Escalón de escalera mecánica más grande para mayor capacidad

Cómo un pequeño aumento en la profundidad del escalón tiene un impacto significativo en el aumento de la capacidad de transporte.

El transporte de pasajeros de un nivel a otro es el objetivo principal en el diseño y funcionamiento de las escaleras mecánicas. Ha habido muy poca información y estudios sobre la dinámica de los pasajeros alrededor de las escaleras mecánicas. Esta falta de conocimiento se extiende a la comprensión desconocida de la interacción entre el comportamiento de los pasajeros y los parámetros de diseño de las escaleras mecánicas. Aquí, se evalúa el impacto de aumentar la profundidad del escalón de la capacidad de transporte de las escaleras mecánicas, especialmente de las escaleras mecánicas de servicio pesado.

Este estudio ha revelado que un pequeño aumento en la profundidad del escalón en la banda de escalones de las escaleras mecánicas tiene un impacto significativo en el aumento de la capacidad de transporte de las escaleras mecánicas. Si bien esto es cierto para los lados de pie y para caminar, el beneficio es más en el lado de pie que en el de caminar. Además de aumentar la capacidad, proporciona comodidad y facilidad de uso a los pasajeros, especialmente a aquellos que tienen una movilidad reducida.

Controlar y mejorar la capacidad de pasajeros de las escaleras mecánicas sigue siendo un tema difícil y complicado. Esto es más correcto para las escaleras mecánicas pesadas, que se instalan en el metro y estaciones subterráneas, que las escaleras mecánicas ligeras, que se instalan en tiendas, centros comerciales y supermercados.^{[ 1 ]} La profundidad típica de un escalón en una escalera mecánica para trabajos pesados ​​es de 400 mm con un ancho típico de 1,000-1,200 mm y una altura típica de 200 mm. Las escaleras mecánicas de servicio pesado están construidas en una pendiente de 30º.

El concepto de “elipse humana” del espacio para pasajeros fue introducido y discutido por Fruin en 1987 (Figura 1).^{[ 2 ]} Se descubrió que los pasajeros de las escaleras mecánicas no se oponen a pararse uno al lado del otro; sin embargo, se vuelven menos tolerantes cuando otros pasajeros se paran delante o detrás de ellos. Este sentimiento se materializa más cuando la escalera mecánica se corre en la dirección ascendente que cuando se corre en la dirección descendente.

AJ Mayo^{[ 1 ]} estudió la relación entre la capacidad de las escaleras mecánicas y la velocidad a la que están funcionando. Descubrió que los pasajeros están más cerca unos de otros en una escalera mecánica lenta que en una rápida. Se realizó una técnica de optimización, que llevó a la conclusión de que la capacidad máxima se puede obtener a una velocidad de 150 fpm = 0.76 mps.

Lutfi Al Sharif^{[ 3 ]} examinó la capacidad de las escaleras mecánicas desde el punto de vista del ahorro de energía. A pesar de que los pasajeros que caminan en dirección ascendente utilizan parte de su energía para llegar a la cima, el ahorro de energía no es significativo. Sin embargo, cuando los pasajeros caminan hacia abajo, la escalera mecánica comienza a generar energía.

Una revisión general realizada por Paul Davis^{[ 4 ]} se ha utilizado como material básico en este estudio. Estos hallazgos se utilizaron para determinar el impacto de la profundidad del escalón en la capacidad de pasajeros de las escaleras mecánicas, especialmente el tipo de servicio pesado.

Los escalones vacíos en las escaleras mecánicas se generan debido a la sensación de infracción en la elipse humana. Los pasajeros dejan de dejar los escalones vacíos solo cuando se ven obligados a hacerlo en un tráfico muy denso. Se cree que el hábito de dejar los escalones vacíos se debe a la velocidad de la escalera mecánica oa que los pasajeros se sientan más cómodos dejando suficiente espacio para acomodar su elipse espacial.

Los pasajeros que caminan tienden a dejar un paso y medio o dos pasos delante de ellos. Este comportamiento lo presentan los pasajeros que caminan por temor a ser aplastados uno al lado del otro si el espacio es menor.

Análisis de la capacidad de pasajeros permanentes

Davis ha probado teóricamente:

• v = velocidad de la escalera mecánica (mpm)
• D = profundidad de un escalón de escalera mecánica = 400 mm (la distancia desde el frente hasta la parte posterior de un escalón)
• qs = proporción de pasos utilizados de pie
• Ss = pasos por minuto = enfermedad venérea, el número de escalones que pasan por un punto de la escalera mecánica cada minuto
• Cs = capacidad por minuto = Ss X qs, el número de personas que pasan por un punto de la escalera mecánica cada minuto

Si v = 43.2 mpm, D = 0.4 m y qs = 0.5. Suponiendo que, en promedio, las personas se paran en cada escalón, esto lleva a Cs = 54 personas por minuto (ppm). Pero, si cambiamos la profundidad de paso D = 0.5 m y qs = 1, Cs se convierte en 86.4 ppm.

If D = 0.6 m y qs = 1, Cs será de 72 ppm. El aumento a 0.5 m supone un aumento de la anchura del escalón del 25 % y un aumento de la capacidad del 60 %. Un aumento en la profundidad del escalón de 0.6 m a 0.4 m (aumento del 50 % en la profundidad del escalón) hace que la capacidad aumente en un 33 %.

