Frenos de ascensor 1895-1927

En este artículo de Historia, su autor ofrece una breve presentación de los primeros sistemas de frenos.

La primera edición del conocido libro de Frederick A. Annett sobre ascensores eléctricos apareció en 1927. Annett dedicó dos capítulos a los frenos: uno sobre frenos de corriente continua y otro sobre frenos de corriente alterna. El primero incluyó una introducción general a la tecnología de frenos:

“En una máquina elevadora, el freno es una de las partes más importantes del equipo, ya que de su correcto funcionamiento depende no solo la seguridad sino también el funcionamiento satisfactorio de la máquina. Si el freno no funciona, el operador puede perder el control del automóvil, con graves consecuencias. Si el freno se aplica con demasiada fuerza, el automóvil se detendrá con una sacudida desagradable para los pasajeros y el equipo se tensará innecesariamente. Cuando el freno no se aplica con suficiente fuerza, el automóvil será difícil de controlar y aterrizará en el piso ”.^{[ 1 ]}

Annett también señaló que: “Los frenos de ascensor se han fabricado en tantas formas como tipos y marcas de máquinas, de modo que todo lo que se puede hacer en cualquier artículo es indicar algunos de los diferentes tipos y cómo funcionan y están ajustados ".^{[ 1 ]}

Estos comentarios introductorios fueron seguidos por una discusión ilustrada de ocho sistemas de frenos de corriente continua. Aunque Annett se refirió explícitamente a algunos sistemas como representativos de tipos de frenos “anteriores”, el lector tuvo la impresión de que el autor estaba, principalmente, discutiendo tecnologías contemporáneas. Sin embargo, un examen del contenido revela que, cuando se publicó el libro, muchos de estos sistemas de frenos tenían más de 30 años.

A mediados de la década de 1890, Elecktron Manufacturing Company había desarrollado un sistema de frenos eléctricos / mecánicos (Figura 1). Las zapatas de freno estaban compuestas por dos brazos o bandas curvos que rodeaban casi por completo la rueda de freno. El diseño original empleaba bandas de hierro fundido que llevaban zapatas de freno de madera (en 1910, estas habían sido reemplazadas por zapatos de cuero).

Las bandas estaban articuladas en un lado de la rueda y conectadas a la palanca de freno en el otro lado. La acción de la palanca estaba controlada por un electroimán y un amortiguador de aire. Cuando se energizó el electroimán, empujó un émbolo hacia arriba que levantó la palanca de freno y soltó los frenos. Cuando se quitó la energía, el peso de la palanca hizo que los frenos se cerraran. El salpicadero controlaba la velocidad de estas acciones y estaba configurado de manera que el freno no se aplicara demasiado rápido, lo que permitía una parada suave.

Durante este mismo período, Otis desarrolló un diseño eléctrico / mecánico que también incluía zapatas de freno tipo banda (Figura 2). Sin embargo, con este freno, su uso normativo era completamente mecánico en funcionamiento, con la acción del freno controlada por una rueda de carga. El electroimán se utilizó como dispositivo de seguridad y se activó solo en los casos en que el elevador viajaba más allá de sus límites superior o inferior. En este caso, el electroimán se desenergizaría, lo que liberó un peso que provocó que el freno se activara.

Los frenos Elektron y Otis, con sus zapatas tipo banda, eran esencialmente variaciones del sistema de frenos más comúnmente utilizado desde 1860 hasta 1900, que empleaba una banda continua forrada de cuero que rodeaba la rueda de freno. Sin embargo, a fines de la primera década del siglo XX, apareció un nuevo diseño que estableció las características básicas de los frenos modernos.

Durante este período, Otis desarrolló varios sistemas de frenos completamente eléctricos que empleaban zapatas de freno forradas en cuero montadas a cada lado de una rueda de freno central. Cada zapata estaba conectada en su centro a una palanca de freno cuyo funcionamiento estaba controlado por un resorte montado encima del freno. La acción de los resortes estaba controlada por un electroimán de doble núcleo. Cuando se energizó, el electroimán empujó los resortes hacia adentro, lo que soltó los frenos.

