Las escaleras mecánicas con el material de amortiguación como parte de la punta del escalón

Evaluación de un modelo de escalera mecánica que adopta un material amortiguador en los bordes frontales de sus escalones para mejorar la seguridad.

por T. Kikuchi, H. Takahashi, A. Yamamoto, S. Yokoe y S. Nakagaki

Este trabajo fue presentado en  Madrid 2016, el Congreso Internacional de Tecnologías de Transporte Vertical, y publicado por primera vez en el libro de la IAEE Tecnología de ascensores 21, editado por A. Lustig. Es una reimpresión con permiso de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores. (sitio web: www.elevcon.com).

Las escaleras mecánicas son equipos importantes que apoyan la infraestructura de la sociedad. Sin embargo, el número de accidentes que involucran a pasajeros de escaleras mecánicas no está disminuyendo y, en la mayoría de los casos, las causas son tropiezos o caídas. Los fabricantes hacen todo lo posible para fortalecer el diseño de seguridad, pero los accidentes no se han eliminado.

Para mitigar las lesiones en caso de accidentes que involucren la caída de pasajeros, Toshiba Elevator and Building Systems Corp. (TELC) ha desarrollado un modelo de escalera mecánica que adopta un material amortiguador en los bordes frontales de los escalones. TELC evaluó esta medida utilizando los criterios de lesiones en la cabeza (HIC) y verificó que esta medida de seguridad es eficaz para mitigar las lesiones. Este artículo presenta detalles de este modelo de escalera mecánica.

En los últimos años, ha habido interés en las escaleras mecánicas, no solo en términos de conveniencia como mero medio de transporte vertical, sino también en términos de mejora de la seguridad.

Introducción

Las escaleras mecánicas generalmente se instalan en grandes tiendas, como grandes almacenes y supermercados, así como en estaciones de tren y terminales de aeropuertos. Las escaleras mecánicas sirven como equipo que respalda la infraestructura de la vida cotidiana en entornos interiores y exteriores.

En los últimos años, ha habido interés en las escaleras mecánicas, no solo en términos de conveniencia como mero medio de transporte vertical, sino también en términos de mejora de la seguridad. Según un estudio sobre accidentes de escaleras mecánicas realizado por el Departamento de Bomberos de Tokio, entre los accidentes en los que se solicitaron ambulancias, la mayoría involucró una caída o caída de un pasajero (Figura 1). Además, con respecto a las lesiones, las lesiones en la cabeza (incluida la cara y el cuello uterino [cuello]) representaron el porcentaje más alto, alrededor del 75% (Tabla 1). Los fabricantes de escaleras mecánicas se han centrado en tecnología avanzada y medidas destinadas a eliminar caídas y vueltas. Sin embargo, estos esfuerzos no han dado como resultado la erradicación de tales accidentes. Nos enfocamos en mitigar las lesiones críticas en el momento de un accidente y desarrollamos una escalera mecánica en la que se utiliza un material amortiguador en los bordes frontales de los escalones. Las medidas tomadas contra tales accidentes se describen aquí.

Descripción general de los pasos del búfer

Convencionalmente, los escalones utilizados en las escaleras mecánicas están formados por fundición a presión de aluminio. La superficie superior de cada escalón normalmente tiene una parte de demarcación amarilla hecha de plástico a lo largo de tres bordes de la superficie superior. Basándonos en esta estructura convencional de escalones, agregamos partes de demarcación formadas por un material amortiguador en la parte angular afilada de los escalones. Al utilizar esta estructura, en colisiones con la parte angular afilada del escalón, donde las lesiones críticas son una preocupación importante, se alivia el impacto y se reducen las lesiones (Figura 2).

Además, al cambiar las demarcaciones amarillas en la superficie superior de cada escalón de los tres bordes (como se usa convencionalmente) a cuatro bordes, se obtuvieron las siguientes ventajas:

• La dirección de movimiento es fácilmente reconocible y los pasajeros pueden subir fácilmente a la escalera mecánica.
• La diferencia de nivel en la parte inclinada es reconocible.
• Al subir a la escalera mecánica desde el piso superior, la diferencia de nivel de los escalones es fácilmente reconocible, mitigando el riesgo de malestar al subir a la escalera mecánica. Por eso, decidimos mejorar la seguridad de los escalones.

Sin embargo, enfrentamos los siguientes problemas:

• La falta de un método cuantitativo para evaluar el efecto de mitigación del daño
• Selección de un material tampón adecuado

Método de evaluación de la lesión en el momento de la caída

La primera cuestión fue encontrar un método cuantitativo para evaluar el efecto de mitigación del daño. Hay varios estándares de seguridad, como para automóviles y parques infantiles. Decidimos evaluar cuantitativamente el efecto de mitigación de lesiones definiendo un índice basado en el valor HIC y la probabilidad de lesión de una curva de riesgo de lesión.

Valor HIC

Un valor HIC es un valor de los criterios de lesión calculado a partir de la aceleración de colisión de la cabeza y viene dado por:

dónde t₁ y t₂ son puntos de tiempo arbitrarios bajo la respuesta de aceleración (t₂ - T₁ ≤ 36 ms) y α (t) es la aceleración de la colisión.

