferente, el rendimiento especial del rodamiento y las condiciones de operación no son la vida normal del rodamiento para calcular. En este caso, puede utilizar la siguiente fórmula de cálculo de vida nominal básica modificada:

     L_na=a₁a₂a₃L₁₀            (14.3-19)

Donde L_na — rendimiento y condiciones de funcionamiento especiales de los rodamientos, fiabilidad del (100-n)% de la vida nominal modificada (106 rotaciones);

a₁ — Coeficiente de corrección de vida para la confiabilidad;

a₂ — Coeficiente especial de vida útil del rodamiento;

a₃ — Coeficiente de corrección de vida para las condiciones de funcionamiento.

1) Coeficiente de vida de confiabilidad a1, en circunstancias normales es 90% de confiabilidad para evaluar la vida de fatiga del rodamiento, luego un₁= 1;

Sin embargo, en algunos casos, la confiabilidad es superior al 90%, que es la₁ coeficiente. Esto se puede seleccionar de acuerdo con la Tabla 14.3-11.

4. Sugerencias de mejora

Como parte del sistema de suspensión, la estructura de soporte de la polea desviadora del contrapeso hará que el automóvil se caiga debido a la predecible falla única del rodamiento, y este modo de falla ha dado lugar a algunos incidentes graves, que deberían despertar la atención de la industria de los ascensores.

Se recomienda considerar la condición de atascamiento del rodamiento de la polea desviadora:

1. El factor de seguridad de las piezas de fuerza relevantes es superior a cinco en condiciones atascadas, como el uso de pernos deflectores, el factor de seguridad al corte es superior a cinco o la confiabilidad de la vida útil del rodamiento aumenta al 98%.
2. El dispositivo de retención anticaída se instala encima de la placa de suspensión de la polea desviadora o la viga superior encima de la polea desviadora (Figura 16). Incluso si se retira la polea desviadora de la placa de suspensión o viga superior, el cable metálico quedará colgado del dispositivo de retención anticaída y no se retirará del contrapeso. Además, el dispositivo de retención anticaída también puede reforzar la deformación de la placa de suspensión o de la viga superior.

De hecho, EN 81-20:2020 (E)/ISO 8100-1:2019(E) 5.5.8 ya incluye este requisito, pero no es lo suficientemente claro y se sugiere que una enmienda más clara podría resolver el problema:

EN 81-20:2020 (E)/ISO 8100-1:2019(E) 5.5.8 Texto original:

5.5.8 Poleas, poleas y piñones de tracción en el pozo

Las poleas de tracción, las poleas y los piñones pueden instalarse en el hueco del ascensor (la norma china para ascensores GB/T 7588.1-2020 traduce "instalado en el hueco" como "fijado en el hueco", sin incluir una polea instalada en el contrapeso o la cabina) por encima del nivel de rellano más bajo bajo las siguientes condiciones:

a) deberá haber dispositivos de retención para evitar que las poleas/piñones desviadores caigan en caso de falla mecánica. Estos dispositivos deberán poder soportar el peso de las poleas/piñones y las cargas suspendidas;

b) si las poleas de tracción, poleas/piñones se colocan en la proyección vertical de la cabina, entonces los espacios libres en el espacio libre deben ser de acuerdo con 5.2.5.7.

¿Estas poleas incluyen poleas instaladas en el contrapeso o en el carro?

Mi sugerencia de modificación para EN 81-20:2020 (E)/ISO 8100-1:2019(E) 5.5.8:

“5.5.8 Poleas, poleas y piñones de tracción en el pozo

Todas las poleas, poleas y piñones de tracción instalados en el contrapeso, carro o pozo deberán cumplir las siguientes condiciones:

a) habrá uno o más dispositivos de retención anticaída para evitar que los medios de suspensión, poleas de tracción, poleas o piñones se desprendan del contrapeso, carro o pozo en caso de falla mecánica. Estos dispositivos deberán poder soportar todas las cargas suspendidas, el peso de las poleas, poleas o piñones de tracción, para evitar que el carro, contrapeso, poleas, poleas o piñones de tracción caigan al pozo;

b) preservar el texto original”