Parámetros de diseño y análisis de tensión de los soportes de riel guía de ascensor

Esta investigación de ingeniería proporciona una mirada a los diversos aspectos de los rieles de guía y cuán importantes son para la seguridad de los ascensores.

por Serhat Koç, Dr. C. Erdem Imrak y Sefa Targit

Resumen

Los sistemas de ascensores constan de demasiados componentes y los rieles de guía son los más importantes en términos de seguridad del ascensor. Para un viaje seguro, suave y cómodo, el soporte del riel guía es uno de los componentes más importantes junto con los rieles guía. Los soportes de los rieles de guía se utilizan para instalar los rieles de guía en la pared. En este estudio, se comentaron los resultados del cálculo del carril guía para diferentes situaciones de carga y los soportes y clips de carril guía analizados.

1.Introduction

En la práctica, los rieles de guía del automóvil se fijan de dos maneras diferentes, en la parte superior del pozo (riel de guía colgante) o en el foso y los soportes del riel de guía se colocan a distancias regulares entre sí a lo largo del riel para sostener el riel. Las operaciones de los dispositivos de seguridad son importantes en los cálculos de los rieles guía (Day, 2000; Imrak et al, 2006). En esta operación, es muy importante arreglar el coche en boxes con regularidad. Si el riel de guía no se fija correctamente en el foso durante el funcionamiento del dispositivo de seguridad, los soportes del riel de guía están sujetos a cargas verticales extremas. Estas situaciones se modelan en este estudio mediante el uso de análisis de elementos finitos con el software ABAQUS / CAE 6.6-1 y se obtiene la distribución de esfuerzos en los soportes del carril guía para analizar el comportamiento estático (Koç, 2009).

Los rieles de guía del ascensor y sus periféricos, y los equipos de seguridad son los componentes más importantes del sistema de ascensor que necesita altos requisitos de seguridad. En circunstancias normales, los rieles de guía simplemente definen las trayectorias de los ascensores por las que viajan los ascensores y se supone que están libres de las cargas y fuerzas impuestas a las cabinas de los ascensores (Demirsoz et al, 2005). Durante el viaje del ascensor, las fuerzas serán comparativamente bajas, especialmente si la cabina está bien equilibrada y la carga está bien distribuida. Las otras cargas ejercidas sobre los rieles serán del funcionamiento del equipo de seguridad en condiciones de emergencia (Targit, 2002). Las cargas ejercidas pueden ser muy elevadas, dependiendo del tipo de paracaídas (Imrak et al 2006).

Se han llevado a cabo considerables estudios de investigación sobre los rieles de guía de los ascensores y los dispositivos de seguridad, como se describe en (Imrak et al 2008a). Pero en la literatura, se han publicado estudios limitados sobre soportes de riel guía y clips.

2. Soporte de riel guía

Los sistemas de ascensores suelen incluir una cabina de ascensor que se desplaza en dirección vertical dentro de una caja de ascensor. Típicamente, un sistema de ascensor incluye rieles de guía montados dentro de un elevador para guiar una cabina de ascensor y un contrapeso durante el movimiento entre los pisos de un edificio. Los rieles de guía están asegurados a las paredes del hueco del ascensor o vigas estructurales mediante soportes de montaje. Los soportes de montaje están separados entre sí a intervalos definidos a lo largo del riel guía para soportar el riel guía y proporcionan un montaje suficientemente rígido (Koç, 2009).

Un sistema de montaje de riel de ascensor para colocar un par de rieles de guía de ascensor, capaz de centrar una cabina de ascensor entre ellos, en una caja de ascensor, comprende un soporte en forma de L, que se puede montar en la caja de ascensor a una distancia ajustable desde el lado de entrada del mismo, para fijar el ángulo. relaciones y distancias entre los rieles de guía, un umbral de rellano y un marco de puerta de pasillo para asegurar un espacio libre constante entre la cabina del elevador y el umbral del rellano y para mantener la alineación adecuada de la cabina del elevador y el marco de la puerta del pasillo.

