Requisitos de carga de ascensores para ascensores de gran altura

por Ville Josefsson y Jaakko Kalliomäki

Este artículo se presentó en el Simposio internacional de ascensores y escaleras mecánicas de 2023 en Edimburgo, Escocia.

Keywords: Ascensor de gran altura, carga, uso sostenible de materiales, FEM

Resumen

Los ascensores se clasifican comúnmente para uso de pasajeros o mercancías, lo que determina el diseño estructural del ascensor. En la práctica, especialmente en edificios comerciales, los ascensores de mercancías se utilizan para transportar tanto personas como mercancías. Es importante comprender las cargas y tensiones causadas por los diferentes escenarios para diseñar estructuras optimizadas pero seguras que promuevan el uso sostenible de materiales. Esto es especialmente importante en ascensores de gran altura, donde el recorrido elevado aumenta el impacto del sobredimensionamiento.

Los casos de carga utilizados en el dimensionamiento de los componentes se basan en el tipo de uso del ascensor y en los requisitos estándar del ascensor. Para los elevadores de mercancías, las normas consideran la carretilla elevadora como el principal dispositivo de manipulación de carga, a pesar de que a menudo resulta inviable debido a las restricciones de espacio o la estructura del edificio. En cambio, en los edificios comerciales se suelen utilizar dispositivos de manipulación de cargas más ligeros. Esta brecha entre el uso real y los requisitos estándar puede provocar un sobredimensionamiento y un impacto ambiental innecesariamente alto debido al uso excesivo de material.

Este artículo analiza el impacto de la carga en el ascensor utilizando dispositivos ligeros de manipulación de carga. El diseño del ascensor se analiza utilizando el método de elementos finitos (FEM) en un modelo de sistema de cabina-eslinga. El análisis también cubre cómo se puede colocar la carga dentro de la cabina del ascensor con los tamaños de cabina más utilizados. Los resultados se comparan con los requisitos de las normas de ascensores.

Los principales resultados incluyen la distribución de tensiones a nivel de componentes y los resultados de desplazamiento de los modelos de sistemas de eslingas para automóviles y las posibilidades de posicionamiento de la carga considerando tamaños comunes de carga y automóviles. Como conclusión, este artículo propone cómo se podrían mejorar los estándares actuales de ascensores basándose en un análisis de los escenarios de carga de dispositivos de manipulación de carga más ligeros, concentrándose en ascensores con mayor recorrido.

1. Introducción

Hay una serie de importantes desafíos de ingeniería asociados con el diseño de edificios de gran altura, incluidos los métodos de construcción, el diseño estructural y el diseño de sistemas de ascensores. La importancia de un sistema de ascensores diseñado adecuadamente es crítica en edificios de gran altura, razón por la cual los ascensores de gran altura son el foco de este artículo.^{[ 1 ]} Debido al alto recorrido, una posible sobreingeniería es más problemática que para ascensores con recorridos más bajos. Por ejemplo, si se agrega peso en la eslinga y el carro debido a requisitos de resistencia excesivos, esto podría resultar en un riel guía más grande. Para un ascensor con un recorrido de 100 m, esto significaría un aumento de costes y gastos de material mucho mayor en comparación con un ascensor de poca altura con un recorrido de 15 m. El mismo principio se aplica a todos los componentes, que dependen de la altura de recorrido. Además, añadir más peso a las cuerdas de suspensión podría provocar un aumento del tamaño del motor y de la transmisión. Por lo tanto, evitar el exceso de ingeniería, especialmente en ascensores de gran altura, es crucial para promover el uso sostenible de materiales y mantener los costos moderados.

Un ascensor de mercancías para pasajeros es un ascensor destinado principalmente al transporte de mercancías, que puede ir acompañado de personas.^{[ 2 ]} Las normas de ascensores generalmente reconocen una carretilla elevadora contrapesada como un dispositivo de manipulación de carga cuando se considera la carga y descarga de un ascensor de pasajeros de mercancías. Esto podría crear una situación en la que el ascensor esté sobrediseñado debido a los requisitos estándar del ascensor, que suponen cargas mucho más altas que las impuestas por los dispositivos de manipulación de carga más ligeros. En la práctica, el uso de una carretilla elevadora contrapesada como dispositivo de manipulación de cargas a menudo no es factible en edificios comerciales de gran altura, como hoteles u oficinas, debido a las restricciones en términos de espacio disponible, estructura del edificio o acabados superficiales.

