Requisiti di carico dell'ascensore per ascensori a molti piani

di Ville Josefsson e Jaakko Kalliomäki

Questo documento è stato presentato al Simposio internazionale sugli ascensori e le scale mobili del 2023 a Edimburgo, Scozia.

parole chiave: Ascensore per grattacieli, carico, uso sostenibile dei materiali, FEM

Astratto

Gli ascensori sono comunemente classificati per uso passeggeri o merci, il che determina la progettazione strutturale dell'ascensore. In pratica, soprattutto negli edifici commerciali, i montacarichi vengono utilizzati per trasportare sia passeggeri che merci. È importante comprendere i carichi e le sollecitazioni causati dai diversi scenari per progettare strutture ottimizzate ma sicure che promuovano l'uso sostenibile dei materiali. Ciò è particolarmente importante con gli ascensori a molti piani, dove la corsa elevata aumenta l'impatto del sovradimensionamento.

I casi di carico utilizzati nel dimensionamento dei componenti si basano sul tipo di utilizzo dell'ascensore e sui requisiti standard dell'ascensore. Per i montacarichi, le norme considerano il carrello elevatore come il principale dispositivo di movimentazione del carico, nonostante spesso sia irrealizzabile a causa delle limitazioni di spazio o della struttura dell'edificio. Invece, negli edifici commerciali vengono spesso utilizzati dispositivi di movimentazione dei carichi più leggeri. Questo divario tra l'uso reale e i requisiti standard può portare a un sovradimensionamento e a un impatto ambientale inutilmente elevato a causa dell'uso eccessivo di materiali.

Questo articolo analizza l'impatto del carico sull'ascensore utilizzando dispositivi leggeri per la movimentazione del carico. Il progetto dell'ascensore viene analizzato utilizzando il metodo degli elementi finiti (FEM) su un modello di sistema di imbracatura per auto. L'analisi riguarda anche il modo in cui il carico può essere posizionato all'interno della cabina dell'ascensore con le dimensioni di cabina comunemente utilizzate. I risultati vengono confrontati con i requisiti degli standard sugli ascensori.

I risultati principali includono la distribuzione delle sollecitazioni a livello di componente e i risultati dello spostamento dai modelli del sistema di imbracatura per auto e le possibilità di posizionamento del carico considerando le dimensioni comuni delle auto e del carico. In conclusione, questo articolo propone come gli attuali standard degli ascensori potrebbero essere migliorati sulla base di un'analisi degli scenari di carico dell'ascensore di dispositivi di movimentazione del carico più leggeri, concentrandosi sugli ascensori con corsa maggiore.

1. introduzione

Esistono numerose importanti sfide ingegneristiche associate alla progettazione di grattacieli, tra cui metodi di costruzione, progettazione strutturale e progettazione di sistemi di ascensori. L'importanza di un sistema di ascensori adeguatamente progettato è fondamentale negli edifici a molti piani, motivo per cui gli ascensori a molti piani sono al centro di questo articolo.^[1] A causa della corsa elevata, una possibile sovraingegneria è più problematica rispetto agli ascensori con corse inferiori. Ad esempio, se si aggiunge peso all'imbracatura e al carrello a causa di requisiti di resistenza eccessivi, ciò potrebbe comportare un binario di guida più grande. Per un ascensore con 100 m di corsa, ciò significherebbe un aumento dei costi e dei materiali molto più sostanziale rispetto a un ascensore di pochi piani con 15 m di corsa. Lo stesso principio vale per tutti i componenti che dipendono dall'altezza di corsa. Inoltre, aggiungere più peso alle funi di sospensione potrebbe portare ad un aumento delle dimensioni del motore e della trasmissione. Pertanto, evitare un’ingegneria eccessiva, soprattutto negli ascensori a molti piani, è fondamentale per promuovere l’uso sostenibile dei materiali e mantenere i costi moderati.