En una máquina elevadora, el freno es una de las partes más importantes del equipo, ya que de su correcto funcionamiento depende no solo la seguridad sino también el funcionamiento satisfactorio de la máquina.

Annett señaló que este diseño solo requería "un pequeño movimiento de las diversas partes durante la operación".^{[ 1 ]} Además, debido a que las zapatas de freno estaban "articuladas en su centro y alejadas de la rueda en el diámetro horizontal por las palancas, se levantan a la misma distancia de la rueda en todos los puntos".^{[ 1 ]} Esta fue una mejora con respecto a los frenos de banda donde las zapatas, cuando se soltaron, a menudo se encontraban a distancias ligeramente diferentes de la rueda, lo que ocasionalmente causaba un desgaste desigual de las zapatas.

En 1911, el ingeniero de Otis Frederick Hymans proporcionó una descripción detallada del funcionamiento del nuevo sistema de frenos de Otis cuando se usa en elevadores de tracción de alta velocidad:

“Una parte importante de las máquinas elevadoras de este tipo es el freno, ya que la muy pequeña fricción mecánica de la maquinaria hace necesario depender completamente del freno para sujetar la cabina en el rellano. El freno es esencialmente un freno de retención, es decir, las zapatas no se aplican hasta que la máquina prácticamente se ha detenido mediante un frenado dinámico y presenta una evolución tan interesante. No sería deseable detener la maquinaria de ascensores de alta velocidad de este tipo mediante frenado mecánico, debido a la gran variación de las distancias de frenado que resultaría si se aplicara una presión de freno fija para detener ascensores que tienen cargas en constante cambio. Además, el desgaste de dicho freno requeriría ajustes continuos. El freno está sujeto por resortes y liberado por un imán de freno, que está provisto de un devanado en derivación de tales proporciones que su autoinducción provoca un retraso apreciable entre el cierre de su circuito y la liberación de las zapatas de freno. Por tanto, mientras los circuitos del inducido y del freno se cierran prácticamente al mismo tiempo, transcurre el tiempo suficiente para acumular el par motor completo antes de que se suelte el freno. Cuando se corta la corriente, hay de nuevo suficiente retardo para permitir que el motor se detenga prácticamente mediante la acción del freno dinámico antes de que se active el freno. Junto con la ventaja de detenerse casi en su totalidad mediante el frenado dinámico, está el hecho de que el desgaste de las zapatas de freno es mínimo y, una vez aplicado, el freno rara vez requiere un ajuste adicional ”.^{[ 2 ]}

De hecho, el uso del frenado dinámico se introdujo en la década de 1890 y era una característica de los sistemas Elektron y Otis anteriores.

Annett ilustró dos ejemplos de frenos eléctricos de Otis (Figuras 3 y 4). El primero se describió como un "freno para usar en uno de los tipos anteriores de elevadores de alta velocidad" y el segundo se describió como diseñado para usarse en una "máquina de tracción directa de alta velocidad". ^{[ 1 ]} Una comparación de este último con los manuales técnicos de Otis contemporáneos revela que este fue uno de los pocos sistemas verdaderamente "modernos" discutidos por Annett (Figura 5).

Este hecho, junto con el creciente uso de elevadores de tracción de alta velocidad, puede explicar su decisión de dedicar el último tercio del capítulo sobre frenos de corriente continua a este sistema.

Annett también utilizó esta presentación como foro para discutir aspectos fundamentales del funcionamiento de los frenos. Primero describió el impacto en el funcionamiento de los frenos de las cargas variables transportadas por los ascensores, que iban desde "los extremos de carga completa en movimiento ascendente y carga completa bajando". ^{[ 1 ]} Resumió esta discusión recordando al lector que “la energía de una masa en movimiento es proporcional a su peso multiplicado por el cuadrado de su velocidad; por lo tanto, la acción de frenado requerida aumenta a medida que el peso y el cuadrado de la velocidad. El doble de masa requiere el doble de acción de frenado; duplicar la velocidad requiere cuatro veces la potencia de frenado ".^{[ 1 ]}

Annett luego describió los "tres factores distintos que determinan la parada de un ascensor".^{[ 1 ]} Estos fueron identificados como:

1. La fuerza de la gravedad, debido a la carga desequilibrada que ayuda o se opone a la parada.
2. El motor actúa como generador cuando se corta la energía.
3. La fricción de las zapatas de freno sobre la polea de freno.^{[ 1 ]}

Cada tema se discutió a fondo e incluyó las fórmulas apropiadas necesarias para comprender su impacto en el funcionamiento de los frenos.