Ha surgido un área de aplicación específica para los ascensores de pasajeros de carga de gran altura debido a la creciente presión para utilizar formas sostenibles de producción de energía, lo que ha llevado a un mayor número de nuevas plantas de energía eólica marina.[3] Las plantas de energía eólica marina requieren cables marinos de alto voltaje, que se fabrican en torres de hasta 200 m de altura, donde se necesitan ascensores para transportar materiales y equipos de producción.

Hasta ahora se han publicado muy pocas investigaciones sobre la carga en ascensores. Debido a la creciente necesidad de soluciones de ascensores de pasajeros para mercancías y a la falta de consideración en los estándares de los ascensores hacia la carga, y especialmente hacia los dispositivos de manipulación de carga ligeros, los desafíos descritos en este artículo se consideran un punto de estudio interesante.

En este estudio, los cálculos de tensiones y deformaciones mediante el método de elementos finitos (MEF) se han realizado considerando sistemas de eslingas de automóviles con cargas nominales de 2500 kg y 5000 kg. Los escenarios de carga incluyen la carga con transpaleta eléctrica y casos de carga con un 81% de carga en el umbral según la norma EN 20-60. Se observan las distribuciones de tensiones de Von Mises a partir de los componentes seleccionados. Esto proporciona una estimación aproximada de los niveles de tensión en el sistema de vagón-eslinga y puede usarse para comparar entre los diferentes casos de carga. En ascensores de gran altura se utilizan habitualmente plataformas de eslinga aisladas. Por lo tanto, es interesante comparar el desplazamiento del piso con el desplazamiento de todo el sistema de piso-eslinga. Se ha estudiado el posicionamiento de paletas de uso común dentro de las cabinas de los ascensores, teniendo en cuenta los tamaños de las cabinas para las cargas nominales mencionadas anteriormente, y se ha comparado con los requisitos estándar de los ascensores para comprender las brechas entre el uso real y los supuestos estándar de los ascensores.

2. Descripción general de los estándares

La descripción general de las normas cubre los detalles relacionados con la carga del ascensor de las normas ASME A17.1 y EN 81-20, y también detalles de la norma de construcción EN 1991-1-1, que se ha utilizado como referencia en ciertos casos al determinar las cargas impuestas por los dispositivos de manipulación de carga.

ASME A17.1 identifica cinco clases de carga diferentes según el tipo de dispositivo de carga y manejo de carga utilizado.^{[ 4 ]} De las cinco clases de carga diferentes, las clases significativas que se analizarán en este artículo son Clase A, Clase C1 y Clase C2. Estas tres clases se presentan con más detalle a continuación.

Clase A: Carga General de Mercancías. Cuando el peso de una sola mercancía o el peso combinado de la mercancía y el dispositivo de manipulación de carga no supere el 25% de la carga nominal del ascensor. La carga se manipula dentro y fuera de la plataforma de la cabina del ascensor manualmente o mediante un dispositivo de carga accionado manualmente. La carga nominal se basará en no menos de 240 kg/m2 de área interior neta de la plataforma.

• Clase C1: Carga de Camiones Industriales. Donde la carga estática durante la carga y descarga no exceda la carga nominal.
• Clase C2: Carga de Camiones Industriales. Donde se permite que la carga estática durante la carga y descarga exceda la carga nominal.
• ASME A17.1 proporciona reglas de cálculo para calcular el momento de giro causado por las mercancías transportadas y para calcular las cargas del umbral para diferentes clases de carga (Figura 1).

EN 81-20 considera algunos aspectos relacionados con la carga del ascensor, como el peso del dispositivo de manipulación, la precisión de nivelación durante la carga y descarga y las cargas del umbral utilizadas en los cálculos. En general, la EN 81-20 da poca consideración a la carga y descarga de mercancías. EN 81-20 supone que se han realizado negociaciones entre el cliente y el proveedor del ascensor y se ha llegado a un acuerdo sobre el uso previsto del ascensor y, en el caso de un ascensor de pasajeros de mercancías, el tipo y la masa de los dispositivos de manipulación de carga. destinado a ser utilizado para carga y descarga.^{[ 2 ]}

Según EN 81-20, todo rellano y entrada de cabina dispondrá de un alféizar con resistencia suficiente para soportar las cargas introducidas durante la carga o descarga de mercancías. Para definir la resistencia del antepecho, EN 81-20 define tres fuerzas diferentes que se utilizarán como carga del antepecho en función del uso del ascensor. La cantidad de fuerza aplicada al alféizar se presenta en las ecuaciones siguientes, donde Fs es la cantidad de fuerza en N, g es la aceleración gravitacional en m/s2 y Q es la carga nominal del ascensor en kilogramos.^{[ 2 ]}

• Fs=40%·g·Q para ascensores de pasajeros
• Fs=60%·g·Q para ascensores de pasajeros de mercancías
• Fs=85%·g·Q para ascensores de mercancías para personas en el caso de dispositivos de manipulación pesada si el peso del dispositivo no está incluido en la carga nominal.

