Cuerdas pequeñas: aspectos para su uso en aplicaciones de ascensores

Esta investigación examina los efectos y el uso de cuerdas de suspensión de diámetro pequeño.

Este trabajo fue presentado en Lucerne 2010, el Congreso Internacional sobre Tecnologías de Transporte Vertical y publicado por primera vez en el libro Elevator Technology 18 de la IAEE, editado por A. Lustig. Es una reimpresión con permiso de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores. (sitio web: www.elevcon.com). Este artículo es una reimpresión exacta y no ha sido editado por ELEVATOR WORLD.

Resumen

El uso de cuerdas de suspensión de menos de 8 mm de diámetro se incrementará en numerosas instalaciones de ascensores. Las series de productos de ascensores ya se han desarrollado durante varios años. Los cables de diseño especial para estas aplicaciones, en comparación con los componentes de elevación convencionales incluidos en la norma, requieren un mayor esfuerzo en la aprobación del diseño y la aceptación de la elevación real. Los certificados de prueba emitidos por Organismos Notificados se utilizan para apoyar a los productores, certificando la idoneidad de los cables de diseño especial para su uso como cables de suspensión de elevadores. Un resumen muestra la disponibilidad de certificados que cubren todas las aplicaciones también fuera del número mínimo de viajes depositados en EN81-1. El hecho de la evaluación por parte de un experto independiente para estos cables permite tanto ir por debajo de D / d = 40 como también por debajo del diámetro mínimo de 8 mm para los cables especificados en la norma. Es absolutamente necesario aclarar las expectativas de los usuarios y la vida útil de los cables en la aplicación práctica, mejor antes de la fase de planificación y contratación. El material de las poleas deflectoras se analiza muy a menudo en caso de detección fiable del descarte del cable. Se presentará la influencia de las poleas de plástico en la vida útil y el descarte.

1.Introduction

La presión sobre los costos y un entorno competitivo más duro han llevado a soluciones técnicas que están determinadas únicamente por parámetros de optimización de costos. Sin embargo, en medio de todas estas discusiones sobre la limitación de costos, nunca debemos ignorar los requisitos de seguridad y confiabilidad, especialmente con los elevadores de poleas de tracción que son de interés público y están relacionados con la seguridad.

El cable de acero del elemento de la máquina es el elemento central en cualquier sistema de ascensor, lo que afecta las características de rendimiento y los costos del sistema. Los cables más delgados, con la misma relación de diámetro de la polea de tracción al cable de acero D / d, conducen a poleas más pequeñas y unidades de transmisión más pequeñas con pares de salida más bajos (que determinan el costo). Sin embargo, los diámetros más pequeños de las poleas también permiten un espacio de instalación más pequeño y, en consecuencia, un espacio para la cabeza reducido. Son posibles áreas de piso de cabina más grandes. Pero, ¿qué pasa con los requisitos relacionados con la seguridad, cuando el cable de acero está en funcionamiento, que son: la vida útil y el punto de desecho del cable de acero? A medida que pasan sobre las poleas, los cables de acero están expuestos a una variedad de tensiones, como tensiones de tracción primarias y secundarias, tensiones de flexión, tensiones de presión y de torsión, así como desgaste debido a los movimientos relativos entre el cable y la polea y dentro de la propios cables. Es precisamente debido a este tipo de desgaste que la vida útil de los cables de acero no se puede calcular directamente incluso si se conoce adecuadamente las tensiones de los cables; en cambio, esa vida útil debe determinarse mediante pruebas de flexión por fatiga. Los equipos de prueba de fatiga por flexión desplegados para este propósito, los procedimientos de prueba y la evaluación estadística se detallan en Feyrer2002. Cabe señalar aquí que, además de la longitud de flexión, la resistencia nominal del alambre y el diámetro del cable, la relación entre el diámetro de la polea y el cable, así como la fuerza de tracción del cable, tienen un efecto significativo en la vida útil del cable. Por lo tanto, estos parámetros juegan un papel clave en la “ecuación de vida útil del cable de Feyrer” con la que se pueden describir los resultados de las pruebas de flexión por fatiga, es decir, el número determinado de ciclos de flexión hasta el punto de descarte. En Feyrer2002 se prueban y evalúan construcciones de cuerda estandarizadas y / o desplegadas con frecuencia. Además, Feyrer2002 incluye la presentación de un método mediante el cual se puede tener en cuenta la desviación de los resultados de las pruebas.

