Cable de acero

Reflexiones sobre la norma ASME A17.6 para sistemas de suspensión de ascensores y los requisitos correspondientes A17.1 / B44

por Louis Bialy, Miles P. Lamb y Martin Rhiner

El cable de acero (SWR) se ha utilizado durante muchos años como un elemento importante en la industria de los ascensores. De hecho, la SWR se ha aplicado para la suspensión de ascensores, así como en los sistemas de compensación y como una parte importante de los sistemas de regulación de velocidad. Ha surgido una amplia gama de cables de acero y se están utilizando muchas configuraciones diferentes. Algunas de las variedades más comunes de SWR incluyen la construcción normal izquierda y derecha y la construcción Lang lay, utilizando arreglos preformados y no preformados. Los cables de acero se pueden construir con muchos tipos diferentes de material de alambre, desde hierro hasta acero de alta resistencia, incluidas variaciones con propiedades resistentes a la corrosión. Las construcciones de hebras como Warrington, Seale y relleno son de uso común, y también son evidentes varios materiales centrales como fibra natural y sintética, así como cables de alambre independientes. Los cables de acero con dimensiones imperiales nominales, así como variedades métricas, también se implementan en América del Norte y otras partes del mundo.

Alrededor de 2000, se reconoció que, a pesar del uso de cables de acero durante muchos años, había relativamente poca especificidad en el código ASME A17.1 / CSA B44 relacionado con los cables de acero. Además, comenzaron a surgir nuevas tecnologías de medios de suspensión, como cables de fibra de aramida (AFR) y elementos de suspensión de acero recubierto de elastómero no circular, generalmente denominados “cinturones de acero recubiertos” (CSB). Se hizo evidente una norma que podría utilizarse para garantizar que la aplicación segura de estas tecnologías sería útil. En apoyo de esto, el Comité de Estándares A17 se embarcó en un estándar integral destinado a cubrir los principales medios de suspensión en el uso actual y prever la inclusión de nuevas tecnologías. El estándar A17.6 que surgió como resultado de este esfuerzo incluía requisitos de resistencia y materiales, así como criterios para la aplicación, prueba, inspección, reemplazo, identificación y pedido de SWR, AFR y CSB.

Los cambios de código A17.1 / B44 correspondientes también se desarrollaron para adaptarse al estándar de medios de suspensión A17.6. Se desarrollaron criterios completos de prueba, inspección y reemplazo para todos los medios de suspensión. También se desarrollaron los requisitos para los medios de compensación y los cables reguladores, lo que dio como resultado un conjunto de disposiciones de última generación que se puso a disposición de la industria de los ascensores.

Desarrollo del estándar

Al desarrollar la norma, se estudiaron en profundidad los cables de acero que se utilizan actualmente en América del Norte y otras partes del mundo. Se aprovechó la base de conocimientos de usuarios con una dilatada experiencia y en numerosas ocasiones se solicitó el asesoramiento de la Junta Técnica de Cables de Acero (un grupo compuesto por expertos de los fabricantes de cables de acero). La base de experiencia de los usuarios en Europa y en otros lugares que se habían permitido los cables de acero del regulador de 6 mm durante muchos años también se aprovechó para desarrollar propuestas para A17.6.

Al desarrollar los requisitos para AFR y CSB, así como para ROE de diámetro pequeño (4-8 mm), se estudiaron extensos resultados de pruebas y se evaluó el rendimiento, la confiabilidad y la durabilidad de estos elementos. También se realizaron visitas a los principales laboratorios, instalaciones de prueba y fábricas que respaldaron el desarrollo, prueba y producción de AFR y CSB para preparar la norma A17.6. El borrador de la norma y los correspondientes cambios en el código A17.1 / B44 pasaron por el riguroso proceso de aprobación requerido por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) y el Instituto Nacional Estadounidense de Normas, incluido el proceso de revisión pública. Finalmente, se publicaron A17.6-2010 y los requisitos A17.1 / B44 correspondientes.

Alrededor de 2000, se reconoció que, a pesar del uso de cables de acero durante muchos años, había relativamente poca especificidad en el código ASME A17.1 / CSA B44 relacionado con los cables de acero.

A17.6 Parte 1: SWR de carbono trenzado

Esta parte de la norma cubre SWR de 4 a 38 mm para suspensión y compensación. Describe configuraciones de núcleo de fibra y acero preformadas, no preformadas y muchas construcciones y materiales diferentes. También se proporcionan criterios detallados de inspección y reemplazo. Esta parte también cubre diseños de cuerdas de seis, ocho y nueve hebras. También se tratan los tamaños de ROE ≥ 6 mm para cables del regulador. Están documentadas las normas pertinentes de ASME, ASTM International y la Organización Internacional de Normalización (ISO) relacionadas con los cables de acero y sus componentes. Los elementos básicos de una ROE típica se definen e ilustran en la Figura 1.

