Requisitos de capacidad de frenado de los ascensores

Resumen de los problemas existentes en A17.1 y EN 81-20

por Guangchi Liang

La seguridad de los ascensores modernos depende en gran medida de la capacidad de frenado del ascensor. Una falla en los frenos dará lugar a un exceso de velocidad del automóvil o un movimiento involuntario del automóvil (UCM) con la puerta del automóvil abierta, lo que aumentará el riesgo de muerte o lesiones graves a un nivel inaceptable. De los más de 6 millones de ascensores que operan en China, la cantidad de accidentes causados ​​por fallas en los frenos ocupa el segundo lugar detrás de los causados ​​por fallas en las puertas, mientras que la gravedad ocupa el primer lugar (Figura 1).

En los últimos años, aunque los ascensores nuevos han agregado protección de exceso de velocidad de automóvil ascendente (ACOP) y protección de UCM (UCMP) basada en la protección de equipo de seguridad de exceso de velocidad descendente existente, la función de protección aumentada aún se basa en una capacidad de frenado adecuada y confiable de frenos redundantes o relativamente independientes. La capacidad de frenado adecuada y fiable sigue siendo una de las garantías más importantes para la seguridad de los ascensores. Sin embargo, la capacidad de frenado del ascensor no es mayor, mejor: demasiado par de frenado provocará una desaceleración demasiado rápida de la cabina, lo que puede causar lesiones a los pasajeros.

Este artículo analiza el requisito de capacidad de frenado y los problemas existentes en dos importantes normas de seguridad de ascensores: ASME A17.1 y EN 81-20. También se analiza la influencia de otros dispositivos de frenado de ascensores, incluidos los paracaídas.

Requisitos de las normas vigentes para la capacidad de frenado

En A17.1-2013, para ascensores de pasajeros, los requisitos de capacidad de frenado se resumen a continuación:

una. El requisito de capacidad mínima de frenado El sistema de frenado puede desacelerar el automóvil desde su velocidad nominal cuando lleva su carga nominal del 125% en la dirección descendente, o el automóvil vacío en la dirección ascendente desde la velocidad a la que se ajusta el interruptor de exceso de velocidad del regulador. Se consideran las velocidades de golpe de búfer permitidas, y la pérdida de energía de la línea principal no debe reducir la capacidad del sistema de frenado por debajo de los requisitos establecidos aquí (2.24.8.2.2).

1. El freno de la máquina de conducción puede mantener el automóvil en reposo con su carga nominal del 125% y desacelerar el automóvil vacío que viaja en la dirección ascendente desde la velocidad a la que se establece el interruptor de exceso de velocidad del gobernador, asegúrese de que la velocidad de impacto del amortiguador sea por debajo de su valor permitido (2.24.8.3).

2. El freno de emergencia puede desacelerar, detener y sujetar el automóvil con cualquier carga hasta el 125% de la carga nominal (2.19.1.2 (b), 2.19.2.2 (b)). Los frenos de emergencia también deben cumplir con los demás requisitos de frenado de ACOP y UCMP.

B. Requisito de capacidad máxima de frenado: la desaceleración media del automóvil producida por el sistema de frenado (incluido el freno de la máquina o en combinación con el frenado asistido eléctricamente pero no el freno de emergencia) no es superior a 9.8 m / s2 (32.2 pies / s2) (2.24.8.2.2. 9.8). El freno de emergencia por sí solo no hace que el retardo promedio del automóvil supere los 2 m / s32.2 (2 pies / s2.19.3.2) durante la fase de frenado o desaceleración durante la sobrevelocidad del automóvil ascendente (XNUMX (h)).

En EN 81-20: 2014, para ascensores de pasajeros, los requisitos de capacidad de frenado se resumen a continuación:

El freno de la máquina motriz por sí solo debe ser capaz de detener la máquina cuando el automóvil se desplaza hacia abajo a la velocidad nominal y con una carga nominal del 125%.

Todos los componentes mecánicos del freno de máquina redundante (RMB), que participan en la aplicación de la acción de frenado en la superficie de frenado, se instalarán al menos en dos juegos. Si uno de los juegos de frenos no funciona debido a la falla de un componente, hay suficiente par de frenado para desacelerar, detener y sostener el automóvil cuando se viaja hacia abajo a la velocidad nominal y con la carga nominal en el automóvil, o hacia arriba con el automóvil vacío (5.9.2.2.2.1 .XNUMX).

