Determinazione dei carichi agenti sul fissaggio del binario di guida in determinate condizioni di carico

di Sühan Atay, Eren Kayaoğlu, Adem Candaş,
C. Erdem İmrak, Sefa Targıt e Yusuf Z. Kocabal

Questo documento è stato presentato a  Parigi 2014, il Congresso Internazionale sulle Tecnologie di Trasporto Verticale, e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Tecnologia degli ascensori 20, a cura di A. Lustig. È una ristampa con il permesso dell'Associazione Internazionale degli Ingegneri degli Ascensori  (sito web: www.elevcon.com). Il presente documento è una ristampa esatta e non è stato modificato da ELEVATOR WORLD.

Astratto

Per garantire sicurezza e fluidità di marcia, le guide e i relativi elementi di fissaggio sono elementi essenziali dell'intero sistema ascensore. I carichi che agiscono sulle guide e sugli elementi di fissaggio durante la normale corsa della cabina dell'ascensore causano sollecitazioni di flessione e deformazione (o di trazione). In questo studio, vengono spiegati i calcoli numerici secondo la norma EN 81-1 per determinate condizioni di carico. Le sollecitazioni e le deformazioni che si verificano sui componenti di fissaggio (bulloni e clip a T) vengono esaminate sperimentalmente. Infine, i risultati ottenuti dai calcoli numerici e dai risultati dei test vengono confrontati e discussi.

1. introduzione

Gli impianti ascensoristici sono composti da molti elementi. Le staffe per guide e le clip in acciaio vengono utilizzate per fissare le guide alla parete del vano e garantiscono la linearità delle guide. Questi sono gli elementi essenziali di un sistema completo di fissaggio delle guide. Le guide sono, per motivi di sicurezza, l'elemento più importante degli impianti ascensoristici. Le funzioni fondamentali delle guide e dei relativi elementi di fissaggio nell'impianto ascensoristico sono guidare la cabina e il contrappeso durante la corsa verticale, ridurre al minimo il movimento orizzontale della cabina, impedire l'inclinazione della cabina dovuta a carichi eccentrici e garantire una posizione sicura e arrestare la cabina durante l'attivazione del paracadute in caso di caduta libera della cabina. Durante la corsa della cabina, l'attivazione del paracadute e le attività sismiche, le guide e i relativi elementi di fissaggio sono soggetti a diverse forze. Se le guide non sono montate correttamente, in particolare durante l'attivazione del freno di sicurezza, le staffe per guide sono soggette a carichi eccessivi. Queste forze causano sollecitazioni di flessione e deformazione (o trazione) che influiscono sugli elementi di fissaggio e sugli elementi di montaggio. Una revisione della letteratura sull'argomento dimostra che gli studi relativi all'analisi delle sollecitazioni e delle flessioni delle guide, delle staffe e delle clip a T in acciaio sono rimasti generalmente limitati all'ambiente informatico (Atay 2013).

2. Guide, staffe e elementi di fissaggio

In questo studio, sono stati presi in considerazione elementi di fissaggio sottoposti a determinate condizioni di carico. Le guide e il sistema completo di fissaggio delle guide sono mostrati nella Figura 1.

L'idea di esaminare il comportamento delle staffe degli ascensori e dei relativi collegamenti sotto carichi statici e dinamici con uno studio sperimentale è emersa dalle conoscenze ottenute come risultato dell'analisi sperimentale delle sollecitazioni delle guide degli ascensori e degli studi di modellazione e simulazione degli elementi finiti presso l'Elevator (Lift) Technologies Laboratory, Facoltà di Ingegneria Meccanica dell'ITU, e da un set sperimentale presentato dal Dott. Merz della ditta HILTI in articoli completi (Merz 2008, 2010).

Il sistema di collegamento delle staffe subirà spostamenti o movimenti relativi sotto i carichi applicati durante le prove. I carichi sulle staffe delle guide e sui relativi giunti per il fissaggio delle guide alla parete del vano ascensore sono stati studiati sperimentalmente. In questo caso, le staffe sono montate con bulloni pretensionati (Figura 3). In questo caso, mediante l'applicazione di forze trasversali tra le parti, si è ottenuto un μF._pre forza di attrito, (F_Fric) si verifica. Vengono forniti i principi teorici degli elementi di fissaggio per rendere efficace il giunto meccanico (1).

F_Fric = μF_pre ≥ F/i o μF_pre = c0 F/I (1)

Dove i è il numero di bulloni e c0 = 1.1 - 1.5 è il fattore di sicurezza contro lo scorrimento. Da questa equazione si può ricavare la forza necessaria per realizzare il giunto.

I bulloni M12 e i bulloni a T T3 sono adatti per le guide T90 in conformità con gli standard (Imrak e Gerdemeli, 2000).