Sin embargo, en el caso de una construcción de cable especial como, por ejemplo, el Pfeifer DRAKO STX 4, los resultados de las pruebas existentes no deben aceptarse con demasiada facilidad. Por el contrario, los principios básicos correspondientes para la ecuación de la vida útil deben volver a crearse, esto mediante pruebas de flexión por fatiga ajustadas con parámetros de prueba realistas como la relación de diámetro D / dy la forma de la ranura, etc.

En una primera etapa, no se respetó el umbral de diámetro de d ≥8 mm. Se mantuvieron las relaciones de diámetro entre la polea y el cable con D/d=40. En una primera etapa, los cables de 4 mm y 5 mm obtuvieron el certificado de prueba de tipo de producto G461 de TÜV Süd, Alemania. Esta certificación se aplica a sistemas de ascensores que utilizan poleas de tracción con ranuras en V de g =40° a g =50° y poleas guía con ranuras redondas con una relación de diámetro D/d=40. Sin embargo, en un desarrollo posterior, y por las razones mencionadas anteriormente de costo, requerimiento de espacio y área útil del piso de la cabina, las relaciones de diámetro de las poleas se redujeron a D/d=30. Estas pequeñas relaciones D/d finalmente se incluyeron en el certificado de examen de tipo G461/1. En cuanto a la cuerda Warrington 8x19 IWRC de 250 T, también fue posible reducir al menos los umbrales D/d definidos en EN81-1 a d=6 mm y d=6.5 mm para las poleas de deflexión, obviamente después de haber realizado extensas pruebas de vida útil, a D/d=25 (G491 y G491/1). Todos los certificados de prueba de tipo de producto mencionados anteriormente para cuerdas pequeñas

También tienen en común que el factor de seguridad Sf según EN81-1, Anexo N se calcula en función del número de poleas en la zona del cable que está sometida a la mayor carga, la forma de la ranura, etc. Un desarrollo da lugar a las próximas y nuevas demandas y deseos se despiertan. En el certificado de tipo de prueba de producto G515, estos umbrales de factor de seguridad se superan pero sin descuidar las exigencias de seguridad impuestas a los medios de soporte. Solo como recordatorio, algunas frases sobre el cálculo de la vida útil de los cables de acero con los pasos de las pruebas de fatiga, cálculos estadísticos y proceso de acumulación.

2. Pruebas de por vida

La prueba comienza con pruebas de fatiga por flexión, durante las cuales se varían los parámetros de prueba, la relación de diámetro de la polea al cable D / d, la fuerza de tracción del cable y la ranura. La Figura 1 muestra los equipos de prueba de fatiga por flexión en el Centro de Competencia Técnica Pfeifer DRAKO en Mülheim ad Ruhr, Alemania. Estos equipos de ensayo de fatiga por flexión son prácticamente idénticos a las máquinas descritas en Feyrer2002, por lo que prescindiremos aquí de una descripción detallada y remitiremos al lector a la literatura.

Todo lo que debe tenerse en cuenta aquí es que, durante las pruebas de flexión por fatiga, se contaron las roturas de alambre en las zonas de flexión para longitudes de referencia de l = 6x diámetro nominal del cable dyl = 30x diámetro nominal del cable dy que se midió el diámetro del cable. . Los criterios de descarte para los cables de acero STX 4 a aplicar son roturas de cable para las longitudes de referencia l = 30xd yl = 6xd y una disminución del diámetro del 6% (que se intensifica en comparación con DIN 15020 con su 10% frente al diámetro nominal del cable) .