El soporte en forma de L incluye un travesaño ajustable horizontal y verticalmente montado desde el lado de entrada del hueco del ascensor sustancialmente adyacente y paralelo al mismo. Un par de soportes de rieles paralelos, separados por una distancia predeterminada y que se extienden en el hueco del ascensor perpendicularmente desde el travesaño, sostienen los rieles de guía en un plano vertical sustancialmente paralelo al lado de entrada del hueco de ascensor y mantienen la distancia entre los rieles de guía en un valor fijo predeterminado.

Escuadra de fijación de guía, que comprende al menos una parte del cuerpo, clips de carril y elementos de apriete, caracterizada porque al menos uno de los carriles de guía está fijado en su sitio mediante escuadras de fijación de guía. La escuadra de fijación de la guía tiene al menos un elemento de apriete, preferiblemente un perno, para fijar y apretar las grapas de carril y sujetar al menos un carril de guía en su lugar, y que la escuadra de fijación de la guía solo tiene un elemento de apriete para fijar un carril de guía. El soporte de fijación de la guía está hecho de St37 y comprende al menos una placa de soporte que está provista de lugares de ajuste para los rieles de guía y que se puede montar en la parte del cuerpo.

El carril de guía es típicamente una viga en forma de T que tiene una porción de pestaña asegurada a los soportes de montaje, que están asegurados a la pared o vigas estructurales. Los soportes de montaje comprenden típicamente clips de carril que se superponen a la parte del carril de guía sujeta a la pared u otra viga estructural dentro del hueco del ascensor. Los soportes de montaje y los dos clips de riel aseguran, atrapan y sujetan la parte de la brida del riel guía contra una pared interior o viga estructural dentro del hueco del ascensor.

Durante la instalación, el riel guía debe moverse a una posición de montaje adecuada antes de que se puedan fijar los soportes para asegurar el riel guía en su lugar. Los soportes giran a menudo con el movimiento del carril de guía provocando una torsión y un bloqueo indeseables de los clips contra el carril de guía. Además, el movimiento del carril de guía para la alineación y para compensar las inconsistencias en el carril de guía no se acomoda fácilmente con los clips de carril convencionales.

Por consiguiente, es deseable desarrollar y diseñar un soporte de montaje que sea ajustable para adaptarse a rieles de guía de diferentes tamaños, y que pueda fijarse de manera móvil al riel de guía para ayudar en la instalación dentro de un hueco de ascensor.

3. Modelado del sistema

El método de los elementos finitos es un procedimiento numérico que se puede aplicar para obtener soluciones a una variedad de problemas de ingeniería. La predicción precisa de las tensiones experimentadas en los rieles guía solo se puede obtener mediante la aplicación de técnicas de ingeniería computacional. Las soluciones de elementos finitos para rieles de guía y soportes constituyen principalmente enfoques bidimensionales estáticos de las tensiones (Moaveni, 1999). Con el fin de analizar el comportamiento estático del riel guía y el sistema de soporte durante la operación del paracaídas, los parámetros requeridos sobre el carro, riel guía para este estudio se dan en la Tabla 1.

Las cargas que actúan sobre los carriles de guía se calculan según la EN81-1 para el funcionamiento del paracaídas en descenso. Se han utilizado datos de rieles de guía de ascensores recopilados de ASRAY Inc., donde se realiza la producción en masa de rieles de guía de ascensores.

El modelo de elementos finitos del sistema consta de 37773 nodos, 16476 elementos tetraédricos de cuatro nodos (C3D49) y 22736 elementos de ladrillo de ocho nodos con integración reducida (C3D8R), en total 39212 elementos. El modelo sólido y el modelo de elementos finitos del sistema se muestran en la Figura 1.