Al considerar la carga y descarga de un ascensor, la norma EN 1991-1-1 define recomendaciones para las cargas impuestas por carretillas elevadoras para los edificios, que también se pueden aplicar a los ascensores.^{[ 5 ]} 

Las carretillas elevadoras se clasifican en seis clases, desde FL1 a FL6, según el peso neto, las dimensiones y las cargas de elevación. Las clases de FL se pueden ver en la Tabla 1. 

Clase de montacargas	Peso neto [kN]	Carga de elevación [kN]	Ancho del eje a [m]	Ancho total b [m]	Longitud total b [m]
FL 1	21	10	0,85	1,00	2,60
FL 2	31	15	0,95	1,10	3,00
FL 3	44	25	1,00	1,20	3,30
FL 4	66	40	1,20	1,40	4,00
FL 5	90	60	1,50	1,90	4,60
FL 6	110	80	1,80	2,30	5,10

Las tres normas revisadas (ASME A17.1, EN 81-20 y EN 1991-1-1) incluían principalmente directrices para carretillas elevadoras contrapesadas y no consideraban en detalle los diferentes dispositivos de manipulación de carga. Para ascensores de pasajeros de mercancías cargados con dispositivos de manipulación de carga operados manualmente, ASME A17.1 guía el uso de carga Clase A, donde el peso combinado del dispositivo de manipulación y las mercancías no pesará más del 25% de la carga nominal del ascensor. Este límite del 25% podría superarse fácilmente, especialmente si la carga nominal del ascensor es baja. Si el peso es superior al 25% del estándar ASME clasificado, guía usando la carga Clase C1. Esto crea una situación en la que el ascensor cargado con dispositivos de manipulación de carga operados manualmente debe diseñarse de acuerdo con los requisitos de carga Clase C1 destinados a la carga con montacargas industriales. La clase de carga C1 también indica que la carga calculada debe aplicarse a dos partes iguales separadas por 765 mm, que es el ancho de vía de las ruedas asumido del montacargas. Normalmente, una vía de rueda de este ancho es demasiado ancha para transpaletas manuales y demasiado estrecha para carretillas elevadoras reales. En caso de que la carga nominal del ascensor sea grande, el 25% propuesto por la Clase A ya podría ser un peso considerable, y usar la Clase A podría ignorar algunos criterios de diseño relevantes.

EN 81-20 tiene directrices para los cálculos de carga del antepecho, que también pueden interpretarse como basadas vagamente en el dispositivo de manipulación de carga utilizado. En el caso de un dispositivo de manipulación pesada, la carga del umbral se debe calcular como el 85 % de la carga nominal, y en el caso del ascensor de pasajeros de mercancías estándar, la carga del umbral se debe calcular como el 60 % de la carga nominal. Al considerar el uso de dispositivos manuales de manejo de carga, se debe seguir la carga del 60% del antepecho en los cálculos de carga del antepecho. EN 81-20 no tiene en cuenta la vía de las ruedas del dispositivo de carga, pero indica que se debe suponer que la fuerza vertical sobre el umbral actúa centralmente sobre el umbral.^{[ 2 ]} La definición de dispositivo de manipulación de cargas pesadas no está clara en la norma EN 81-20, y esto deja cierto margen de interpretación en cuanto a qué se considera pesado y qué es un dispositivo de manipulación de cargas ligeras. Además, EN 81-20 indica que se debe utilizar una carga del 85 % en el umbral solo en caso de que el peso del dispositivo no esté incluido en la carga nominal. Esto ignora por completo el uso del ascensor tipo ASME A17.1 Clase C1, incluso si a menudo se prefiere C1 debido a su simplicidad. 