Un montacarichi è un ascensore destinato principalmente al trasporto di merci, che può essere accompagnato da persone.^[2] Gli standard sugli ascensori generalmente riconoscono un carrello elevatore controbilanciato come dispositivo di movimentazione del carico quando si considera il carico e lo scarico di un montacarichi per passeggeri. Ciò potrebbe creare una situazione in cui l'ascensore è sovraprogettato a causa dei requisiti standard degli ascensori, che presuppongono carichi molto più elevati rispetto a quelli imposti dai dispositivi di movimentazione dei carichi più leggeri. In pratica, l'uso di un carrello elevatore controbilanciato come dispositivo di movimentazione del carico spesso non è fattibile in grattacieli commerciali come hotel o uffici a causa delle limitazioni in termini di spazio disponibile, struttura dell'edificio o finiture superficiali.

Un'area di applicazione specifica per gli ascensori per passeggeri a molti piani è emersa a causa della crescente pressione verso l'utilizzo di forme sostenibili di produzione di energia, che ha portato a un numero maggiore di nuovi impianti eolici offshore.[3] Gli impianti eolici offshore richiedono cavi marini ad alta tensione, fabbricati in torri alte fino a 200 m, dove sono necessari ascensori per trasportare materiali e attrezzature di produzione.

In precedenza sono state pubblicate pochissime ricerche sul carico in ascensore. A causa della crescente necessità di soluzioni per ascensori per passeggeri e della mancanza di considerazione degli standard degli ascensori nei confronti del carico, e in particolare dei dispositivi per la movimentazione di carichi leggeri, le sfide descritte in questo articolo sono viste come un interessante punto di studio.

In questo studio, i calcoli delle sollecitazioni e delle deformazioni con il metodo degli elementi finiti (FEM) sono stati eseguiti considerando sistemi di imbracatura per auto con carichi nominali di 2500 kg e 5000 kg. Gli scenari di carico includono il caricamento con transpallet elettrico e i casi di carico con bordo di carico al 81% standard EN 20-60. Le distribuzioni delle sollecitazioni di Von Mises sono osservate dai componenti selezionati. Ciò fornisce una stima approssimativa dei livelli di sollecitazione nel sistema del carro a imbracatura e può essere utilizzata per il confronto tra i diversi casi di carico. Negli ascensori a molti piani vengono comunemente utilizzate piattaforme a imbracatura isolate. Pertanto, è interessante confrontare lo spostamento del solaio con lo spostamento dell'intero sistema solaio sling. Il posizionamento dei pallet di uso comune all'interno delle cabine degli ascensori considerando le dimensioni della cabina per i carichi nominali precedentemente menzionati è stato studiato e confrontato con i requisiti standard degli ascensori per comprendere il divario tra l'uso reale e le ipotesi standard degli ascensori.

2. Panoramica degli standard

La panoramica delle norme copre i dettagli relativi al carico dell'ascensore previsti dalle norme ASME A17.1 e EN 81-20, nonché i dettagli della norma edilizia EN 1991-1-1, che è stata utilizzata come riferimento in alcuni casi per determinare i carichi imposti da i dispositivi di movimentazione del carico.

ASME A17.1 identifica cinque diverse classi di carico in base al tipo di dispositivo di carico e di movimentazione del carico utilizzato.^[4] Delle cinque diverse classi di carico, le classi significative da discutere in questo documento sono Classe A, Classe C1 e Classe C2. Queste tre classi sono presentate più dettagliatamente di seguito.

Classe A: carico di merci generali. Dove il peso di un singolo pezzo di merce o il peso combinato della merce e del dispositivo di movimentazione del carico non supera il 25% del carico nominale dell'ascensore. Il carico viene movimentato dentro e fuori dalla piattaforma della cabina dell'ascensore manualmente o tramite un dispositivo di caricamento azionato manualmente. Il carico nominale dovrà basarsi su non meno di 240 kg/m2 di superficie netta interna della piattaforma.

• Classe C1: carico di camion industriali. Dove il carico statico durante il carico e lo scarico non supera il carico nominale.
• Classe C2: carico di camion industriali. Dove è consentito che il carico statico durante il carico e lo scarico superi il carico nominale.
• ASME A17.1 fornisce regole di calcolo per calcolare il momento torcente causato dalle merci trasportate e per calcolare i carichi sulla soglia per diverse classi di carico (Figura 1).