Análisis de la capacidad de pasajeros que caminan

Una vez más, Davis ha demostrado teóricamente:

• u = velocidad a la que los pasajeros suben una escalera mecánica
• qw = proporción de pasos utilizados al caminar
• v + tu = velocidad efectiva de la escalera mecánica, la velocidad efectiva a la que caminan los pasajeros
• Sw = Pasos efectivos por minuto = (v + tu)/D
• Cv = Capacidad por minuto = SW X qw, el número de personas que pasan por un punto de la escalera mecánica cada minuto

Suponiendo que v = 43.2 mpm, D = 0.4 m, u = 36 mpm, qw = 0.33, asumiendo que, en promedio, las personas requieren tres pasos cada una para subir. Cw = 65.34 ppm, pero, si cambiamos D a 0.5 m y qw = 0.5, Cw se convierte en 79.2. si cambiamos D a 0.6 m y qw = 0.5, entonces Cw = 66.

El aumento a 0.5 m equivale a un aumento del ancho del escalón en un 25% y un aumento de la capacidad en un 20%. Sin embargo, aumentar la profundidad del escalón a 0.6 m equivale a aumentar la capacidad en un 1%.

Altura de la escalera mecánica con capacidad para pasajeros de pie

Davis descubrió una relación lineal proporcional entre la altura de las escaleras mecánicas y la capacidad de pasajeros de pie (Figura 2). Usó una profundidad de paso de 0.4 m. La relación se controla mediante la siguiente ecuación, en la que H = altura de la escalera mecánica:

Cs = 0.7483 XH + 41.811 (Ecuación 1)

Utilizando los principios establecidos en la sección "Análisis de la capacidad de pasajeros permanentes", el aumento de la capacidad en un 60% aumenta el flujo de pasajeros en comparación con la altura de las escaleras mecánicas (Figura 2). El aumento del ancho del escalón en un 0.25% mejora significativamente la capacidad de la escalera mecánica para transportar más pasajeros, pero al aumentar la profundidad del escalón, a 0.6 m, la capacidad de pie aumenta solo en un 33%, en comparación con el 60% cuando la profundidad del escalón es de 0.5 m.

Altura de la escalera mecánica con capacidad para pasajeros que caminan

Davis encontró una relación lineal inversa entre los pasajeros que caminan y la altura de las escaleras mecánicas (Figura 3). La relación se rige por:

Cw = -1.7885 XH + 85.654 (Ecuación 2)

La sección anterior “Análisis de la capacidad de pasajeros que caminan” establece un aumento en la capacidad de pasajeros que caminan en un 25% si la profundidad del escalón se incrementa de 0.4 a 0.5 m. Aunque la relación sigue siendo inversa, el aumento en el transporte de pasajeros es bastante significativo. Sin embargo, no habrá un impacto significativo en la capacidad de los pasajeros que caminan si la profundidad del escalón aumenta a 0.6 m.

Aplicaciones y conclusiones

El aumento de la profundidad del paso de 0.4 a 0.5 o 0.6 m tendrá un impacto profundo en los diseños mecánicos de la banda de pasos, la cadena, la rueda dentada de transmisión superior y la rueda dentada del carro inferior, pero disminuirá el número de pasos en la banda de pasos, mejorando el número. de pasajeros transportados. También proporciona potencialmente un aumento en el flujo de pasajeros de pie en un 60% y en el flujo de pasajeros que caminan en un 25%, lo que equivale a un aumento total del 85% en la capacidad de pasajeros. El espacio adicional puede proporcionar más comodidad y facilitar la conducción de manera segura, especialmente para niños y ancianos.

Es posible convertir o actualizar los escalones de las escaleras mecánicas que tienen una profundidad de 0.5 m en lugar de 0.4 m mediante el reemplazo del armazón. Este tema se ha discutido en profundidad en uno de los artículos anteriores de su autor. [5]

Las dimensiones de la silla de ruedas estándar son 1200 mm de largo, 760 mm de ancho y 760 mm de alto. La distancia entre las ruedas traseras grandes y las ruedas de apoyo delanteras pequeñas es de 450 mm a 550 mm. Algunas sillas de ruedas tienen sistemas de frenado de control manual. La única forma de que una persona en silla de ruedas se mueva de un nivel a otro en un edificio es utilizando ascensores. La disponibilidad de ascensores puede ser un problema menor en centros comerciales y supermercados, pero puede ser un problema importante en metro y estaciones subterráneas. Es casi imposible y muy peligroso que una persona en silla de ruedas se suba a las escaleras mecánicas existentes, ya sean pesadas o ligeras. Para empezar, el tamaño de paso estándar existente no ayuda en absoluto. Aumentar el ancho del escalón a 0.5 m proporcionaría espacio para que los fabricantes de sillas de ruedas desarrollen un sistema ajustable en las sillas para facilitar su uso en escaleras mecánicas.

El pensamiento de este documento podría indicar una gran ambición futura; sin embargo, con cambios de buena voluntad en los requisitos de las normas, los cambios en la forma de pensar y la cultura de los ingenieros pueden transformarse no solo para satisfacer la demanda de transportar más pasajeros, sino también para hacer su viaje más fácil, más cómodo y más seguro.

Referencias

[1] Mayo, AJ (1966), "Un estudio de escaleras mecánicas y sistemas de flujo asociados", M.Sc. informe de grado, Imperial College of Science and Technology (Universidad de Londres).
[2] Fruin, JJ (1987), Planificación y diseño de peatones, edición revisada, Elevator World, Inc.
[3] Al-Sharif, L. (1996), “Capacidad de manejo de escaleras mecánicas: estándares versus práctica”, informe interno, London Underground Ltd.
[4] Davis, P. (1999), "Estimación de la capacidad de las escaleras mecánicas en el metro de Londres".
[5] Albadri, A. (2014), "Estudio de viabilidad para evaluar la opción de reemplazo total frente a la renovación y el reemplazo de intrusiones de escaleras mecánicas en la red subterránea de Londres".