También existen algunas limitaciones al considerar el posicionamiento de la carga en la cabina del ascensor. La norma EN 81-20 establece que la carga nominal se distribuirá uniformemente en las tres cuartas partes del vehículo en la posición más desfavorable. Sin embargo, en caso de que se hayan acordado condiciones de distribución de carga diferentes después de las negociaciones iniciales con el cliente, se realizarán cálculos adicionales de acuerdo con esas condiciones y se considerará el peor de los casos.^{[ 2 ]} Sin embargo, la experiencia práctica ha demostrado que obtener estos datos del cliente es difícil y el uso de condiciones de carga predefinidas parece funcionar mejor, lo que generalmente significa usar ASME A17.1 como referencia.

La suposición de ASME A17.1 es que una carga concentrada se coloca 1/4 veces el ancho interior del automóvil desde el centro del automóvil, pero no especifica la posición de la carga en otras direcciones. Este supuesto no considera los tamaños reales de las cabinas del ascensor ni el tipo de mercancías a transportar. Por lo tanto, estudiar los tamaños de paletas comúnmente utilizados ayuda a comprender las posiciones reales de la carga dentro de la cabina del ascensor.

3. Dispositivos de manipulación de carga

En la norma internacional ISO 5053-1 se especifican diferentes tipos de dispositivos de manipulación de carga y la terminología y clasificación relacionadas. Según la norma, los dispositivos de manipulación de carga son vehículos con ruedas que tienen al menos tres ruedas y pueden tener un mecanismo motorizado o no motorizado.^{[ 6 ]} El análisis FEM de este artículo se realiza considerando un dispositivo de manipulación de carga específico: la transpaleta eléctrica. El uso de transpaletas eléctricas aumentó cuando aumentó la consideración por el bienestar de los operadores. Desde un punto de vista ergonómico, las tareas manuales de manipulación de materiales tienen el potencial de ser muy inseguras.^{[ 7 ]} Especialmente se ha observado que el movimiento de empujar y tirar de, por ejemplo, la transpaleta, aumenta el riesgo de trastornos musculoesqueléticos.^{[ 8 ]} El palet eléctrico Toyota LPE220 se utiliza como ejemplo de dispositivo de manipulación de carga ligero. 

Las características importantes del dispositivo de manipulación de carga, al considerar los casos de carga y descarga desde el punto de vista del ascensor, se presentan en la Tabla 2. 

Propiedad		Toyota LPE220
Masa propia M	[kg]	826
Capacidad de carga nominal QL	[kg]	2200
Masa total cargada MQ	[kg]	3026
Posición del centro de carga c	[Mm]	600
Dimensión de la distancia entre ejes b11	[Mm]	370
Carga del eje delantero F11)	[kg]	1513
Carga del eje trasero F21)	[kg]	1513
Relación carga del eje trasero y masa total cargada	[%]	50
Tamaño de los neumáticos delanteros	[Mm]	d85x100
1) Calculado según la hoja de datos del fabricante.

4. Carga utilizando paletas

Las operaciones comerciales que utilizan palets son la forma más eficaz de transportar mercancías más pesadas en un ascensor, ya que cargar grandes cantidades de pequeños paquetes individuales llevaría mucho tiempo. Incluso cuando se utilizan paletas, la carga no debería tomar más tiempo del que le toma al ascensor hacer un viaje de ida y vuelta. La suposición en este análisis es que, para mantener la eficiencia general, la cantidad de paletas no debe ser mayor a cuatro y las paletas no deben apilarse. El peso del dispositivo de manipulación se considera parte de la carga nominal (Clase C1), pero se incluyen cuatro palés aunque, según los requisitos de ASME A17.1, esto ya entraría en la carga de Clase A.  

A menudo, los palets usados ​​siguen tamaños estándar. En el Cuadro 3 se dan algunos ejemplos. Para mercancías más ligeras, los carros logísticos también se utilizan ampliamente, pero sus requisitos no suelen exceder los de la carga de pasajeros y, por lo tanto, se excluyen aquí.

Paleta	Dimensiones ancho x fondo x alto [mm]	Máx. Capacidad [kg]	Mareas Ideales para Lecciones
EUR / EUR1 (32''x48'')	1200 x 800 x 144	4000 kg	Diseñado para adaptarse a la mayoría de puertas europeas y camiones de 2,5 m de ancho. No se adapta bien a contenedores marítimos con un ancho interno de 2,352 mm.
2 euros (40''x48'')	1200 x 1000 x 144	4000 kg	Diseñado para adaptarse mejor a contenedores marítimos de 2,352 m de ancho que el EUR. Se asemeja a un pallet estadounidense de 40''x48'' para ayudar al comercio internacional.
48''x48''	1219 x 1219 x 144	4000 kg	El palet de 48 x 48 coincide con el tamaño de 4 bidones de 200 l (55 galones) (con un diámetro exterior de 584 mm) utilizados en la industria química.