La norma EN 81-20 considera alcuni aspetti relativi al carico dell'ascensore come il peso del dispositivo di movimentazione, la precisione del livellamento durante il carico e lo scarico e i carichi sulla soglia utilizzati nei calcoli. Nel complesso, la EN 81-20 dà poca considerazione al carico e allo scarico delle merci. La norma EN 81-20 presuppone che siano state condotte trattative tra il cliente e il fornitore dell'ascensore e che sia stato raggiunto un accordo sull'uso previsto dell'ascensore e, nel caso di un montacarichi per passeggeri, sul tipo e sulla massa dei dispositivi di movimentazione del carico destinati ad essere utilizzati per il carico e lo scarico.^[2]

Secondo la norma EN 81-20, ogni piano e l'ingresso di cabina devono avere una soglia con resistenza sufficiente per sopportare i carichi introdotti durante il carico o lo scarico delle merci. Per definire la resistenza della soglia, la norma EN 81-20 definisce tre diverse forze da utilizzare come carico sulla soglia in base all'uso dell'ascensore. La quantità di forza applicata alla soglia è presentata nelle equazioni seguenti, dove Fs è la quantità di forza in N, g è l'accelerazione gravitazionale in m/s2 e Q è il carico nominale dell'ascensore in chilogrammi.^[2]

• Fs=40%·g·Q per ascensori per passeggeri
• Fs=60%·g·Q per montacarichi
• Fs=85%·g·Q per montacarichi nel caso di dispositivi per la movimentazione pesante se il peso del dispositivo non è compreso nel carico nominale.

Quando si considera il carico e lo scarico di un ascensore, la EN 1991-1-1 definisce raccomandazioni per i carichi imposti dai carrelli elevatori per gli edifici, che possono essere applicate anche agli ascensori.^[5] 

I carrelli elevatori sono classificati in sei classi da FL1 a FL6 a seconda del peso netto, delle dimensioni e dei carichi di sollevamento. Le classi FL possono essere visualizzate nella Tabella 1. 

Classe di carrello elevatore	Peso netto [kN]	Carico di sollevamento [kN]	Larghezza dell'asse a [m]	Larghezza totale b [m]	Lunghezza totale b [m]
FL 1	21	10	0,85	1,00	2,60
FL 2	31	15	0,95	1,10	3,00
FL 3	44	25	1,00	1,20	3,30
FL 4	66	40	1,20	1,40	4,00
FL 5	90	60	1,50	1,90	4,60
FL 6	110	80	1,80	2,30	5,10

I tre standard esaminati – ASME A17.1, EN 81-20 e EN 1991-1-1 – includevano principalmente linee guida per carrelli elevatori controbilanciati e non consideravano in dettaglio i diversi dispositivi di movimentazione del carico. Per gli ascensori per merci caricati con dispositivi di movimentazione del carico azionati manualmente, ASME A17.1 guida all'utilizzo della Classe di carico A, dove il peso combinato del dispositivo di movimentazione e delle merci non deve pesare più del 25% del carico nominale dell'ascensore. Questo limite del 25% potrebbe essere facilmente superato, soprattutto se il carico nominale dell'ascensore è basso. Se il peso è superiore al 25% rispetto alle guide standard ASME nominali, utilizzare la classe di carico C1. Ciò crea una situazione in cui l'ascensore caricato con dispositivi di movimentazione del carico azionati manualmente deve essere progettato secondo i requisiti della Classe di carico C1 destinata al carico di carrelli elevatori industriali. La classe di carico C1 indica inoltre che il carico calcolato deve essere applicato a due parti uguali distanti 765 mm, che corrisponde alla larghezza presunta della carreggiata del carrello elevatore. Normalmente una carreggiata di questa larghezza è troppo larga per i transpallet manuali e troppo stretta per i veri e propri carrelli elevatori. Nel caso in cui il carico nominale dell’ascensore sia elevato, il 25% proposto dalla Classe A potrebbe già rappresentare un peso considerevole, e l’utilizzo della Classe A potrebbe ignorare alcuni criteri di progettazione rilevanti.