2. Cuando el RMB es un freno para ACOP y UCMP, los requisitos de capacidad de frenado de ACOP y UCMP son para todo el freno de máquina redundante, en lugar de considerar la falla de los componentes individuales del freno (5.6.6, 5.6.7).

Cuando el freno de la máquina motriz por sí solo detiene el elevador hacia abajo a la velocidad nominal y con una carga nominal del 125%, el retardo promedio de la cabina no excederá el que resulte de la operación del paracaídas o la parada en el tope.

Para ACOP y UCMP, durante la fase de parada, el elemento de parada de los medios no permitirá un retardo de la cabina superior a:

una. 1gn en dirección ascendente con un coche vacío

B. Los valores aceptados para los dispositivos de protección contra la caída libre en dirección descendente.

En China, la mayoría de los 700,000 ascensores fabricados cada año consisten en motores síncronos de imanes permanentes. Estos ascensores básicamente adoptan RMB como componentes de freno de ACOP y UCMP.

Problemas de los requisitos actuales de capacidad de frenado

El requisito de que el freno de la máquina motriz pueda detener el desplazamiento del automóvil hacia abajo a la velocidad nominal y con una carga nominal del 125% en EN 81-20 es demasiado bajo después de la aplicación de RMB. Como se muestra en la Tabla 1, cuando el coeficiente de equilibrio es 0.5, si uno de los dos juegos de frenos falla, el freno solo puede sostener la carga nominal del 87.5%. Por otro lado, si uno de los componentes de frenado falla, los requisitos de capacidad de frenado para desacelerar, detener y sujetar la cabina hacia abajo con una carga nominal del 100% en EN 81-20, Sección 5.9.2.2.2.1, es obviamente insuficiente, porque el El elevador aún puede operar dentro del 110% de la sobrecarga según los requisitos de la Sección 5.12.1.2.2.

Cuando el RMB sirve como freno para ACOP y UCMP, es posible que el ACOP y UCMP actuales fallen debido a una capacidad de frenado insuficiente si falla uno de los componentes del freno. En EN 81-20, Secciones 5.6.6, 5.6.7, los requisitos de capacidad de frenado de ACOP y UCMP son para todo el RMB y no consideran la falla de un solo componente de freno.

Como se puede ver arriba, en A17.1 y EN 81-20, la capacidad de frenado del freno de la máquina y el freno de emergencia se requieren solo a partir de la relación de carga nominal (k). Es un problema que el

margen de seguridad (Sa) de los frenos es diferente bajo la misma relación de carga nominal (k) con diferentes parámetros como el coeficiente de equilibrio (q).

El margen de seguridad del par de frenado (Sa) es como un factor de seguridad que se utiliza para garantizar que el freno en sí sigue siendo seguro bajo ciertas incertidumbres (frío y caliente, dinámico y estático, antes y después del desgaste, etc.). Un establo adecuado Sa es clave para garantizar la seguridad y fiabilidad de la capacidad de frenado. A k no garantiza un estable Sa.

La relación entre Sa y k, dependiendo de múltiples parámetros (estado estático), si se asume una compensación perfecta e independientemente de la masa del cable móvil, es:

S_a = (p + kQ - mcwt) / (p + Q - mcwt) = (k - q)/(1 - q) (2)

dónde S_a es el margen de seguridad del par de frenado; k es la relación de carga nominal; Q es la carga nominal; P es la masa del carro vacío; y q es el coeficiente de equilibrio, que indica la cantidad de contrapeso de la carga nominal por el contrapeso; y mcwt es la masa del contrapeso (P + qQ).

En A17.1, cuando el freno de emergencia actúa sobre la superficie de trabajo del freno de la máquina y los dos frenos se accionan al mismo tiempo, si q = 0.5, k = 1.25 y S_a = 1.5 para cada freno,

para dos frenosS_a = 3), los dos frenos pueden soportar una carga nominal del 200% (k = 2). En la misma situación, si q = 0.4, k = 1.25 y S_a = 1.42 para cada freno, para dos frenos (Sa = 2.84), los dos frenos pueden soportar una carga nominal del 210% (k = 2.1) (Tabla 1 y Figura 2 (a)).

