Dispositivos de bloqueo de puertas de piso

Introducción

El artículo 5.3.9.3.4 de EN 81-20 dice: “En el caso de puertas de piso accionadas por la puerta de cabina, si la puerta de piso se abre por cualquier motivo cuando la cabina está fuera de la zona de desbloqueo, un dispositivo (ya sea de peso o muelles) asegurará el cierre y bloqueo de la puerta de piso.” El artículo correspondiente indica la intensidad del riesgo que se puede producir cuando se abren las puertas de piso. Aunque existen diferentes diseños e instalaciones de dispositivos de bloqueo de puertas de piso, podemos tomar un camino común, que puede considerarse un enfoque que incluye el método de diseño en términos técnicos y el análisis de beneficios en términos de costo, para analizar las opciones. El propósito aquí es determinar un dispositivo de bloqueo de puerta de piso óptimo con un enfoque holístico.

Métodos disponibles

Los dispositivos de cierre y bloqueo de puertas de piso se pueden modelar como un sistema mecánico completo. Los componentes principales de este sistema son la masa móvil de la puerta de piso y un elemento del sistema que acumula energía. Generalmente, se utiliza un resorte de extensión o un peso fijo para este elemento del sistema. La energía cinética generada por el movimiento de la puerta de piso en la dirección de apertura se mantiene como energía potencial por el elemento acumulador de energía (muelle o peso fijo) del sistema. Esta energía potencial debe ser lo suficientemente grande para vencer la inercia de la masa total en movimiento y para cerrar y trabar la puerta. Para generar suficiente energía potencial, un diseño adecuado para el sistema de acumulación de energía es muy crítico. De lo contrario, las brechas de seguridad serán inevitables.

Muelles 2.1

2.1 .1 Diseño de resorte

Los resortes de extensión almacenan energía con energía externa. En condiciones de funcionamiento en las que no excedan el límite de deformación elástica, los resortes utilizarán la energía almacenada para cerrar los paneles por completo con una pérdida mínima. Debe determinarse la fuerza mínima para cerrar y trabar la puerta del rellano. El método de análisis dinámico se puede utilizar para este cálculo. Para mantener la seguridad y la protección, estas medidas se deben realizar con el espacio libre mínimo de la puerta, que es también la distancia mínima de precarga en el resorte. El diseño del resorte de extensión variará según la condición del componente y las características del resorte. En el diseño del resorte de extensión, se debe determinar el grosor del alambre, el diámetro exterior del resorte, la longitud libre, el material del resorte, el número de espiras activas, el tipo de gancho y el rango de operación de la fuerza externa.

Con estos datos de diseño, podemos alcanzar los valores de fuerza límite, la constante del resorte, la tensión de carga mínima y máxima, la fuerza de precarga requerida y la longitud máxima del resorte. Para fuerzas y propiedades de resorte determinadas, se necesita nuevamente un análisis dinámico en el programa de diseño. Los límites de operación de la puerta de piso, el valor de la fuerza de fricción y las propiedades del resorte se definen en el análisis. Con estas definiciones, los resultados pueden crearse e interpretarse antes de llevar a cabo métodos experimentales a través del gráfico Posición del panel: tiempo, gráfico Velocidad-tiempo del panel y gráfico Fuerza de resorte-Tiempo.

Los resortes de extensión que se diseñan y analizan teóricamente se prueban experimentalmente con un prototipo. Durante la determinación de la constante de resorte experimental (k), la cantidad de elongación a una cierta fuerza se examina a través del sistema de prueba de resorte de peso libre. 

La fuerza aplicada sobre el resorte (F) se representa como una función del cambio en la longitud del resorte (x). Se dibuja una línea lineal que se ajusta a los puntos de datos y la ecuación de esta línea se muestra en el gráfico. La curva en el gráfico de cantidad de fuerza-extensión da el valor de la constante de resorte “experimental” (k=k').