La norma EN 81-20 contiene linee guida per i calcoli del carico sulla soglia, che possono anche essere interpretate in modo approssimativo in base al dispositivo di movimentazione del carico utilizzato. Nel caso di un dispositivo di movimentazione pesante, il carico sulla soglia deve essere calcolato come l'85% del carico nominale e, nel caso di un montacarichi standard per passeggeri, il carico sulla soglia deve essere calcolato come il 60% del carico nominale. Quando si considera l'uso di dispositivi manuali di movimentazione del carico, nei calcoli del carico sulla soglia è necessario seguire il carico sulla soglia del 60%. La norma EN 81-20 non considera la carreggiata del dispositivo di carico, ma indica che si deve presumere che la forza verticale sulla soglia agisca centralmente sulla soglia.^[2] La definizione di dispositivo per la movimentazione di carichi pesanti non è chiara nella norma EN 81-20 e ciò lascia spazio a interpretazioni su cosa è considerato pesante e cosa è un dispositivo per la movimentazione di carichi leggeri. Inoltre, la norma EN 81-20 prescrive di utilizzare un carico sulla soglia dell'85% solo nel caso in cui il peso del dispositivo non sia compreso nel carico nominale. Ciò ignora completamente l'utilizzo del tipo ASME A17.1 Classe C1 dell'ascensore, anche se C1 è spesso preferito per la sua semplicità. 

Esistono anche alcune limitazioni quando si considera il posizionamento del carico nella cabina dell'ascensore. La norma EN 81-20 indica che il carico nominale deve essere distribuito uniformemente su tre quarti della cabina che si trova nella posizione più sfavorevole. Tuttavia, in caso di diversa distribuzione del carico, le condizioni sono state concordate dopo le trattative iniziali con il cliente, dovranno essere effettuati calcoli aggiuntivi in ​​base a tali condizioni e verrà considerato il caso peggiore.^[2] Tuttavia, l'esperienza pratica ha dimostrato che ottenere questi dati dal cliente è difficile e l'utilizzo di condizioni di carico predefinite sembra funzionare meglio, il che in genere significa utilizzare ASME A17.1 come riferimento.

Il presupposto ASME A17.1 è che un carico concentrato sia posizionato a 1/4 della larghezza interna dell'auto dal centro dell'auto, ma non specifica la posizione del carico in altre direzioni. Questa ipotesi non considera le effettive dimensioni delle cabine dell'ascensore né la tipologia delle merci da trasportare. Pertanto, studiare le dimensioni dei pallet comunemente utilizzate aiuta a comprendere le effettive posizioni del carico all'interno della cabina dell'ascensore.

3. Dispositivi di movimentazione del carico

Diversi tipi di dispositivi di movimentazione del carico e la relativa terminologia e classificazione sono specificati nella norma internazionale ISO 5053-1. Secondo la norma, i dispositivi di movimentazione del carico sono veicoli su ruote che hanno almeno tre ruote e possono avere un meccanismo motorizzato o non motorizzato.^[6] L'analisi FEM in questo articolo viene effettuata considerando uno specifico dispositivo di movimentazione del carico, il transpallet elettrico. L’uso di transpallet elettrici è aumentato quando è aumentata la considerazione del benessere degli operatori. Da un punto di vista ergonomico, le attività manuali di movimentazione dei materiali possono essere altamente pericolose.^[7] È stato osservato che soprattutto il movimento di spinta e trazione, ad esempio, del transpallet, aumenta il rischio di disturbi muscoloscheletrici.^[8] Il pallet elettrico Toyota LPE220 viene utilizzato come esempio di dispositivo per la movimentazione di carichi leggeri. 

Le caratteristiche importanti del dispositivo di movimentazione del carico, quando si considerano i casi di carico di carico e scarico dal punto di vista dell'ascensore, sono presentate nella Tabella 2. 

Proprietà		Toyota LPE220
Massa propria M	[Kg]	826
Capacità di carico nominale QL	[Kg]	2200
Massa totale caricata MQ	[Kg]	3026
Posizione del centro di carico c	[Mm]	600
Dimensione del passo b11	[Mm]	370
Carico sull'asse anteriore F11)	[Kg]	1513
Carico sull'asse posteriore F21)	[Kg]	1513
Rapporto tra carico sull'asse posteriore e massa caricata totale	[%]	50
Dimensione pneumatici anteriori	[Mm]	D85X100
1) Calcolato in base alla scheda tecnica del produttore.