También proporcionó dos diagramas de circuito, uno que ilustraba el sistema de frenado dinámico y otro que ilustraba el devanado del freno (Figuras 6 y 7). Este último representaba las cuatro resistencias empleadas por el devanado: “BR, resistencia de frenado; ABR, resistencia de frenado auxiliar; PBR, resistencia de frenado en paralelo; (y) PBR ', resistencia auxiliar de frenado paralelo ”.^{[ 1 ]} El ABR redujo la corriente de bobinado del freno después de que se soltaron las zapatas. Este "calentamiento reducido en el imán del freno, al mismo tiempo que proporciona una liberación rápida del freno al arrancar".^{[ 1 ]} Las resistencias de PBR y PBR utilizaron la "energía almacenada en el electroimán de freno para proporcionar una aplicación lenta de las zapatas de freno a la polea".^{[ 1 ]}

Esta breve presentación de los primeros sistemas de frenos, como se encuentra en el libro de Annett de 1927, proporciona una instantánea de esta tecnología durante el primer cuarto del siglo XX. También, de muchas maneras, involucra esta importante historia en algún lugar "en el medio", ya que no se discutieron los orígenes precisos de los sistemas de freno de banda y zapata. Se necesita más investigación para comprender completamente la historia de los sistemas de frenos, y este material se examinará en artículos futuros.

Un tema adicional que vale la pena investigar es el mantenimiento de los frenos, un tema que Annett aborda con gran detalle, como se ilustra en el siguiente ejemplo:

“Antes de que se pueda esperar que un freno funcione correctamente, la superficie de sus forros debe estar en buenas condiciones. Hay tres materiales comunes que se utilizan para forrar las zapatas de freno, a saber, cuero, asbesto y madera, y la preferencia por estos materiales se encuentra en el orden mencionado. La superficie de los revestimientos debe mantenerse libre de aceite y suciedad. El aceite puede salir a lo largo del eje helicoidal de la caja de engranajes y entrar en la rueda del freno. Cuando esto ocurra, se deben quitar los zapatos y el aceite y la suciedad se deben raspar con un vidrio o lavar con gasolina. Se pueden hacer aplicaciones de tierra de Fuller para absorber el aceite, después de lo cual se puede raspar para dejar limpia la superficie del revestimiento. Los forros de cuero de los frenos a veces se secan y endurecen, en cuyo caso deben tratarse con un buen aderezo para cuero o aceite Neatsfoot ".^{[ 1 ]}

Este tema también se examinará en artículos futuros, que probablemente incluirán una exploración de las actitudes hacia la seguridad en el trabajo, particularmente a la luz de guías como la sugerencia de usar gasolina, en un espacio de trabajo cerrado, como agente de limpieza.

Referencias

^{[ 1 ]} Frederick A. Annett, "Elevadores eléctricos", Nueva York: McGraw-Hill Book Company (1927).

^{[ 2 ]} Frederick Hymans, “Ascensores eléctricos de tracción directa en el edificio Oliver, Pittsburgh”, Electric Journal, (junio de 1911).

^{[ 3 ]} Henry W. Ravenshaw, “Elevadores eléctricos VI: Elektron Electric Elevators” El mundo eléctrico (8 de mayo de 1897).

^{[ 4 ]} Henry W. Ravenshaw, "Elevadores eléctricos VII: Elevadores eléctricos Otis" El mundo eléctrico (22 de mayo de 1897).

^{[ 5 ]} Ascensores, International Textbook Company, Nueva York (1902).

^{[ 6 ]} William Baxter, Jr., "Elevadores eléctricos", Power (11 de enero de 1910).

^{[ 7 ]} William Baxter, Jr., “El elevador eléctrico: sistema Elektron con control mecánico”, Power (5 de julio de 1910).