Para un uso óptimo del resorte donde la energía potencial de flexibilidad del resorte supera la fuerza de fricción en la puerta del piso y los pesos del panel, se deben considerar los aspectos mencionados a continuación:

• La longitud del resorte no debe exceder el límite de deformación elástica
• Se debe realizar la carga previa requerida
• La fuerza de fricción debe determinarse
• Los resultados del diseño para el resorte que se utilizará deben determinarse
• La energía potencial de flexibilidad del resorte debe calcularse
• Deben determinarse las posiciones de instalación adecuadas.
• La fórmula de energía potencial de flexibilidad es: E=1/2 k.x²
• La constante del resorte (k), debe determinarse en función de las características del resorte.
• La cantidad de elongación (x) indica la energía acumulada en el resorte en caso de una holgura donde se liberan el resorte precargado y el panel.
• Fuerza de fricción de los paneles F_S=k_S .m .g
• Coeficiente de fricción (k_S ), mediciones de variación de fuerza realizadas experimentalmente mediante análisis dinámico,
• Peso del panel (m).
• Aceleración gravitatoria (g)

Con estos cálculos, la selección adecuada del resorte de extensión se determinará experimental y teóricamente.

2.1 .2 Ventajas y desventajas de los resortes

Si bien usar un resorte para un dispositivo de cierre de puerta de piso es más económico que usar un peso fijo, es arriesgado en términos de la dinámica del mecanismo de la puerta porque la fuerza del resorte también varía según el cambio de posición de la puerta en la dirección de apertura.

La energía potencial acumulada del muelle cuando la cabina se encuentra fuera de la zona de desbloqueo crea la fuerza mínima necesaria para cerrar y bloquear la puerta de piso, tal y como establece el artículo 5.3.9.3.4 de la EN 81-20. Cuando la puerta está completamente abierta, la energía potencial acumulada en el resorte produce mucha más energía que la cantidad necesaria para cumplir con los requisitos de la norma. La energía potencial, que varía en la dirección de apertura de la puerta, afecta la dinámica del operador de la puerta de la cabina. Mientras que la fuerza del resorte sobre el operador de puerta de cabina en la dirección opuesta aumenta durante el movimiento de apertura de la puerta, el operador es forzado innecesariamente. Durante el movimiento de cierre de la puerta, una fuerza de resorte decreciente, que acelera la puerta innecesariamente y dificulta el control del operador de la puerta de la cabina.

En el Gráfico 2, se dan los resultados experimentales obtenidos en estudios de I+D anteriores y se demuestran en números los impactos dinámicos del uso de resortes y pesos fijos.[1] De acuerdo con estos datos, la fuerza producida por el operador de la puerta usando un resorte es un 24% mayor que la fuerza producida por el operador de la puerta usando un peso fijo.

2.2 Peso fijo

2.2.1 Diseño de peso fijo

El peso fijo, que se desplaza paralelamente al movimiento de la puerta de piso en la dirección de apertura, actúa contra la fuerza de la gravedad. Cuando se suelta, el peso expuesto a la fuerza gravitacional intenta cerrar los paneles de las puertas de piso. Dado que la fuerza creada por el peso fijo en la dirección de cierre es la misma en todas las posiciones de la puerta, determinar la cantidad de peso fijo es el único parámetro crítico para el diseño. Para determinar este parámetro es suficiente encontrar el valor de la fuerza de rozamiento que impide el movimiento de la masa total. El peso calculado dividiendo esta fuerza por la aceleración gravitacional da el valor mínimo requerido para el peso fijo.

2.2.2 Ventajas y desventajas del peso fijo

El uso de peso fijo para el dispositivo de cierre de las puertas de piso es la práctica más ventajosa en términos de dinámica del sistema. En lugar de fuerzas variables que tienen un impacto sobre el operador del automóvil cuando se usa el resorte, aquí tenemos una fuerza fija independiente de la posición de la puerta en la dirección de apertura o cierre. Además, es más costoso debido a la forma en que se integra el peso fijo al mecanismo de la puerta. El resorte se integra conectando mecánicamente un extremo del resorte a un punto fijo del mecanismo, y el otro extremo a una parte móvil del mecanismo, mientras que los arreglos mecánicos simples no serán suficientes para integrar un peso fijo. El peso fijo que se mueve simultáneamente con el movimiento de la puerta debe guiarse dentro de la construcción de la puerta. Dado que se necesitan componentes adicionales, el costo aumentará directamente.

2. Conclusión

Ambos métodos, utilizados para cumplir con los requisitos de la norma, pueden implementarse de manera diferente en cada sistema de puerta y pueden tener implicaciones diferentes. Por lo tanto, no hay elección correcta absoluta. Los impactos de las opciones deben examinarse tanto técnica como financieramente. La relación costo-beneficio de los métodos aplicados es el indicador más básico que determinará la precisión de las elecciones. Por lo tanto, los dispositivos utilizados para cerrar las puertas de piso pueden ser optimizados por ingeniería a la luz de este indicador.