Cuando se utilizan palets como base para ascensores de carga, resultan interesantes dos casos de carga extremos; 1) el vagón se carga con un solo palé pesado hasta la carga nominal del vagón; 2) la cabina se carga con un máximo de cuatro palets más ligeros hasta la carga nominal de la cabina. También se deben tener en cuenta las propiedades del dispositivo de carga. En la Tabla 4 se dan algunas propiedades críticas de cuatro tipos diferentes de dispositivos de manipulación. Los datos se basan en hojas de datos de un dispositivo específico, pero la intención es que la muestra seleccionada indique las diferencias entre las categorías de los dispositivos. 

Propiedad del dispositivo de manipulación	Limitación para cabina de ascensor		Transpaleta manual Toyota LHM300	Transpaleta electrica Toyota LPE220	Carretilla retráctil eléctrica Todavía FM-X 14	carretilla elevadora Toyota 8FBEK16T
CAPACIDAD	Carga máxima utilizable	kg	3000	2200	1400	1600
automasa	Carga máxima utilizable	kg	105	826	3470	3002
Centro de gravedad (vacío)1	Carga de zapata guía, etc.	mm	362	-275	-547	-1027
Posición de las ruedas delanteras.1	Carga de alféizar	mm	950	957	348	-317
ANCHO	Cantidad máxima de palets según la superficie del suelo	mm	520	730	1270	1060
Longitud trasera1		mm	365	714	1252	1880
1) Desde la superficie frontal de la horquilla

Utilizando los dos casos de carga mencionados anteriormente y las propiedades de los dispositivos de manipulación, se realizó un análisis de carga con palet EUR para tamaños de cabina de ascensor con cargas nominales de 2500 y 5000 kg. En el análisis, siempre hubo algo de espacio libre hasta las paredes de los automóviles, por lo que, aunque conservadores, los escenarios analizados no son los peores casos. Los resultados se muestran en la Tabla 5. Las áreas de interés son la carga del alféizar y el centro de gravedad. El requisito de carga del umbral es 60%·g·Q según EN 81-20 5.7.2.3.6 y 80%·g·Q según ASME A17.1 8.2.2.6. Dado que el peso del dispositivo de manipulación formaba parte de la carga nominal, la carga de umbral del 85%·g·Q de EN 81-20 no es aplicable aquí.

Carga del coche Q	kg	2500				5000
Ancho x fondo del coche	mm	1800x2700				2600x3400
Dispositivo de manipulación	Cantidad de paletas	Peso del palet	Carga del alféizar1	Centro de gravedad2		Peso del palet	Carga del alféizar1	Centro de gravedad2
		kg		W	D	kg		W	D
Transpaleta manual	1	2395	69%	25%	23%	3000	43%	15%	18%
	4	598	19%	1%	1%	1223	18%	1%	10%
Transpaleta electrica	1	1674	56%	25% (17%)	13% (16%)	2200	36%	15% (11%)	13% (13%)
	4	418	18%	1%3 (0%)	0% (0%)	1043	18%	4% (0%)	3% (9%)
Carretilla retráctil eléctrica	1					1400	58%	12% (7%)	3% (8%)
carretilla elevadora	1					1600	83%	23% (8%)	2% (9%)
Carga del umbral en relación con la carga nominal del automóvil. Centro de gravedad en relación con el centro del vagón como porcentaje del ancho (W) y la profundidad (D) del vagón. Los valores sin paréntesis incluyen el dispositivo de manipulación, los valores entre paréntesis incluyen únicamente los pallets. Sólo ruedas delanteras en el coche.

El centro de gravedad desplazado del centro del vehículo según EN 81-20 es del 12.5 % en dirección de profundidad y anchura. El desplazamiento según la dirección del ancho según A17.1 Fig. 8.2.2.5.1 es del 25%. Como se mencionó, en la dirección en profundidad no existe una regla explícita en A17.1. Las cargas causadas por el desplazamiento del centro de gravedad influyen, entre otras cosas, en el dimensionamiento de los carriles guía y en la distancia de los soportes.