4. Caricamento tramite pallet

Le operazioni commerciali che utilizzano i pallet rappresentano il modo più efficiente per trasportare merci più pesanti in un ascensore, poiché il caricamento di grandi quantità di piccoli pacchi singoli richiederebbe molto tempo. Anche quando si utilizzano i pallet, il caricamento non dovrebbe richiedere più tempo di quello impiegato dall'ascensore per fare un viaggio di andata e ritorno. Il presupposto di questa analisi è che, per mantenere l'efficienza complessiva, la quantità di pallet non dovrebbe essere superiore a quattro e i pallet non dovrebbero essere impilati. Il peso del dispositivo di movimentazione è considerato parte del carico nominale (Classe C1), ma sono inclusi quattro pallet che, secondo i requisiti ASME A17.1, rientrerebbero già nel carico di Classe A.  

Spesso i pallet utilizzati seguono dimensioni standard. Alcuni esempi sono forniti nella Tabella 3. Per le merci più leggere, sono ampiamente utilizzati anche i carrelli logistici, ma i loro requisiti in genere non superano quelli del carico dei passeggeri e sono quindi esclusi qui.

Pallet	Dimensioni lxpxh [mm]	Massimo. Portata [kg]	Descrizione
EUR / EUR1 (32''x48'')	1200 x 800 x 144	4000 kg	Progettato per adattarsi alla maggior parte delle porte europee e ai camion larghi 2,5 m. Non si adatta bene ai contenitori marittimi con larghezza interna di 2,352 mm.
2 EUR (40''x48'')	1200 x 1000 x 144	4000 kg	Progettato per adattarsi meglio ai container marittimi larghi 2,352 m rispetto all'EUR. Assomiglia al pallet americano da 40''x48'' per aiutare il commercio internazionale.
48''x48''	1219 x 1219 x 144	4000 kg	Il pallet 48 x 48 corrisponde all'ingombro di fusti da 4 x 200 l (55 galloni) (con diametro esterno 584 mm) utilizzati nell'industria chimica.

Quando i pallet vengono utilizzati come base per caricare gli ascensori, sono interessanti due casi di carico estremi; 1) l'auto viene caricata con un unico pallet pesante fino al carico nominale dell'auto; 2) l'auto viene caricata con un massimo di quattro pallet più leggeri fino al carico nominale dell'auto. Devono essere prese in considerazione anche le caratteristiche del dispositivo di carico. Alcune proprietà critiche di quattro diversi tipi di dispositivi di movimentazione sono riportate nella Tabella 4. I dati si basano sulle schede tecniche di un dispositivo specifico, ma l'intenzione è che il campione selezionato indichi le differenze tra le categorie dei dispositivi. 

Proprietà del dispositivo di movimentazione	Limitazione per la cabina dell'ascensore		Transpallet manuale Toyota LHM300	Transpallet elettrico Toyota LPE220	Carrello retrattile elettrico Ancora FM-X 14	Carrello elevatore Toyota8FBEK16T
Ultra-Grande	Carico massimo utilizzabile	kg	3000	2200	1400	1600
Auto-massa	Carico massimo utilizzabile	kg	105	826	3470	3002
Centro di gravità (vuoto)1	Caricamento del pattino guida, ecc.	mm	362	all'275 ottobre	all'547 ottobre	all'1027 ottobre
Posizione delle ruote anteriori1	Caricamento davanzale	mm	950	957	348	all'317 ottobre
Larghezza	Quantità massima di pallet in base alla superficie	mm	520	730	1270	1060
Lunghezza posteriore1		mm	365	714	1252	1880
1) Dalla superficie anteriore della forcella

Utilizzando i due casi di carico e le proprietà dei dispositivi di movimentazione sopra menzionati, è stata effettuata un'analisi di carico con pallet EUR per cabine di ascensori con carichi nominali di 2500 e 5000 kg. Nell'analisi è sempre stata riscontrata una certa distanza dalle pareti dell'auto, pertanto, sebbene conservativi, gli scenari analizzati non rappresentano i casi peggiori in assoluto. I risultati sono mostrati nella Tabella 5. Le aree di interesse sono il carico sulla soglia e il baricentro. Il requisito del carico sulla soglia è del 60%·g·Q secondo EN 81-20 5.7.2.3.6 e dell'80%·g·Q secondo ASME A17.1 8.2.2.6. Poiché il peso del dispositivo di movimentazione rientra nel carico nominale, il carico sulla soglia pari all'85%·g·Q della norma EN 81-20 non è applicabile in questo caso.