La discretización del carril de guía, el soporte y los clips se realiza utilizando elementos finitos 3-D C3D8R que se guardan en la biblioteca del software CAD. Es un elemento adecuado para analizar estructuras de vigas delgadas a moderadamente gruesas. Este elemento también se basa en un ladrillo lineal de 8 nodos y una integración reducida con el control de reloj de arena. El elemento ABAQUS C3D8R es inexacto con un elemento de espesor, pero a medida que este número aumentó, los resultados mejoraron.

El carril de guía y los soportes se modelaron como parte deformable y los clips se modelaron como parte rígida indeformable en el modelado de elementos finitos. Se seleccionó la dinámica explícita como tipo de análisis en ABAQUS / CAE. El material utilizado en el modelo de carril guía está hecho de St 37 y elástico isotrópico homogéneo según la ley de Hooke, y el modelo de soporte está hecho de St42 y elástico isotrópico homogéneo según la ley de Hooke, y el modelo de clip está hecho de Cm45 y las propiedades del material son que figuran en la Tabla 2 (Koç, 2009).

El modelo de elementos finitos del carril guía tiene 6885 nodos y 4704 elementos (C3D8R). De manera similar, el modelo de elementos finitos del soporte del riel guía tiene 6680 nodos y 4508 elementos (C3D8R). Los soportes de riel guía están discretizados en 3 partes y el modelo de elementos finitos se embala de acuerdo con estas partes. El modelo de elementos finitos de los clips tiene 1042 nodos y 4119 elementos (C3D4).

Se establecen tres condiciones de contorno diferentes para el modelo de elementos finitos generado. Estos son:

1. entre el soporte del carril guía y el lateral de la pared, 1 desplazamiento y 2 rotaciones toman cero (U3 = UR1 = UR2 = 0)
2. para los tornillos que se utilizan para fijar el soporte del riel guía al lado de la pared, todos los desplazamientos toman cero (U1 = U2 = U3 = 0)
3. entre la parte inferior del riel guía y el foso para fijar el riel guía, todos los desplazamientos y rotaciones toman cero

4. Resultados numéricos y computacionales

Las cargas que actúan sobre el carril y los soportes se calcularon de acuerdo con la norma relacionada (EN81-1) para diferentes casos; funcionamiento normal de uso-funcionamiento, uso normal-carga, funcionamiento del dispositivo de seguridad descendente y funcionamiento del paracaídas ascendente con diferentes distribuciones de carga.

Los medios para calcular fuerzas, tensiones y, por lo tanto, seleccionar el tamaño del carril guía se establecen en la norma relacionada. En los cálculos de los rieles de guía, que se fijan en la parte inferior del pozo de elevación, se consideran las tensiones de tracción en lugar de las tensiones de pandeo. Se aceptan cálculos de carriles guía basados ​​en los problemas mencionados en (Imrak et.al, 2008a). En este estudio, la distribución de la carga en la configuración del vehículo suspendido y guiado centralmente y las dimensiones relacionadas se muestran en la Figura 2 (Imrak et al, 2008b).

Calculando los esfuerzos de flexión en los diferentes ejes del carril guía, se puede suponer que:

1. El carril de guía es una viga continua con puntos de fijación flexibles a distancias de la longitud l,
2. La resultante de las fuerzas que causan tensiones de flexión actúan en el medio entre los puntos de fijación adyacentes,
3. Los momentos flectores actúan sobre el eje neutro del perfil del carril guía

El riel de guía se apoya en el extremo inferior del foso y los soportes del riel de guía se colocan a distancias regulares entre sí a lo largo del riel de guía (Janovsky, 1999).

Para analizar la distribución de esfuerzos y las deflexiones del soporte de carril guía, se selecciona el software ABAQUS / CAE 6.6-1 como herramienta de análisis de elementos finitos. Las distribuciones de tensión y deformación se ilustran en la Figura 3 para condiciones normales de uso y funcionamiento y la distribución de carga está en la parte delantera.