El valor HIC se utiliza en pruebas de colisión de automóviles y en pruebas de impacto de baldosas que absorben impactos (diseñadas para mitigar las lesiones cuando un niño se cae de un equipo de juegos en un parque, etc.). Los métodos de prueba, equipos de prueba, índices de evaluación, etc.se definen en detalle por EN 1176 Parte 1-11 + EN 1177 y EN 14808, y ASTM F1292 y ASTM F1487, etc.

Probabilidad de lesión

La probabilidad de daño en la cabeza, según la gravedad, se puede estimar aplicando el valor HIC calculado a partir de la aceleración de la colisión a cinco tipos de curvas de riesgo de lesión que se muestran en la Figura 3. Una curva de riesgo de lesión es una curva que muestra la relación entre la probabilidad de lesión y Valor de HIC y traza los datos que muestran la correlación entre el cráneo y el daño cerebral basado en exámenes físicos después de accidentes reales, etc. La probabilidad de lesión se expresa con el eje vertical y el valor de HIC se expresa con el eje horizontal.

Las curvas de la Figura 3 son las siguientes:

• "Sin lesiones": probabilidad de que no haya lesiones
• "Menor": lesión en la cabeza causada externamente sin alteración de la conciencia, fractura de nariz, diente roto o lesión facial causada externamente
• “Moderado”: ​​fractura de cráneo, o la fractura o laceración profunda de una cara acompañada de pérdida del conocimiento, etc.
• “Crítico”: contusión cerebral, pérdida del conocimiento o sangrado durante 12 h. o más, esperanza poco clara de recuperación acompañada de neuropatía
• "Fatal": probabilidad de muerte

A medida que aumenta el valor de HIC, cuanto más fuerte choca la cabeza con un objeto y mayor es la probabilidad de daño en la cabeza.

Equipo de prueba de caída para evaluación

Si bien los índices de evaluación, los métodos de ensayo, etc. están definidos en las normas para baldosas absorbentes de impactos, como las que se utilizan en parques, o colisiones de automóviles, no existen normas para accidentes con caídas en escaleras mecánicas. Por lo tanto, para evaluar el efecto de mitigación de lesiones de una caída mientras se usa una escalera mecánica, desarrollamos un equipo de prueba de caída para imitar colisiones de cabeza en el momento de una caída (Figura 4).

Para imitar una colisión de cabeza, hicimos un modelo de una cabeza humana con masa, rigidez y forma calculada a partir de la cabeza humana promedio. Esto nos permite cambiar el ángulo de colisión y la altura de caída para poder imitar varios tipos de caídas por parte de los pasajeros de las escaleras mecánicas. El equipo de prueba gira el objeto que cae hacia la parte angular aguda del escalón y lo deja caer automáticamente para reproducir una situación en la que la cabeza choca con la parte angular aguda del escalón y se mide la aceleración de la colisión en ese momento. A continuación, se calcula un valor de HIC a partir de la aceleración de la colisión y se verifica la probabilidad de daño en la cabeza examinando la curva de riesgo de lesión. Estimamos el efecto de mitigación de lesiones comparando la probabilidad de ocurrencia de lesiones con la de un paso convencional.

Selección de material tampón

El segundo problema fue la selección del material tampón. Para definir un límite de carga soportada, analizamos el pandeo por compresión de antemano. Luego, seleccionamos materiales candidatos con un módulo de Young más cercano al límite de carga soportada que definimos. Hicimos piezas de demarcación utilizando los materiales candidatos y materiales seleccionados con un alto efecto de mitigación de lesiones.

Requisitos para la selección de material tampón

La parte de demarcación instalada en la parte angular afilada del escalón absorbe más los impactos. A medida que se vuelve más suave cuando una cabeza choca, el efecto de mitigación de lesiones aumenta. Sin embargo, si la parte de demarcación se modifica para que no sea rígida, existe la preocupación de que se atasque por deformación de la parte de demarcación, el riesgo de que se rompa el peine y aumenta el riesgo de caída. Específicamente, pueden ocurrir las siguientes situaciones:

1. La mano, la pierna, la ropa, etc. de un niño pueden quedar atrapadas.
2. Rotura del peine en la parte de demarcación por alguien que lo empuja intencionalmente (como con un paraguas) o cuando un objeto extraño se atasca en él
3. El talón de un zapato de tacón se atasca en la parte de demarcación o aumenta el riesgo de que el pasajero se caiga cuando el material de protección se abrocha con el talón de un zapato de tacón.

Así, el efecto atenuador de lesiones y el riesgo de deformación en la parte de demarcación tienen una relación de antinomia, por lo que realizamos diversas exploraciones.