Carico dell'auto Q	kg	2500				5000
Larghezza x profondità dell'auto	mm	1800x2700				2600x3400
Dispositivo di movimentazione	Quantità di pallet	Peso del pallet	Carico sul davanzale1	Centro di gravità2		Peso del pallet	Carico sul davanzale1	Centro di gravità2
		kg		W	D	kg		W	D
Transpallet manuale	1	2395	69%	25%	23%	3000	43%	15%	18%
	4	598	19%	1%	1%	1223	18%	1%	10%
Transpallet elettrico	1	1674	56%	25% (17%)	13% (16%)	2200	36%	15% (11%)	13% (13%)
	4	418	18%	1%3 (0%)	0% (0%)	1043	18%	4% (0%)	3% (9%)
Carrello retrattile elettrico	1					1400	58%	12% (7%)	3% (8%)
Carrello elevatore	1					1600	83%	23% (8%)	2% (9%)
Carico sulla soglia rispetto al carico nominale della cabina Baricentro rispetto al centro dell'auto come percentuale della larghezza (W) e della profondità (D) dell'auto. I valori senza parentesi includono il mezzo di movimentazione, i valori tra parentesi includono solo i pallet. Solo le ruote anteriori in macchina

Lo spostamento del baricentro dal centro della cabina secondo EN 81-20 è del 12.5% in direzione della profondità e della larghezza. L'offset in direzione della larghezza secondo A17.1 Fig. 8.2.2.5.1 è del 25%. Come accennato, nella direzione approfondita non c'è una regola esplicita in A17.1. I carichi causati dallo spostamento del baricentro influiscono, tra l'altro, sul dimensionamento della guida e sulla distanza tra i supporti.

Da questa analisi si possono trarre i seguenti risultati:

1. Il carico sulla soglia del 60%·g·Q può essere superato con dispositivi di movimentazione leggera, a condizione che il carico nominale della cabina sia piccolo e che i singoli pallet caricati siano pesanti. 
2. Il carico sulla soglia del 60%·g·Q può essere superato anche con dispositivi di movimentazione pesante, anche se il peso del dispositivo di movimentazione è considerato nel carico nominale. 
3. Il presupposto del baricentro della norma EN 81-20 può essere superato con pallet singoli pesanti con carichi di piccole e grandi dimensioni con la maggior parte dei dispositivi di movimentazione, mentre l'offset del 25% secondo ASME A17.1 sembra coprire bene gli scenari con pallet singoli pesanti pallet.
4. Per più pallet più leggeri, sia i requisiti di carico sulla soglia che quelli di baricentro coprono gli scenari analizzati con ampio margine.

Analisi e risultati del modello a elementi finiti

5.1 Descrizione del modello

L'analisi del modello agli elementi finiti (FEM) consiste in due diversi modelli di sistemi di imbracatura in cui il carico applicato varia tra il caso di carico sulla soglia EN 81-20 al 60% e il dispositivo di movimentazione del carico selezionato, transpallet elettrico.

I componenti critici, che sono al centro dell'analisi del carico, sono definiti negli standard degli ascensori e possono anche essere identificati come risultato dell'analisi FEM del livello dell'ascensore. Lo standard per ascensori ASME A17.1 identifica come componenti critici dal punto di vista del carico dell'ascensore la trave superiore dell'imbracatura, i montanti dell'imbracatura, la trave inferiore dell'imbracatura, i davanzali, il pavimento, le guide e le staffe.[4] L'analisi FEM aiuta a identificare i componenti sottoposti a sollecitazioni maggiori in diversi casi di carico. Ad esempio, ASME A17.1 non identifica il fissaggio superiore della cabina come un componente critico dal punto di vista del carico, ma, a seconda del progetto del fissaggio, è comunque un componente sotto stress durante la situazione di carico. Con le piattaforme isolate a molla, il carico applicato sulla soglia provoca una componente di forza orizzontale sul fissaggio superiore della cabina dove il movimento orizzontale è limitato, e quindi provoca stress. Pertanto, nell'analisi si dovrebbe considerare il fissaggio della parte superiore della cabina. Le principali componenti considerate nell'analisi sono mostrate nella Figura 4.