Se elabora información básica relacionada con la función y el posicionamiento de los alambres, incluida la estratificación de los alambres y el acabado y la calidad del revestimiento de los alambres. Se definen los "grados" de resistencia a la tracción o el "nivel" del alambre para los alambres en varios grados de SWR.

La norma describe la construcción de torones como se ilustra en las Figuras 2-5. Estos pueden ser “redondos” o “redondos compactados” y de diferente “longitud de tendido de hebra” y dirección de tendido. La construcción de tendido paralelo comprende al menos dos capas de alambres, colocados en la misma dirección, con todas las capas de alambre con longitudes de tendido iguales. Los alambres de capas superpuestas están dispuestos paralelos entre sí para un contacto lineal entre alambres. Las construcciones más comunes de hebras son Seale, Warrington y filler.

La Parte 1 de la norma también describe los materiales de núcleo de SWR más comunes en uso. Se trata de núcleos de fibras naturales como cáñamo o sisal, núcleos de cables de acero independientes y núcleos de polímeros sólidos (Figura 6).

La parte 1 de A17.6 describe la construcción y propiedades de los cables de acero en detalle. Los tipos de ROE de uso común son de una o varias capas con cordones “redondos” y “redondos compactados” (Figura 7). La clasificación de SWR implica una descripción del número y tipo de torones y el número de alambres por torón, así como la construcción del torón y el material del núcleo. Las fuerzas de rotura mínimas para varios grados de cable Imperial, como hierro, tracción, resistencia extra alta, así como los grados de cable métricos correspondientes, se resumen en el Apéndice I obligatorio. descrito en la norma. Los SWR de tendido regular son fácilmente reconocibles, ya que la alineación de los alambres en las hebras es axial, mientras que la alineación de los alambres en Lang lay es transversal (Figura 8). Los SWR de colocación regular generalmente exhiben menos estiramiento que los SWR de Lang lay, mientras que Lang lay facilita propiedades de tracción más altas.

La Parte 1 de A17.6 también proporciona información sobre las propiedades, características dimensionales y tolerancias de los ROE. También se proporcionan pruebas de los SWR y el cumplimiento de los requisitos del código, así como información de pedido, embalaje e identificación. Los criterios de reemplazo en términos de roturas de alambres de corona y valle, reducción de diámetro y evidencia de enrutamiento se abordan completamente.

A17.6 Parte 2: Cuerdas de fibra de aramida

Esta parte de la norma cubre los requisitos generales de los AFR con fines de suspensión y compensación. Se identifican las normas relevantes ASTM, ASME, ISO y otras relacionadas con los materiales y métodos de prueba. Se definen y describen el material y las propiedades de la fibra, los elementos portadores de carga, el material de la cubierta del cable y las propiedades mecánicas. Se especifican los requisitos de resistencia a la tracción y porcentaje de alargamiento de la fibra. Gran parte de la terminología es idéntica a la aplicable a los cables de acero. También se abordan los tamaños, la geometría y las tolerancias dimensionales.

Se incluyen AFR de secciones transversales circulares y no circulares. Se especifican la metodología para las pruebas y los medios para garantizar el cumplimiento, incluidos los procesos de control de calidad requeridos. Los criterios detallados de reemplazo y límite de vida se proporcionan en términos que deben ser susceptibles de inspección visual, mecánica o electrónica.

Los reemplazos de AFR deben ser los mismos que los de los miembros originales. El conjunto completo de miembros de suspensión debe reemplazarse si uno de los miembros está dañado o no es adecuado para su uso. Los daños de la cubierta del AFR que provocan desgaste o daños en los elementos portadores de carga requieren el reemplazo de todo el conjunto de elementos. Se requiere reemplazo si se alcanza el límite de vida por fatiga o el límite de desgaste abrasivo interno de cualquier miembro. Si la resistencia residual de cualquier miembro se reduce al 60% de la resistencia original requerida por el código, todos los miembros deben ser reemplazados.