Selección de material

Para seleccionar el material que no aumenta el riesgo de deformación mientras tiene el efecto de mitigación de lesiones, analizamos el pandeo por compresión de antemano. Calculamos el valor HIC analizando la forma de onda de aceleración en el momento de una colisión utilizando un modelo de cabeza humana con una masa y rigidez promedio para chocar con la parte de demarcación, aproximada por un resorte. El cambio del valor de HIC al cambiar el módulo de Young del material utilizado para la parte de demarcación se muestra en la Figura 5. Sin embargo, si el módulo de Young es demasiado pequeño, puede ocurrir pandeo por compresión al pisar la parte de demarcación con zapatos de tacón alto. , etc. Por esta razón, se definió un límite de carga soportada (límite inferior) utilizado en el análisis, y el material seleccionado como candidato tiene un módulo de Young cercano a este límite de carga soportada. A continuación, la parte de demarcación se realizó utilizando dos o más materiales seleccionados. Como el riesgo de deformación es equivalente al de un escalón convencional, se seleccionó un material con un alto efecto de mitigación de lesiones.

Efecto de mitigación de lesiones en diversas situaciones de caída

Análisis de diversas situaciones de caída

Según una investigación de accidentes de escaleras mecánicas, las caídas frecuentes implican "una caída al piso superior en una parte inclinada", que ocurre en una parada repentina durante el movimiento ascendente, y las condiciones de caída en este momento se determinaron como índice de evaluación. Una caída o caída se puede clasificar principalmente en las siguientes cinco categorías, incluida la situación de caída incluida en el índice de evaluación (Figura 6):

1. Una caída al piso superior en una parte inclinada.
2. Una caída al piso inferior en una parte inclinada (una cabeza se golpea directamente).
3. Una caída al piso inferior en una parte inclinada (después de colocar la caída en su parte trasera, la cabeza se golpea directamente).
4. Una caída al piso inferior en una parte de subida y bajada del piso superior
5. Una caída al piso superior en una parte de subida y bajada del piso inferior

Efecto de mitigación de lesiones

En cuanto al efecto de mitigación de lesiones, encontramos que la probabilidad de daño leve en la cabeza disminuyó en aproximadamente un 50%, en comparación con un paso convencional en el caso (1), que es el índice de evaluación. Además, la probabilidad de lesión disminuyó de manera similar en el caso (4) y el caso (5) (Figura 7). Incluso si se utiliza la curva de riesgo de lesión que muestra un daño leve en la cabeza, la probabilidad de lesión aumenta, tanto para un paso intermedio como para un paso convencional. Debido a las condiciones de caída severas, caen al piso inferior en una parte inclinada en la caja (2) y la caja (3). Por lo tanto, comparamos la probabilidad de daño en la cabeza de grado medio o fatal y encontramos que la probabilidad de daño en la cabeza se redujo a la mitad (Figura 8).

Discusión

Desarrollamos una escalera mecánica con partes de demarcación instaladas formadas por un material amortiguador en la parte angular afilada de los escalones. Este paso de amortiguación, que puede mitigar las lesiones causadas por una colisión en el momento de una caída o un vuelco, se logró sin aumentar los riesgos de atascarse. Además, confirmamos que fue efectivo para mitigar lesiones en un experimento que imitó varias situaciones de caída que ocurren al usar una escalera mecánica.

Conclusión

La reducción de accidentes que involucran a pasajeros de escaleras mecánicas ha sido un problema durante muchos años en la industria de las escaleras mecánicas. La industria de las escaleras mecánicas se había estado concentrando en desarrollar y producir la tecnología relacionada con la eliminación de los factores de caída (por ejemplo, detener las escaleras mecánicas suavemente). Nuestros productos se desarrollan prestando atención a mitigar las lesiones en el momento de las caídas.

Continuaremos desarrollando un producto fácil de usar y suministrándolo al mercado y contribuyendo a la realización de una sociedad segura y cómoda.

Referencias
[1] Asociación general de ascensores de Japón. “La medida contra la prevención de accidentes relacionados con escaleras mecánicas” y comunidad de ascensores, julio de 2006, pág. 8-15.
[2] El comité de examen de medidas de prevención de accidentes en relación con escaleras mecánicas, “La medida contra la prevención de accidentes en relación con escaleras mecánicas”, 2005, p. 17.
[3] Masahiro Nakano, Hiroyuki Matsuura, Masaaki Tamagawa, Makoto Yamanaka y Toru Yukimasa. “El análisis racional de un valor estándar de daño en la cabeza (HIC)” y Biomedical Fuzzy Systems Association Vol. 2, núm. 2, pág. 57 a 63 (2010).
[4] Ministerio de Tierras, Infraestructuras, Transporte y Turismo. "El estándar de seguridad de los vehículos de transporte por carretera (estándar técnico de protección de una notificación de detalles, accesorio separado 99, cabeza de peatón)".
[5] Takahashi Hideo, Kikuchi Takayuki y Nakagaki Shigeo. “Escalera mecánica amable con material de seguridad adherido a los bordes de los escalones”, Toshiba Review Vol. 69, núm. 11 (2014), pág. 50-53.
[6] Akihiro Yamamoto, Takayuki Kikuchi, Hideo Takahashi y Nakagaki Shigeo. “La escalera mecánica que adoptó el material amortiguador como la parte de la punta del escalón”, la reciente conferencia técnica de la Sociedad de Ingenieros Mecánicos de Japón, tecnología y progreso [como un ascensor y una institución de juegos], reunión de conferencia técnica, recopilación de documentos, núm. 14-99.