Per l'analisi sono stati modellati due modelli FEM, uno considerando un carico nominale di 2500 kg e l'altro considerando un carico nominale di 5000 kg. I modelli FEM con le dimensioni della piattaforma specificate possono essere visualizzati nella Figura 5. Il materiale compensato è stato utilizzato nel pavimento come superficie superiore. Altri materiali nell'assieme sono considerati acciaio strutturale.  

La mesh degli elementi finiti è visibile nella Figura 6. È stata applicata una dimensione dell'elemento di 10 mm. Tutti i profili delle travi e le parti delle piastre sono stati modellati con elementi guscio. Il profilo della soglia è stato modellato con elementi pieni. Tutti i bulloni sono stati modellati come elementi trave collegati ai loro fori da elementi rigidi e non è stata applicata alcuna pretensione perché non significativa in questo studio. Tra i componenti, che sono in contatto tra loro tramite collegamento a bullone, sono stati utilizzati contatti senza attrito. In caso di connessioni saldate sono state utilizzate connessioni incollate o topologia condivisa. Questi sono stati considerati metodi di modellazione sufficientemente accurati considerando l’ambito dello studio.

Per rappresentare la sospensione 1:1, lo spostamento remoto, dove lo spostamento era fissato nella direzione Y, è stato aggiunto a un punto remoto (C). Il punto remoto era fissato alla trave superiore con elementi deformabili. La massa della cabina è stata applicata in un punto remoto (B) fissato ai fissaggi superiori della cabina e ai tre lati del pianale mediante elementi rigidi. Per il modello Q=2500 kg è stata applicata la massa dell'auto pari a 2000 kg e per Q=5000 kg la massa applicata dell'auto è stata pari a 4000 kg. Il carico sulla soglia è stato applicato sul profilo della soglia su un'area che rappresenta le dimensioni delle ruote del dispositivo di carico (casi di carico del transpallet elettrico) o centralmente come carico lineare (casi di carico EN 81-20). I carichi e le condizioni al contorno sono presentati nella Figura 7.

5.2 Risultati

I risultati utilizzati per il confronto tra i diversi scenari di carico sono presentati nella Figura 8. Dai risultati delle sollecitazioni, si può vedere che, secondo questo studio, il fissaggio superiore della cabina e la soglia sono i componenti più sollecitati durante il caricamento di un ascensore. L'utilizzo di travi della piattaforma con isolamento a molla aumenta il momento nel fissaggio superiore della cabina e, quindi, i livelli di sollecitazione sono aumentati. La soglia è sotto stress perché il carico viene applicato sulla soglia. La struttura della soglia influenza i livelli di sollecitazione in modo tale che il posizionamento di eventuali irrigidimenti rispetto alla carreggiata del dispositivo di movimentazione del carico influenza i risultati delle sollecitazioni. Pertanto, la progettazione della struttura della soglia dovrebbe considerare il dispositivo di movimentazione del carico utilizzato. I risultati dello spostamento del pavimento della cabina includono lo spostamento totale e in direzione Y della struttura del pavimento durante il carico. Lo spostamento è la somma della deflessione dei diversi componenti e della compressione delle molle della piattaforma elastica durante il carico. 

Conclusioni 5.3

Per il modello Q=2500 kg, i valori di sollecitazione tra i casi di carico del transpallet standard ed elettrico erano simili. I valori di sollecitazione sono, nella maggior parte dei casi, inferiori al limite di snervamento del materiale. Poiché lo scopo di questo studio era solo quello di confrontare le diverse situazioni di carico con una struttura di imbracatura semplificata, i fattori di sicurezza non sono stati considerati. L'uso del carico standard per la progettazione dell'ascensore non porterebbe a una soluzione sostanzialmente sovraingegnerizzata anche se si utilizzassero solo dispositivi leggeri per la movimentazione del carico. 