De este análisis se pueden extraer las siguientes conclusiones:

1. La carga del umbral del 60%·g·Q se puede exceder con dispositivos de manipulación livianos, siempre que la carga nominal del automóvil sea pequeña y los palés cargados individualmente sean pesados. 
2. La carga del umbral del 60%·g·Q también se puede exceder con dispositivos de manipulación pesados, incluso si el peso del dispositivo de manipulación se considera en la carga nominal. 
3. El supuesto del centro de gravedad de EN 81-20 se puede superar con palés pesados ​​individuales con cargas pequeñas y grandes con la mayoría de los dispositivos de manipulación, mientras que la compensación del 25 % según ASME A17.1 parece cubrir bien los escenarios con palets pesados ​​individuales. paletas.
4. Para múltiples paletas más livianas, tanto los requisitos de carga en el umbral como del centro de gravedad cubren los escenarios analizados con un amplio margen.

Análisis y resultados del modelo de elementos finitos

5.1 Descripción del modelo

El análisis del modelo de elementos finitos (FEM) consta de dos modelos diferentes de sistemas de vagones con eslinga en los que la carga aplicada varía entre el caso de carga de umbral del 81% EN 20-60 y el dispositivo de manipulación de carga seleccionado, una transpaleta eléctrica.

Los componentes críticos, que son el foco del análisis de carga, están definidos en los estándares de ascensores y también pueden identificarse como resultado del análisis FEM a nivel de ascensor. El estándar de ascensores ASME A17.1 identifica como componentes críticos desde el punto de vista de carga del ascensor la viga superior de la eslinga, los montantes de la eslinga, la viga inferior de la eslinga, los umbrales, el piso, los rieles guía y los soportes.[4] El análisis FEM ayuda a identificar los componentes que están sometidos a mayor tensión en diferentes casos de carga. Por ejemplo, ASME A17.1 no identifica la fijación superior de la cabina como un componente crítico desde el punto de vista de la carga, pero, dependiendo del diseño de la fijación, sigue siendo un componente sometido a tensión durante la situación de carga. Con plataformas aisladas por resorte, la carga aplicada en el umbral provoca un componente de fuerza horizontal en la fijación superior de la cabina donde el movimiento horizontal está restringido y, por lo tanto, provoca tensión. Por lo tanto, en el análisis se debe considerar la fijación superior de la cabina. Los principales componentes considerados en el análisis se muestran en la Figura 4.

Se modelaron dos modelos FEM para el análisis, uno considerando una carga nominal de 2500 kg y el otro considerando una carga nominal de 5000 kg. Los modelos FEM con las dimensiones de plataforma especificadas se pueden ver en la Figura 5. Se utilizó material de madera contrachapada en el piso como superficie superior. Los demás materiales del conjunto se consideran acero estructural.  

La malla de elementos finitos se puede ver en la Figura 6. Se aplicó un tamaño de elemento de 10 mm. Todos los perfiles de viga y piezas de placa se modelaron con elementos de carcasa. El perfil del antepecho se modeló con elementos macizos. Todos los pernos se modelaron como elementos de viga conectados a sus orificios mediante elementos rígidos y no se aplicó pretensión porque no tiene significado en este estudio. Se utilizaron contactos sin fricción entre los componentes, que están en contacto entre sí mediante una conexión atornillada. En el caso de conexiones soldadas se utilizaron conexiones unidas o topología compartida. Estos se consideraron métodos de modelado suficientemente precisos considerando el alcance del estudio.

Para representar la suspensión 1:1, se agregó a un punto remoto (C) el desplazamiento remoto, donde el desplazamiento se fijó en la dirección Y. El punto remoto se fijó a la viga superior con elementos deformables. La masa de la cabina se aplicó en un punto remoto (B) sujeta a las fijaciones superiores de la cabina y a tres lados del piso mediante elementos rígidos. Para el modelo Q=2500 kg se aplicó una masa de 2000 kg y para el modelo Q=5000 kg la masa aplicada fue de 4000 kg. La carga del umbral se aplicó sobre el perfil del umbral, ya sea en un área que representa las dimensiones de las ruedas del dispositivo de carga (casos de carga de transpaletas eléctricas) o centralmente como una carga lineal (casos de carga EN 81-20). Las cargas y condiciones de contorno se presentan en la Figura 7.