3. Configurazione di prova

A tale scopo, è stato progettato e installato un set sperimentale per analizzare i componenti che costituiscono gli elementi di base del sistema di sollevamento, esaminare il comportamento dei diversi casi di carico, monitorare e adottare nuove misure costruttive. Gli esperimenti da effettuare utilizzando questo set sperimentale, con gli elementi di base del sistema di sollevamento, mirano a ottenere dati concreti tangibili. Per uno studio sperimentale sulle staffe delle guide e sui relativi collegamenti, sono state progettate e definite le possibilità all'interno del sistema sperimentale con il supporto e il contributo delle aziende sponsor. Il set sperimentale progettato si è dimostrato in grado di presentare le qualità che consentiranno di redigere relazioni di conformità e di ampliare in futuro la ricerca e l'indagine su una varietà di staffe delle guide e sui relativi collegamenti. Questo sistema sperimentale è costituito da quattro strutture principali: il telaio portante, utilizzato per collegare gli elementi da testare negli studi sperimentali, la centralina idraulica che fornisce carichi variabili da applicare, l'unità di controllo e azionamento e i sensori. Il telaio portante, utilizzato per collegare gli elementi sperimentali, è realizzato in materiale St37 ed è formato mediante saldatura di profili ricavati da guide T90. Il sistema progettato per simulare i carichi applicati alla cabina dell'ascensore durante il funzionamento di un ascensore prevedeva l'applicazione di carichi di trazione e di taglio su un'unità di guida.

Durante gli studi sperimentali è stata utilizzata un'apparecchiatura di acquisizione e misurazione dati. L'impostazione di prova è stata progettata per l'analisi sperimentale delle sollecitazioni di sistemi di fissaggio completi per guide; staffe e elementi di fissaggio sono stati collegati alle guide T90/B presso la torre di prova presso la Facoltà di Ingegneria Meccanica dell'ITU (Figura 4). I sensori disponibili e il sistema di acquisizione dati sono stati collegati agli elementi di fissaggio delle guide. I dati in tempo reale sono stati ottenuti esaminando diverse condizioni di carico della cabina di prova dell'ascensore. I test sono stati eseguiti nella torre di prova, alta 7.3 m.

Lo scopo dei test era quello di studiare le forze esercitate dagli elementi di fissaggio e dalle staffe delle guide in diverse condizioni di carico della cabina dell'ascensore e di interpretare i risultati in modo sperimentale.

Il dispositivo di interfaccia USB per sensori viene utilizzato per trasferire i dati dai sensori al PC (software DigiVision) (Figura 5). Ha una risoluzione di 16 bit e consente fino a 2500 misurazioni al secondo.

I sensori di misurazione del carico si dividono in due categorie: celle di carico a trazione e compressione e celle di carico a ciambella (Figura 6). In questo studio sono state utilizzate celle di carico a ciambella per studiare i carichi di compressione sui bulloni.

Nel test, è stata studiata una cabina ascensore da 8 persone con contenitori vuoti e pieni (pieni al 100%). Per garantire lo stato di vuoto e di pieno, sono stati utilizzati pesi in fusione di acciaio, ciascuno del peso di 17.3 kg, nel telaio della cabina (Figura 7).

Sulla torre di prova sono stati utilizzati elementi di staffa in materiale St37. I risultati delle prove sono stati ottenuti tramite celle di carico ad anello (a ciambella) posizionate su elementi di fissaggio delle guide (clip in acciaio) (Figura 8). Durante la corsa del veicolo di prova, le forze applicate alle staffe e ai giunti delle staffe sono state osservate tramite celle di carico a ciambella.

Nei test è stata utilizzata una guida standard di tipo T90/B. Le guide sono state montate sulla base con quattro cuscinetti e la distanza tra le staffe di montaggio delle guide è di 2000 mm. Diversi casi di prova e configurazioni sono visibili nella Figura 9.

I bulloni sono stati serrati con coppie diverse. Queste coppie hanno generato 3 diverse condizioni di precarico: 2000, 2500, 3000 N. Il punto zero è stato calibrato in base a questi precarichi. Le forze inferiori ai valori di precarico sono negative, quelle superiori sono positive. I risultati sono riportati nelle sezioni delle Tabelle 1 e 2.

4. Risultati del test e conclusione

La questione delle attività sismiche sugli impianti ascensoristici non è una novità, ma è stata messa in discussione soprattutto dopo il terremoto di Van del 2011 in Turchia. È importante sottolineare l'importanza del miglioramento della sicurezza strutturale e dell'affidabilità durante le attività sismiche. Questo articolo si è quindi concentrato sui carichi sismici e sui loro effetti sugli elementi di fissaggio delle guide. Staffe e bulloni sono stati sottoposti a carichi simili a quelli che si verificano in caso di attività sismica.

Come si può vedere nelle Tabelle 1 e 2, il carico massimo applicato ai bulloni è stato di -470.6 N al Test-3 in condizioni di precarico di 3000 N dalla cella di carico C1. Secondo l'Eq.1, la forza per slegare questa connessione deve essere superiore a 7549-8088 N, in base alle norme (BS EN ISO 898-1:1999). Il confronto tra questi due valori mostra che il fattore di sicurezza è pari a circa 16.

Riconoscimento

Il presente documento è supportato dal Machinery Promotion Group, Central Anatolian Exporters Union.