Los parámetros de prueba para las pruebas de flexión por fatiga se establecen de tal manera que la duración de la prueba se puede mantener dentro de límites razonables y que el contenido de información en términos de aplicaciones de ascensores posteriores no se sumerge.

Para las pruebas con ranuras en V o ranuras redondas con socavación, elegimos factores de seguridad de Sf, min = 10. Estos factores de seguridad más pequeños no ocurren realmente en la aplicación posterior, es decir, los resultados de las pruebas de flexión por fatiga deben extrapolarse hasta cierto punto. Lo mismo ocurre con las pruebas con las ranuras redondas que se llevaron a cabo con los factores de seguridad relativamente bajos.

Sf <8. Una comparación con el número de ciclos de flexión determinado por Feyrer2002 - para construcciones de cable similares, con los factores de seguridad del cable probados y con las relaciones D / d - muestra que los cables DRAKO logran un número cuatro veces mayor de ciclos de flexión hasta el punto de descarte. Sin embargo, para mantenerse en el lado seguro, se utilizan factores de aumento más pequeños para el cálculo adicional del número de viajes esperados hasta el punto de descarte.

3. Distribución de probabilidad y desviación

Otros detalles importantes, a veces ocultos bajo los requisitos básicos, incluyen la tensión uniforme de la cuerda entre las cuerdas dispuestas en paralelo y la desviación de las propiedades de la cuerda dentro de un lote determinado durante un período de observación más prolongado. Además, los fabricantes de cuerdas también deben poder responder preguntas como qué influencia tiene el despliegue de poleas guía de plástico en la vida útil de la cuerda y, sobre todo, en el establecimiento del punto de descarte. Analicemos la desviación a modo de ejemplo. De un lote de producción de cuerda STX 4 (Seale 6x17 WSC d=4 mm) de aproximadamente 8,000 m, tomamos muestras de cuerda en cinco puntos diferentes y las sometimos a pruebas de flexión por fatiga. Todas las pruebas se realizaron en el mismo banco de pruebas de fatiga utilizando parámetros de prueba constantes. El número de ciclos de flexión hasta el punto de descarte así determinado se registró en un gráfico de probabilidad (Figura 2). Se puede afirmar que el número de ciclos de flexión hasta el punto de descarte se puede describir excepcionalmente bien sobre la base de una distribución normal logarítmica. La desviación estándar, caracterizada por la pronunciada pendiente de la línea de regresión, es relativamente pequeña (lgs=0.038) y se sitúa en el límite inferior de la desviación reportada por Feyrer2002 para diversas pruebas realizadas con el mismo lote. El valor medio es incluso más de 2.5 veces superior a los resultados publicados en la literatura. Cabe destacar que la desviación para diferentes lotes de producción se encuentra dentro del mismo rango.

4. Proceso de acumulación

Para calcular el número de viajes, se tomó el número de ciclos de flexión hasta el punto de descarte de los cables de acero en la ranura redonda y las ranuras de forma, esto asumiendo que la sección de cable con mayor esfuerzo pasa sobre la polea de tracción con forma ranura y sobre dos roldanas de guía con ranura redonda con doblez simple, Figura 3.

De acuerdo con la regla Palmgren-Miner, el número de viajes que se esperan es entonces

5. Certificado de examen de tipo G515

Las definiciones establecidas en EN 81-1, Anexo N dan como resultado un accionamiento por cable cuya vida útil es limitada y en muchos casos, por ejemplo en el sector de altura media y alta, se considera baja. Debe tenerse en cuenta aquí que la intención de este método de cálculo es principalmente satisfacer los objetivos de seguridad.