En EN 81-20, si falla uno de los componentes del freno, y q = 0.5, k = 1 y S_a = 1, todo el RMB puede contener una carga nominal del 150% (equivalente a S_a = 2 y k = 1.5). Si un componente falla, y q = 0.4, k = 1 y S_a = 1, todo el freno puede contener una carga nominal del 160% (equivalente a Sa = 2 y k = 1.6). Pero, si uno de los componentes del freno falla, no hay suficiente capacidad de frenado para desacelerar, detener y mantener el automóvil hacia abajo con una sobrecarga del 110% permitida para operar según EN 81-20. Esto claramente no es redundante y, por lo tanto, inaceptable (Tabla 1 y Figura 2 (b)).

En opinión de su autor, además k, S_a debe ser requerido como en la Figura 3. Esto es especialmente cierto si q El valor no es requerido en la (s) norma (s). Si hay un Sa requisito, k se puede reducir adecuadamente.

En China, existe otro estándar de máquina de tracción de ascensor (GB / T 24476-2009) que requiere que el par de frenado se negocie con los usuarios de la máquina de tracción de acuerdo con GB 7588-2003 (EN 81-1: 1998), o 2.5 veces el par nominal convertido a la rueda de frenado (disco). Este equivalente a S_a es 2.5 para todo el RMB, y después de que uno de los componentes de frenado haya fallado (y hay dos componentes de frenado), S_a = 1.25.

Por lo tanto, las sugerencias para la preparación de los reglamentos técnicos de seguridad de ascensores de China son las siguientes:

1. Como muestran la Figura 3 (a) y la Tabla 1, si uno de los dos componentes de frenado falla, la capacidad de frenado puede desacelerar, detener y retener el auto con carga nominal del 110% a la velocidad nominal, equivalente a Sa = 1.17 (q = 0.4) a 1.2 (q = 0.5). Todo el RMB puede contener un 170% (q = 0.5) al 180% (q = 0.4) carga nominal.
2. Como muestran la Figura 3 (b) y la Tabla 1, si uno de los dos componentes de frenado falla, el margen de seguridad del par de frenado Sa no es inferior a 1.25, equivalente a k = 1,125 (q = 0.5) a 1.15 (q = 0.4). Todo el RMB puede contener un 175% (q = 0.5) al 190% (q = 0.4) carga nominal.

Estas recomendaciones reemplazan que el freno de la máquina motriz pueda sostener la carga nominal del automóvil al 125% y que el freno de emergencia pueda desacelerar y sostener el automóvil

con cualquier carga hasta el 125% de la carga nominal (A17.1) o la capacidad de frenado para desacelerar, detenga y sostenga la cabina hacia abajo con una carga nominal del 100% cuando falla uno de los componentes del freno (EN 81-20). Es decir, después de la falla de uno de los componentes de frenado, la recomendación de capacidad de frenado es k ≥ 110% y Sa ≥ 1.25.

La influencia de múltiples frenos en la desaceleración del ascensor

El análisis de peligros de la desaceleración excesiva de múltiples frenos se muestra en la Tabla 2. El análisis de nivel de riesgo se muestra en la Tabla 3.

Resultado de analisis

• Hacia arriba: cualquier desaceleración del automóvil que exceda los 9.8 m / s2 (32.2 pies / s2) no es aceptable.
• Hacia abajo: Cualquier desaceleración del automóvil que exceda la desaceleración máxima de la acción del engranaje de seguridad no es aceptable.
• En A17.1 y EN 81-20, solo hay requisitos de desaceleración para cada freno que actúa solo. No hay ningún requisito de desaceleración cuando varios frenos (freno de la máquina motriz, freno de emergencia, freno eléctrico y dispositivos de seguridad) están funcionando simultáneamente.

Múltiples frenos con acción descendente simultánea

En la acción simultánea del freno de la máquina, el freno eléctrico, el freno de emergencia y los seguros hacia abajo (como en la Figura 4), hay dos situaciones a considerar:

1) Para una transmisión flexible, una vez que el cable está relajado, la fuerza entre los dos extremos del cable no se superpondrá.
2) Para la transmisión por fricción, la fuerza de transmisión está limitada por el deslizamiento por fricción.