Resultados 5.2

Los resultados utilizados para la comparación entre los diferentes escenarios de carga se presentan en la Figura 8. A partir de los resultados de tensión, se puede ver que la fijación superior de la cabina y el umbral son los componentes más sometidos a tensión durante la carga de un ascensor según este estudio. El uso de vigas de plataforma aisladas por resorte aumenta el momento en la fijación superior de la cabina y, por tanto, se incrementan los niveles de tensión. El alféizar está bajo tensión porque la carga se aplica sobre el alféizar. La estructura del umbral influye en los niveles de tensión de tal manera que la posición de los eventuales refuerzos con respecto a la vía de las ruedas del dispositivo de manipulación de carga influye en los resultados de la tensión. Por lo tanto, el diseño de la estructura del alféizar debe considerar el dispositivo de manejo de carga utilizado. Los resultados del desplazamiento del piso de la cabina incluyen el desplazamiento total y en la dirección Y de la estructura del piso durante la carga. El desplazamiento es la suma de la deflexión de diferentes componentes y la compresión de los resortes de la plataforma de resorte durante la carga. 

Conclusiones 5.3

Para el modelo Q=2500 kg, los valores de tensión entre los casos de carga de transpaleta estándar y eléctrica fueron similares. Los valores de tensión están, en la mayoría de los casos, por debajo del límite elástico del material. Dado que el propósito de este estudio fue simplemente comparar las diferentes situaciones de carga con una estructura de eslinga simplificada, no se consideran los factores de seguridad. El uso de cargas estándar para el diseño de ascensores no llevaría a una solución sustancialmente sobredimensionada incluso si sólo se utilizaran dispositivos ligeros de manipulación de cargas. 

Para el modelo Q=5000 kg las diferencias son más sustanciales. De los componentes observados, la mayor variación en las tensiones se puede observar en la fijación superior del automóvil y en el umbral. Esto es de esperarse, ya que la carga se aplica directamente sobre el antepecho, lo que provoca una gran tensión en la estructura del antepecho. Con plataformas de cabina aisladas, la carga del umbral también provoca un alto momento en la fijación superior de la cabina.  

Cuando se utilizan dispositivos de manejo de carga livianos, la carga más crítica causada es la carga del umbral, incluso si la carga se divide de manera más equitativa entre los ejes en comparación con dispositivos más grandes. Además, el número de ruedas influye en cómo se distribuye la carga. Una carga por eje más pequeña provoca una carga más baja en el umbral, lo que afecta la ingeniería del ascensor. De los casos de carga de umbral estándar, la norma EN 81-20 de carga de umbral del 60 % coincide mejor con las cargas de dispositivos de manipulación de cargas ligeras. Para cargas de alta capacidad, incluso la regla del 25% de ASME A17.1 podría ser aplicable a veces con los dispositivos de manipulación de cargas ligeras. Parece claro que diseñar un elevador de carga de alta capacidad con 85% o 80% de cargas en el umbral podría conducir a un refuerzo innecesario de los diseños del umbral, la cabina y las eslingas en caso de que solo se utilicen dispositivos livianos de manejo de carga. Además, tratar de mantener el desplazamiento de los automóviles a un nivel aceptable con cargas elevadas en los umbrales podría llevar a soluciones complicadas y costosas.

La trayectoria de las ruedas del dispositivo y la posición de la carga en el umbral influyen especialmente en las tensiones sobre el umbral y en la interfaz entre el umbral y el suelo. Dado que existe una gran variedad de diferentes tipos de dispositivos de manipulación de carga, definir una vía de rueda específica puede no ser significativo. En su lugar, se debe comprobar el peor de los casos basándose en el diseño específico del umbral. Si es necesario especificar una vía de rueda para un dispositivo de manipulación de cargas ligeras, debería tener entre 340 mm y 390 mm para adaptarse a los palés utilizados habitualmente.

6. Discusión

Del análisis de carga de palés se puede concluir que, si el ascensor está destinado a cargarse con artículos pesados ​​individuales, los requisitos de la norma EN 81-20 no son necesariamente suficientes. Sin embargo, si las mercancías se cargan en varios palés más ligeros, los requisitos pueden dar lugar a una ingeniería excesiva. Unas estimaciones adecuadas del centro de gravedad pueden dar lugar a una reducción del tamaño del riel guía y a un aumento del espacio entre los soportes.