Per il modello Q=5000 kg le differenze sono più sostanziali. Dai componenti osservati, la variazione più elevata delle sollecitazioni può essere osservata nel fissaggio superiore della cabina e nella soglia. Ciò è prevedibile, poiché il carico viene applicato direttamente sulla soglia, il che provoca elevate sollecitazioni nella struttura della soglia. Con piattaforme di cabina isolate, il carico sulla soglia provoca anche un momento elevato sul fissaggio superiore della cabina.  

Quando si utilizzano dispositivi di movimentazione di carichi leggeri, il carico più critico causato è il carico sulla soglia, anche se il carico è suddiviso equamente tra gli assi rispetto ai dispositivi più grandi. Inoltre, il numero di ruote influenza la distribuzione del carico. Un carico sull'asse inferiore provoca un carico sulla soglia inferiore, che influisce sulla progettazione dell'ascensore. Tra i casi di carico da soglia standard, la regola del carico da soglia EN 81-20 del 60% si adatta meglio ai carichi dei dispositivi di movimentazione di carichi leggeri. Per i carichi elevati, anche la regola del 25% di ASME A17.1 potrebbe talvolta essere applicabile con i dispositivi di movimentazione di carichi leggeri. Sembra chiaro che progettare un montacarichi di alta qualità con carichi sulla soglia dell'85% o 80% potrebbe portare a un inutile rafforzamento del design della soglia, della cabina e dell'imbracatura nel caso in cui vengano utilizzati solo dispositivi di movimentazione del carico leggero. Inoltre, cercare di mantenere lo spostamento della cabina a un livello accettabile con carichi elevati sulla soglia potrebbe portare a soluzioni complicate e costose.

La carreggiata del dispositivo e la posizione del carico sulla soglia influiscono soprattutto sulle sollecitazioni sulla soglia e sull'interfaccia tra soglia e pavimento. Poiché esiste una grande varietà di tipi diversi di dispositivi di movimentazione del carico, definire una carreggiata specifica potrebbe non essere significativo. Si dovrebbe invece verificare il caso peggiore in base al design specifico della soglia. Se è necessario specificare una carreggiata per un dispositivo di movimentazione di carichi leggeri, dovrebbe essere compresa tra 340 mm e 390 mm per corrispondere ai pallet comunemente utilizzati.

6. Discussione

Dall'analisi del carico sui pallet si può concludere che, se l'ascensore è destinato a essere caricato con singoli oggetti pesanti, i requisiti EN 81-20 non sono necessariamente sufficienti. Tuttavia, se le merci vengono caricate su più pallet più leggeri, i requisiti potrebbero portare a un eccesso di ingegneria. Stime adeguate del baricentro possono portare a una riduzione delle dimensioni della guida e ad un aumento della spaziatura tra le staffe.

L'analisi FEM indica che, per le cabine con carico nominale più elevato, l'utilizzo di un dispositivo di carico leggero come base per la progettazione dell'ascensore potrebbe essere vantaggioso, soprattutto in relazione al carico sulla soglia, ma è importante notare che i carichi pesanti possono anche essere trasportati con carichi leggeri. dispositivi di caricamento. L'ottimizzazione dei carichi sulla soglia potrebbe portare a un risparmio cumulativo di materiale sull'intero sistema di ascensori. 

Per garantire un impatto ambientale minimo, dimensionare correttamente sia il baricentro che il carico sulla soglia è particolarmente importante nelle applicazioni a molti piani, poiché il consumo di materiale in eccesso di molti componenti è amplificato dall'altezza della corsa.

Per non compromettere la sicurezza riducendo al contempo il consumo di materiale, il peso massimo delle singole merci dovrebbe essere una parte essenziale delle specifiche dell'ascensore e dovrebbe essere chiaramente indicato agli utenti dell'ascensore insieme al carico massimo sull'asse, correlato al carico sulla soglia. Infine, sarebbe di interesse generale sviluppare standard globali per gli ascensori per prendere in considerazione i dispositivi di movimentazione leggera e utilizzare pallet standard come base per le regole di dimensionamento aiuterebbero il cliente a definire le proprie esigenze di trasporto verticale.

7. Riferimenti

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