Para la maquina:

M1 + M2 + M3 - M4 = J (3)

Para el coche:

F1 + T3 - gm1 = a1m1 (4)

En Ecs. 3 y 4, M1 es el par de frenado de la máquina; M2 es el par del freno de emergencia; M3 es el par de frenado generado por un freno eléctrico de sellado en estrella u otro freno eléctrico; M4 = R(T₁ - T₂); es la aceleración angular de la rueda de tracción;   J es la inercia rotacional de la máquina; F₁ es la fuerza de frenado de los seguros; R es el radio del círculo nodal de la rueda de tracción; a₁ es la aceleración del coche; y m₁ es la masa del coche.

Si la deceleración producida por el freno de la máquina es mayor que la producida por los paracaídas, la cuerda entre la máquina y el coche está tensa, y la deceleración se superpondrá. Afortunadamente, la posibilidad de tal situación no es demasiado grande, porque los frenos generalmente producen menos desaceleración que los engranajes de seguridad. Además, incluso si esto sucede, este ejemplo es en el caso de un par de freno de máquina mayor, que estará limitado por el deslizamiento por fricción entre la rueda de tracción y la cuerda. Sin embargo, debemos considerar el peligro de superposición de desaceleraciones. Especialmente en los últimos años, el compromiso de las condiciones de tracción no requiere deslizamiento en las condiciones de detención, lo que aumenta la posibilidad de superposición de desaceleración.

En circunstancias especiales, todavía es posible que cuando los frenos de la máquina, los frenos eléctricos, los frenos de emergencia y los engranajes de seguridad se accionan simultáneamente, el par de frenado (fuerza) se superponga, al igual que la desaceleración de frenado del automóvil. Por tanto, la deceleración de la cabina provocada por la posible acción simultánea de varios frenos deberá cumplir los siguientes requisitos:

• Para el movimiento ascendente, la desaceleración del automóvil no es superior a 9.8 m / s2 (32.2 pies / s2).
• Para el movimiento descendente, la desaceleración del automóvil no es más que el valor máximo de la acción del equipo de seguridad. (Se debe considerar la acción de equipo de seguridad de Clase A.)

Acción ascendente simultánea de varios frenos

La acción simultánea del freno de la máquina, el freno eléctrico, la abrazadera de cable (freno de emergencia) y las seguridades del contrapeso hacia arriba se muestra en la Figura 5. La acción simultánea de múltiples frenos es similar hacia abajo.

Conclusión

Para los ascensores de pasajeros, su autor recomienda lo siguiente para la capacidad de frenado:

• Relación de carga nominal: k ≥ 1.1: si uno de los dos componentes de frenado falla, la capacidad de frenado puede desacelerar, detener y mantener el 110% de la carga nominal del automóvil a la velocidad nominal.
• Margen de seguridad del par de frenado: Sa ≥ 1.25. Si uno de los dos componentes de frenado falla, el margen de seguridad del par de frenado Sa no es inferior a 1.25.

Por la influencia de múltiples frenos en la desaceleración del elevador, bajo circunstancias especiales, el par de frenado de múltiples frenos de elevador puede superponerse al mismo tiempo. Esto aumenta la desaceleración del automóvil, causando daños a los pasajeros. Especialmente cuando se modifica un ascensor con RMB con una abrazadera de cable, no se superponen todas las fuerzas de frenado. Tampoco se superponen cuando el cable está suelto. Además, el deslizamiento por fricción de tracción también limita la influencia de la fuerza de frenado de la máquina en el automóvil. Es necesario limitar la desaceleración del automóvil en este caso. Para el movimiento ascendente, su autor recomienda que el automóvil desacelere no más de 9.8 m / s2 (32.2 pies / s2). Para el movimiento descendente, su autor recomienda que el automóvil desacelere no más que el valor máximo de la acción del mecanismo de seguridad.

La capacidad de frenado no es "cuanto más grande, mejor", ni debería ser "la correcta". Una capacidad de frenado insuficiente puede provocar la muerte o lesiones graves. Se necesita un cierto margen de seguridad. En algunos casos especiales, se debe tener cuidado de que puedan superponerse múltiples fuerzas de frenado. El problema de la capacidad de frenado debe manejarse con cuidado.