El análisis FEM indica que, para cabinas de carga de mayor capacidad, utilizar un dispositivo de carga ligero como base para la ingeniería de ascensores podría ser beneficioso, especialmente en relación con la carga del umbral, pero es importante tener en cuenta que las cargas pesadas también se pueden transportar con vehículos ligeros. dispositivos de carga. La optimización de las cargas del umbral podría generar un ahorro acumulativo de material en todo el sistema de ascensores. 

Para garantizar un impacto ambiental mínimo, dimensionar correctamente tanto el centro de gravedad como la carga del umbral es particularmente importante en aplicaciones de gran altura, ya que el consumo excesivo de material de muchos componentes se ve amplificado por la altura de recorrido.

Para no comprometer la seguridad y al mismo tiempo reducir el consumo de material, el peso máximo de las mercancías individuales debe ser una parte esencial de las especificaciones del ascensor y debe indicarse claramente a los usuarios del ascensor junto con la carga máxima por eje, que se correlaciona con la carga del umbral. Finalmente, sería de interés general desarrollar estándares globales de ascensores para tener en cuenta los dispositivos de manipulación livianos y utilizar paletas estándar como base de las reglas de dimensionamiento que ayudarían al cliente a definir sus necesidades de transporte vertical.

7. referencias

[1] R. Roberts, “Control de ascensores de gran altura/alta velocidad”, en Actas de la Conferencia Americana de Control, págs. 3440-3444, Filadelfia, 1998. 

[2] “EN 81-20 Reglas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores - Ascensores para el transporte de personas y mercancías - Parte 20: Ascensores de pasajeros y de pasajeros y mercancías”, Comité Europeo de Normalización, 2020.

[3] W. Musial, P. Beiter, P. Spitsen, J. Nunemaker, V. Gevorgian, A. Cooperman, R. Hammond y M. Shields, “Actualización de datos de tecnología eólica marina de 2019”, Laboratorio Nacional de Energía Renovable. nrel.gov/docs/fy21osti/77411.pdf. 79 p, dorado, CO, 2020.

[4] “Código de seguridad ASME A17.1/CSA B44 para ascensores y escaleras mecánicas”, Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, 2019.

[5] “Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-1: Acciones generales, densidades, peso propio, cargas impuestas para edificios”, Comité Europeo de Normalización, 2002.

[6] “Carretillas industriales - Terminología y clasificación - Parte 1: Tipos de carretillas industriales”, Organización Internacional de Normalización, 2015.

[7] S. Mudiyanselage, P. Nguyen, M. Rajabi y R. Akhavian, “Evaluación automatizada de riesgos ergonómicos de los trabajadores en el manejo manual de materiales utilizando sensores portátiles sEMG y aprendizaje automático”. Electrónica 2021, vol. 10, núm. 2558, pág. 14, 2021. 

[8] M. Hoozemans, A. van der Beek, M. Frings-Dresen, F. van Djik y L. van der Woude, "Empujar y tirar en relación con los trastornos musculoesqueléticos: una revisión de los factores de riesgo". Ergonomía, vol. 41, núm. 6, págs. 757-781, 1998. 

[9] TMH Europe, “Camión de plataforma baja de 2.0 a 2.5 toneladas”, [En línea]. Disponible en: toyota-viljuskari.me/1557402996-bt-levio-lpe-200-220-250_HI.pdf. [Consultado el 22/9/2023].

[10] T. Inc., “¿Cuáles son las dimensiones del tamaño de paleta estándar?” [En línea]. Disponible: tranpak.com/faq/standard-pallet-size-dimensions/. [Consultado el 2/22/2023].

[11] TMH Europe, “Transpaleta manual de 3.0 toneladas”, [en línea]. Disponible: media.toyota-forklifts.eu/published/24114_Original%20document_toyota%20mh.pdf. [Consultado el 09/22/2023].

[12] S. GmbH, “Datos técnicos FM-X Carretilla retráctil con conductor sentado”, [en línea]. Disponible: data.still.de/assets/products/Vehicles/Reach_Trucks/FM-X/pdfs/FM-X_EN_TD.pdf?mod=1603103060&download=1&s=b0298c61ff3f4555ff557e3880df433b. [Consultado el 09/22/2023].

[13] TMH Europe, “Carretilla elevadora eléctrica de 1.5 a 2.0 toneladas”, [En línea]. Disponible en: media.toyota-forklifts.eu/published/21447_Original%20document_toyota%20mh.pdf. [Consultado el 22/09/2023].