Para ver los efectos de la fijación de la guía en el foso en las operaciones de los dispositivos de seguridad, se analiza otro caso en este estudio. Como puede verse en la Tabla 3, la carga vertical es soportada por el propio riel y parcialmente por los soportes cuando el riel de guía está fijado en el foso y tanto los valores de tensión como de desplazamiento están dentro de los límites permisibles. Para un caso diferente, la distribución de la tensión de von Misses y el desplazamiento de los soportes del riel guía y los clips para no fijar en la situación del foso se muestran en la Figura 4.

Los valores obtenidos de las tensiones y los valores de los desplazamientos para los soportes de riel guía y los clips se tabulan en la Tabla 3. Estos resultados se obtienen del software ABAQUS / CAE.

Como se ve en la tabla, la situación más importante para los soportes y clips son las operaciones de los dispositivos de seguridad. Pero los valores de las tensiones y los valores de los desplazamientos ocurridos en los soportes de los rieles guía, en este estudio, son considerables para todas las distribuciones y situaciones de carga.

Se considera el carril de guía no fijado en la condición de foso y se calculan los valores de las tensiones y desplazamientos. La Tabla 3 también muestra la comparación de los valores de tensión y desplazamiento para las condiciones fijas y no fijas.

5. Resultados y debates

En este estudio, los soportes de riel guía de ascensor se consideran para diferentes distribuciones de carga en diferentes situaciones de operación. El modelado de elementos finitos y los análisis del sistema se gestionan mediante el software comercial ABAQUS / CAE. Los análisis del estudio muestran que los valores de tensión y desplazamiento ocurridos en los soportes de los rieles guía son considerables, pero las situaciones más críticas son las operaciones de los dispositivos de seguridad. Los resultados muestran que la fijación del riel guía es muy importante para los rieles guía y los soportes del riel guía. La carga vertical es soportada principalmente por soportes de riel guía y los valores de tensión y desplazamiento superan los límites permitidos. El riel de guía debe fijarse correctamente teniendo en cuenta el margen de movimiento vertical durante la operación del equipo de seguridad.

Agradecimiento

Esta investigación es parte del trabajo para el proyecto financiado por el Fondo de Investigación de la UIT: Grand No: 11_06_106 “Investigación de parámetros de diseño y análisis de bloques de engranajes de seguridad progresivos”.

Referencias
Día, P. (2000). Guía de sistemas de transporte en edificios D, CIBSE, Norwich. Demirsöz, R, Imrak, CE, Targıt, S. (2005). Análisis de elementos finitos de los rieles de guía del elevador durante la operación del equipo de seguridad, tecnología de elevador 15, Proc. de ELEVCON'2005, págs.41-50.
Imrak, CE, Bozdag, E., Sunbuloglu, E., Toprak, T., Targıt, S. (2006). Análisis de tensión experimental de rieles guía, tecnología de ascensores 16, Proc. de ELEVCON'2006, págs. 111-119.
Imrak, CE, Bedir, S., Targıt, S. (2008a). Investigación de tensiones en rieles guía y engranajes de seguridad, tecnología de ascensores 17, Proc. de ELEVCON '2008, páginas 111-119.
Imrak, CE, Bedir, S., Kayao˘glu, E. (2008b). Modelado de elementos finitos y análisis de tensión en rieles guía durante la operación de equipos de seguridad, Simposio sobre Mecánica de Estructuras Esbeltas MoSS 2008, Baltimore, EE. UU.
Janovsky, L. (1999). Elevator Mechanical Design, tercera edición, Ellis Horwood Publ., Londres, 322 págs.
Koç, S. (2009). Análisis de tensión de soportes de riel guía de elevador, MSc. Tesis, UIT, Estambul.
Moaveni, S. (1999). Análisis de elementos finitos: teoría y aplicación con ANSYS, Prentice-Hall, Nueva Jersey.
Targit, S. (2002). Rieles de guía del elevador, instalación y alineación, Elevator World Septiembre de 2002, págs. 102-105.