Sin embargo, el mundo de los ascensores y ascensores está muy diversificado. En completo contraste con las instalaciones muy frecuentadas comentadas anteriormente, en el campo de los ascensores residenciales o cuando se trata de instalaciones poco frecuentadas, se dice que la definición proporcionada por EN 81-1, Anexo N, es demasiado “lujosa”. Cuando se trata de este tipo de elevación, la solución obvia es diseñar el accionamiento por cable de tal manera que la relación D / d y los factores de seguridad se reduzcan para ahorrar costes relacionados con la tracción y también permitir la optimización del espacio de instalación. Sin embargo, como era de esperar, las relaciones D / d más pequeñas y los factores de seguridad del cable reducen la vida útil del cable.

Para el cable de acero DRAKO tipo 250T d = 6 mm, d = 6.5 mm yd = 8 mm, el número de viajes a descartar se calcula para prácticamente cualquier relación opcional de diámetro de polea a cable, factores de seguridad independientes de la EN 81 -1 cálculo y ranuras de polea de diferentes formas. Esto se aplica aquí para un caso en el que la sección de cable expuesta a los niveles más altos de tensión pasa sobre la polea de tracción y dos poleas deflectoras. Se analizan ambos diámetros idénticos en las poleas de tracción y desviación DPolea de tracción = D Polea de desviación y diámetros diferentes D Polea de tracción D Polea de desviación.

Para las poleas de tracción, se utilizan ranuras en V de g = 35 ° ag = 60 ° y ranuras en U con ángulos rebajados b = 75 ° ab = 105 °. Se aplican factores de reducción de acuerdo con EN 81-1, Anexo N. Los factores de reducción no enumerados se determinan por extrapolación.

EN 81-1 se basa en un número mínimo de viajes hasta la edad de descarte, que en algunos casos no se puede lograr con las relaciones de diámetro de polea a cable anteriores. El objetivo ahora es demostrar el número de viajes que se pueden esperar hasta la edad de descarte con las pequeñas relaciones D / d para diferentes factores de seguridad del cable Sf, ranuras de diferentes formas y diferentes combinaciones de poleas.

Como los parámetros con los que nos ocupamos aquí no son convencionales en el sector de la construcción de ascensores, el cálculo se inclina por el lado de la seguridad, por ejemplo, al tener en cuenta los aumentos en la fuerza del cable debido a la tensión desigual del cable, la fricción, la aceleración, etc. El mayor rendimiento de flexión por fatiga en las cuerdas DRAKO en comparación con la población total según Feyrer se toma "con cautela" en consideración.

El cable de acero DRAKO 250T está destinado a ascensores tanto dentro como fuera de los requisitos establecidos en EN 81-1.

El factor de seguridad Sf y / o la relación entre la polea de tracción y el diámetro de la polea deflectora D / d pueden desviarse de los requisitos de EN 81-1. Si el factor de seguridad Sf se encuentra dentro de los requisitos de EN 81-1, Anexo N, el ascensor en cuestión cumple con la norma. No se necesitan medidas adicionales para el funcionamiento. Si el factor de seguridad Sf se encuentra fuera de los requisitos de EN 81-1, Anexo N, el ascensor en cuestión es uno con un “número reducido de viajes”. Se requieren medidas adicionales para el funcionamiento, como un contador de viajes fiable.

Cuando la sección de cable expuesta al nivel más alto de tensión se desplaza sobre la polea de tracción y dos poleas deflectoras (con la longitud de flexión determinada en el lado seguro correspondiente a dos distancias entre pisos), el número anticipado de viajes se puede estimar para diferentes relaciones de diámetro. D / dy factores de seguridad- Sf de acuerdo con los gráficos disponibles, en los que se consideró “D / d monovarietal” y diferentes relaciones D / d para la polea de tracción y deflectora. Los valores intermedios se pueden interpolar utilizando un método proporcionado. Finalmente, el rango de validez del certificado de prueba de tipo G515 se resume en la Tabla 1.