A17.6 Parte 3: Elementos de suspensión de acero con revestimiento elastomérico no circular

Esta parte de la norma cubre los requisitos generales para los CSB con fines de suspensión y compensación. Se identifican ASTM, ASME, ISO y otras normas relacionadas con los materiales y métodos de prueba. Gran parte de la terminología es idéntica a la aplicable a los cables de acero. Los elementos de carga tienen forma de cordones de acero, cada uno de los cuales comprende cordones de acero dispuestos helicoidalmente alrededor de un cordón de acero central. Los cordones están dispuestos en paralelo y moldeados dentro de un revestimiento elastomérico. El revestimiento retiene los cordones en sus respectivas posiciones y proporciona tracción. La fuerza de tracción se transmite a los cables. También se abordan los tamaños, la geometría y las tolerancias dimensionales. Se definen y describen el material y las propiedades del cordón, el material de revestimiento elastomérico y las propiedades mecánicas. Se especifican la construcción, el material y las propiedades mecánicas de los alambres, hilos y cordones. También se especifican la metodología para las pruebas y los medios para garantizar el cumplimiento, incluidos los procesos de control de calidad requeridos. 

Los criterios detallados de reemplazo y límite de vida se proporcionan en la Parte 3 de la norma. Los reemplazos deben ser los mismos que los miembros originales y los conjuntos completos deben reemplazarse. Se requiere reemplazo si ocurre la rotura de un solo CSB o si se daña el recubrimiento que expone cualquier hebra de cualquier cable al desgaste o daño, o si ocurre cualquier ruptura de un elemento de carga. También se requiere el reemplazo de todo el conjunto si se alcanza el límite de vida útil por fatiga o el límite de desgaste abrasivo interno.

Si la resistencia residual de cualquier miembro se reduce al 60% de la fuerza de rotura nominal requerida por el código, todos los miembros deben ser reemplazados.

Requisitos del código A17.1 / B44 correspondientes

A17.6 se hace referencia en A17.1 / B44. Los requisitos específicos relacionados con los medios de suspensión en A17.1 / B44 se desarrollaron para facilitar la aplicación segura de los sistemas de suspensión, compensación y gobernador.

Los factores de seguridad (FOS) para SWR, AFR y CSB se basan generalmente en la velocidad del miembro de suspensión. Los AFR y CSB tienen requisitos adicionales de resistencia residual del 60% de la fuerza de rotura nominal como mínimo. Para los ROE del regulador con 6 <D <9.5 mm, el FOS es ≥ 8, mientras que para los ROE con D ≥ 9.5 mm, el FOS es ≥ 5. Cabe señalar que los ROE de diámetro más pequeño requieren FOS más altos.

Todos los elevadores de tracción requieren medios de detección de pérdida de tracción, que detectan el movimiento relativo entre los medios de suspensión y la polea motriz. Si se pierde tracción, se corta la energía del motor y el freno de la máquina motriz. Se requiere un reinicio manual usando una tecla del Grupo 1. Se requiere que los medios se prueben según los procedimientos específicos descritos en el código, y los criterios de mantenimiento para los medios de pérdida de tracción deben incluirse en el programa de control de mantenimiento (MCP).

Se requieren dos formas de pruebas de ingeniería para AFR, CSB y SWR de diámetro pequeño (4-8 mm). La primera prueba es para el miembro que se desliza a la velocidad de inspección en la polea con la tensión correspondiente a la capacidad máxima. El miembro pasa esta prueba si sobrevive durante 4 min. bajo esta condición.

La segunda prueba de ingeniería requiere tres pruebas sucesivas (aproximadamente en la misma parte del miembro) bajo condiciones de parada de emergencia a velocidad nominal con tensión correspondiente a la capacidad máxima. El miembro pasa si no sufre daños que requieran reemplazo.

Además, los ascensores equipados con AFR, CSB y SWR de diámetro pequeño (4-8 mm) requieren medios para detectar un miembro de suspensión roto que detendrá el ascensor a una velocidad controlada en el siguiente rellano para el que se registró una demanda y no se reiniciará. hasta que se reinicie manualmente. Los ascensores equipados con SWR en el rango de 8-9.5 mm también requieren medios de detección de miembros de suspensión rotos a menos que tengan un FOS no menor de 12. Se requiere además que los ascensores equipados con AFR y CSB tengan un medio de detección de resistencia residual que funcione antes de que se reduzca la resistencia de cualquier miembro de suspensión al 60% de su fuerza de rotura nominal, y detenga el elevador en el siguiente rellano disponible y no lo reinicie hasta que se reinicie manualmente. Se requiere que tanto la suspensión rota como los medios de resistencia residual sean probados según los procedimientos específicos descritos en el código, y los criterios de mantenimiento para estos medios deben incluirse en el MCP.

Observaciones finales

La norma A17.6 y los requisitos del código A17.1 / B44 correspondientes representan el estado del arte en los requisitos de medios de suspensión de ascensores aplicables en muchas partes del mundo. A medida que se establezcan nuevas tecnologías, se agregarán al estándar A17.6 y se considerará la inclusión de los requisitos correspondientes en A17.1 / B44.