Diseño de armadura de escalera mecánica

Se explica y demuestra el análisis numérico de los subsistemas y las cargas de pasajeros contra el armazón de la escalera mecánica de acuerdo con EN 115.

Las cerchas de escaleras mecánicas se fabrican para la instalación de subsistemas, como el motor, la caja de cambios y el panel de control. Cada deflexión de truss no estándar puede afectar a otros dispositivos y disminuir la vida útil de las piezas y la seguridad. La deflexión no estándar puede afectar el sistema de seguimiento y causar un funcionamiento irregular e inconveniente. En este artículo se calculará la deflexión y tensión en el truss de acuerdo con la norma EN 115, suponiendo cargas de subsistema y pasajeros.

Introducción

Una gran cantidad de elementos mecánicos y eléctricos están instalados en escaleras mecánicas, lo que las convierte en dispositivos electromecánicos complicados. Sus motores y cajas de engranajes son las partes principales que producen energía para mover sus piñones en los ejes principales: esta rotación hará que las cadenas y los escalones operen en las orugas. Los paneles de control y otros dispositivos de seguridad controlan el funcionamiento seguro.

Un componente importante de todo sistema mecánico es la estructura. En diseños complicados (como aviones o naves espaciales), la estructura es muy importante. La cercha de la escalera mecánica, como estructura principal, debe diseñarse de acuerdo con los criterios especificados por las normas.

Nathan Ames, un solicitante de patentes de Saugus, Massachusetts, tiene el mérito de patentar la primera "escalera mecánica" en 1859. Señaló que los escalones podrían tapizarse o estar hechos de madera y sugirió que las unidades podrían beneficiar a los enfermos dentro de un hogar. En 1889, Leamon Souder patentó con éxito la "escalera", un dispositivo tipo escalera mecánica que presentaba una "serie de escalones y enlaces unidos". En 1892, Jesse W. Reno patentó el "elevador o transportador sin fin", al que llamó "elevador inclinado".^{[ 1 ]} En 2004, Osman Altuğ Akyol describió el análisis de resistencia del marco de la escalera mecánica utilizando el método de elementos finitos y el cálculo del sistema de transmisión.^{[ 2 ]}. En 2016, K. Bhaskar y B. Subbarayudu estudiaron el material de celosía y el análisis estático.^{[ 3 ]}

Especificaciones técnicas de la escalera mecánica

En este estudio, una escalera mecánica típica y sus especificaciones técnicas se han considerado como los principales parámetros para el diseño y análisis de truss (Tabla 1). Los parámetros se definen como:

• Altura: distancia vertical entre el piso superior e inferior por el que se fabrica el truss
• Ángulo (de inclinación): ángulo máximo entre el paso y la línea horizontal. El truss se fabrica de acuerdo con esta área inclinada.
• Ancho del escalón: ancho de los escalones móviles, sobre los cuales la carga de pasajeros se ejerce sobre él y se transfiere al truss.
• Ancho del truss: ancho del truss fabricado, depende del ancho del escalón
• Longitud de la cercha: longitud de la cercha fabricada, dependiendo del ángulo y la altura.

De acuerdo con EN 115, el truss debe cumplir con la fórmula de deflexión. El truss soporta dos tipos de carga. La primera es la carga que ejercen los subsistemas, como el motor y el pasamanos. El segundo es la carga distribuida que ejercen los pasajeros. Las cargas de los subsistemas se enumeran en la Tabla 2 (cargas concentradas y distribuidas).

La carga distribuida por pasajeros, de acuerdo con las directrices EN 115 para carga distribuida es:^{[ 5 ]}

El área de carga se calcula como:

donde Ws es el ancho del escalón y L es la longitud del truss. De acuerdo con la Tabla 2, cada fuerza con un número de fila específico se mostrará en los diagramas (Figuras 1 y 2).

Modelo de elementos finitos

Después del modelado de truss, los elementos de viga y carcasa se asignan en ABAQUS / 6.10. Los elementos de la viga se consideran acero en ángulo y los elementos de la cubierta se consideran placas de sofito. Se supone que el espesor de la placa de sofito es de 3 mm. Los nodos y elementos se muestran en la Figura 3.

Limitaciones

Cada truss de escalera mecánica debe tener un mínimo de dos soportes definidos para soportar cargas. En este estudio típico, otro soporte en el medio está diseñado como soporte intermedio. La cercha no tiene desplazamiento en el área de apoyos en la dirección z.

Análisis de desplazamiento y tensión

Después del mallado y análisis de acuerdo con el contorno de desplazamiento, la deflexión máxima es de 8.47 mm.

El análisis de tensión y los resultados se dividen en las áreas de las placas de sofito y el acero angular. La tensión máxima del contorno de tensión se produjo en el ángulo de acero, que es 102.08 MPa.

Resultado

Desplazamiento de estructura

De acuerdo con EN 115, el desplazamiento de la estructura debe ser:

donde ω es la deflexión máxima y L es la longitud del truss. Por lo tanto:

ω = 8.47

8.47 <18.89

Esto satisface la compatibilidad.

Como el metal utilizado para la estructura es ST37, el factor de seguridad en el análisis de tensión se calcula como:

Esto satisface la compatibilidad.

Conclusión

Con un soporte intermedio, se satisface el requisito técnico estándar. Se definen los puntos críticos en la armadura y se refuerza mejor. Este método se puede aplicar a cualquier otra pregunta sobre si se necesita apoyo adicional. En estudios futuros, este método se puede desarrollar en un software fácil de usar y aplicar para acortar el truss, extender el truss y diseñar un truss reforzado enorme sin soporte intermedio en proyectos especializados.

Referencias
[1] George R. Strakosch y Robert S. Caporale. Manual de transporte vertical, cuarta edición. John Wiley e hijos (2010).
[2] Osman Altuğ Akyol. Análisis de resistencia del marco de la escalera mecánica mediante el método de elementos finitos y cálculo del sistema de transmisión. Escuela de Graduados en Ciencias Naturales y Aplicadas (septiembre de 2004).
[3] K. Bhaskar y B. Subbarayudu. “Diseño y análisis de marcos de escaleras mecánicas”, Revista Internacional de Tecnologías Científicas Avanzadas en Ciencias de la Ingeniería y la Gestión, Volumen 2, Número 9 (septiembre de 2016).
[4] “Informe técnico” de Canny Group Co., Ltd. (2007).
[5] Comité Europeo de Normalización. EN 115-1: 2008: “Seguridad de escaleras mecánicas y pasillos móviles - Parte 1: Construcción e instalación” (2008).