6. Poleas de desvío de plástico

El certificado de prueba de tipo de producto G515 es válido para poleas desviadoras de acero o poleas de fundición y plástico. Las ventajas de las poleas desviadoras de plástico se encuentran en el bajo peso y el montaje. Además, la vida útil es mayor cuando los cables de acero pasan por poleas de plástico que cuando pasan por una polea de acero del mismo diámetro. Sin embargo, la detección del estado de desgaste de sustitución puede resultar más difícil cuando se utilizan poleas de plástico debido a roturas de cables visibles desde el exterior en longitudes de referencia. Con todo, no hay duda sobre una detección fiable de un estado de desgaste de sustitución, ya que el paso de la polea de tracción con ranuras formadas da como resultado que el cable se someta a roturas de hilo visibles desde el exterior. Un aspecto interesante a pesar de esto es la influencia que tienen las poleas desviadoras de plástico sobre las poleas que se enrollan en el elevador accionado por fricción. Para ello se han realizado ensayos de flexión por fatiga, durante los cuales la zona sometida a mayor carga pasa siempre por encima de la polea desviadora y la polea de fricción. Se han realizado ensayos comparativos con poleas desviadoras de acero y de plástico, combinando cada una de ellas con la polea de fricción de acero. La polea desviadora se probó adicionalmente con una relación entre el diámetro de la polea y el cable de D_U/d_{nombre y apellidos}= 40 y D_U/d_{nombre y apellidos}= 25. Un resultado de las pruebas de flexión por fatiga fue que el desarrollo de rotura del cable se ralentiza ligeramente cuando se utilizan poleas de desvío de plástico, en comparación con las poleas de desvío de acero. La combinación de polea de fricción de acero / polea deflectora de acero, el estado de desgaste de reemplazo se alcanzó antes que en el caso de la combinación de polea de fricción de acero / polea de plástico. Las pruebas continuaron después de que se alcanzó el estado de reemplazo de desgaste y luego se abortó en un ciclo de flexión de N = 2 millones. El período entre la consecución del estado de desgaste de sustitución y la interrupción de las pruebas dio lugar a que se consiguieran varios ciclos de plegado que corresponden a un mínimo de 3 años de elevación para un sistema muy frecuentado. Las cuerdas no se habían roto en ese momento. Las cuerdas de prueba que se utilizaron para la prueba de tracción posterior con el fin de determinar la fuerza de rotura residual se fundieron por ambos lados. Durante las pruebas de tracción, la zona de flexión estaba en el centro de la longitud de prueba libre. Las fuerzas de flexión reales calculadas de los cables usados ​​todavía se acercan a alcanzar la fuerza de flexión mínima cuando el cable está en una nueva condición.

7. Conclusión

El uso de cuerdas delgadas en ascensores accionados por fricción normalmente significa eludir los requisitos de EN81-1. Sin embargo, esto no puede sacrificar la seguridad de los usuarios. Amplias medidas adicionales proporcionarán prueba de la equivalencia de la nueva solución con los requisitos de las normas, además de que se documentará un organismo notificado en los certificados de prueba de tipo de producto. También son posibles accionamientos de coste optimizado para elevadores de polea de fricción con poca o moderada frecuencia. Una reducción de costes en el lado de la transmisión siempre va de la mano de una reducción de la relación de polea a cable D / d. Esta reducción está restringida por los requisitos de EN 81-1. El certificado de ensayo de tipo de producto G515 de Pfeifer DRAKO y las medidas adicionales que en él se formulan se apoyan en tiempos de seguridad, abriendo el camino para sistemas con prácticamente cualquier forma de polea de fricción, relaciones de diámetro de D / d ≥ 25 y factores de seguridad del cable. que se desvían de los métodos de cálculo de la norma EN 81-1, anexo N. La elección de poleas desviadoras de acero o de plástico por la presente no tiene ningún efecto sobre la detección del estado de desgaste de sustitución de los cables de acero en cuestión.

Referencias
Feyrer, K. (2002). Drahtseile. Springer Verlag Berlín 2002