Dispositivi di chiusura per porte di piano

Introduzione

L'articolo 5.3.9.3.4 della EN 81-20 recita: “Nel caso di porte di piano azionate dalla porta di cabina, se la porta di piano si apre per qualsiasi motivo quando la cabina si trova fuori dalla zona di sblocco, un dispositivo (peso o molle) garantiranno la chiusura e il bloccaggio della porta di piano”. L'articolo pertinente indica l'intensità del rischio che può verificarsi quando le porte di piano si aprono. Sebbene ci siano diversi progetti e installazioni di dispositivi di chiusura delle porte di piano, possiamo seguire un percorso comune, che può essere considerato un approccio che include il metodo di progettazione in termini tecnici e l'analisi dei benefici in termini di costi, per analizzare le scelte. Lo scopo qui è quello di determinare un dispositivo di chiusura ottimale della porta di piano con un approccio olistico.

Metodi disponibili

I dispositivi di chiusura e blocco delle porte di piano possono essere modellati come un sistema meccanico completo. I componenti principali di questo sistema sono la massa mobile della porta di piano e un elemento del sistema che accumula energia. Generalmente, per questo elemento del sistema viene utilizzata una molla di estensione o un peso fisso. L'energia cinetica generata dal movimento della porta di piano in direzione di apertura viene trattenuta come energia potenziale dall'elemento accumulatore di energia (molla o peso fisso) del sistema. Questa energia potenziale dovrebbe essere abbastanza grande da superare l'inerzia della massa totale in movimento e da chiudere e bloccare la porta. Al fine di generare energia potenziale sufficiente, una progettazione adeguata per il sistema di accumulo di energia è estremamente critica. In caso contrario, le lacune nella sicurezza saranno inevitabili.

2.1 molle

2.1 .1 Progettazione primaverile

Le molle di estensione immagazzinano energia con energia esterna. In condizioni di esercizio in cui non superano il limite di deformazione elastica, le molle utilizzeranno l'energia immagazzinata per chiudere completamente i pannelli con la minima perdita. Deve essere determinata la forza minima per chiudere e bloccare la porta di piano. Il metodo di analisi dinamica può essere utilizzato per questo calcolo. Al fine di mantenere la sicurezza, queste misurazioni devono essere eseguite alla distanza minima della porta, che è anche la distanza minima di precarico sulla molla. Il design della molla di estensione varia in base alle condizioni dei componenti e alle caratteristiche della molla. Nella progettazione della molla di estensione, è necessario determinare lo spessore del filo, il diametro esterno della molla, la lunghezza libera, il materiale della molla, il numero di spire attive, il tipo di gancio e il campo operativo della forza esterna.

Con questi input progettuali possiamo raggiungere valori di forza limite, costante della molla, sollecitazione di carico minima e massima, forza di precarico richiesta e lunghezza massima della molla. Per determinate forze e proprietà della molla, è necessaria nuovamente un'analisi dinamica nel programma di progettazione. I limiti di funzionamento della porta di piano, il valore della forza di attrito e le proprietà della molla sono definiti nell'analisi. Con queste definizioni, i risultati possono essere creati e interpretati prima di eseguire metodi sperimentali attraverso il grafico Posizione del pannello – Tempo, il grafico Velocità-Tempo del pannello e il grafico Forza-Tempo di primavera.

Le molle a trazione teoricamente progettate e analizzate vengono quindi testate sperimentalmente con un prototipo. Durante la determinazione della costante elastica sperimentale (k), la quantità di allungamento a una certa forza viene esaminata attraverso il sistema di prova della molla a peso libero. 

La forza applicata alla molla (F) viene tracciata in funzione della variazione della lunghezza della molla (x). Viene disegnata una linea lineare che si adatta ai punti dati e l'equazione di questa linea viene mostrata sul grafico. La curva nel grafico forza-estensione fornisce il valore della costante elastica "sperimentale" (k=k').

Per un uso ottimale della molla in cui l'energia potenziale di flessibilità della molla supera la forza di attrito sulla porta di piano e sui pesi del pannello, è necessario considerare i problemi seguenti:

• La lunghezza della molla non deve superare il limite di deformazione elastica
• È necessario eseguire il precaricamento richiesto
• La forza di attrito dovrebbe essere determinata
• È necessario determinare i risultati del progetto per la molla da utilizzare
• Occorre calcolare l'energia potenziale di flessibilità della molla
• È necessario determinare le posizioni di installazione adeguate.
• La formula dell'energia potenziale di flessibilità è: E=1/2 k.x²
• La costante elastica (k), dovrebbe essere determinata in base alle caratteristiche della molla.
• La quantità di allungamento (x) indica l'energia accumulata sulla molla in caso di gioco in cui la molla e il pannello precaricati vengono rilasciati.
• Forza di attrito per i pannelli F_S=k_S .m.g
• Coefficiente di attrito (k_S ), misure di variazione di forza effettuate sperimentalmente mediante analisi dinamica,
• Peso del pannello (m).
• Accelerazione gravitazionale (g)

Con questi calcoli, sarà determinata sperimentalmente e teoricamente la scelta appropriata della molla di estensione.

2.1 .2 Vantaggi e svantaggi delle molle

L'utilizzo di una molla per un dispositivo di chiusura della porta di piano è più economico rispetto all'utilizzo di un peso fisso, ma è rischioso per la dinamica del meccanismo della porta perché la forza della molla varia anche in base al cambio di posizione della porta nel senso di apertura.

L'energia potenziale accumulata dalla molla quando la cabina è fuori dalla zona di sblocco crea la forza minima richiesta per la chiusura e il bloccaggio della porta di piano, come indicato nell'articolo 5.3.9.3.4 della EN 81-20. Quando la porta è completamente aperta, l'energia potenziale accumulata sulla molla produce molta più energia di quella necessaria per soddisfare i requisiti della norma. L'energia potenziale, che varia nella direzione di apertura della porta, influisce sulla dinamica dell'automazione della porta della cabina. Mentre la forza della molla sull'automazione della porta di cabina in senso opposto aumenta durante il movimento di apertura della porta, l'operatore viene forzato inutilmente. Durante il movimento di chiusura della porta, una forza elastica decrescente, che accelera inutilmente la porta e rende difficoltoso il controllo dell'automazione della porta di cabina.

Nel grafico 2 sono riportati i risultati sperimentali ottenuti in precedenti studi di R&S e sono riportati in numeri gli impatti dinamici dell'uso di molle e pesi fissi.[1] In base a questi dati, la forza prodotta dall'operatore della porta mediante una molla è del 24% superiore alla forza prodotta dall'operatore della porta utilizzando un peso fisso.

2.2 Peso fisso

2.2.1 Progettazione a peso fisso

Il peso fisso, che si sposta parallelamente al movimento della porta di piano in direzione di apertura, agisce contro la forza gravitazionale. Quando viene rilasciato, il peso esposto alla forza gravitazionale tenta di chiudere i pannelli delle porte di piano. Poiché la forza creata dal peso fisso in direzione di chiusura è la stessa in ogni posizione della porta, la determinazione del peso fisso è l'unico parametro critico per la progettazione. Per determinare questo parametro è sufficiente trovare il valore della forza di attrito che impedisce il movimento della massa totale. Il peso calcolato dividendo questa forza in accelerazione gravitazionale fornisce il valore minimo richiesto per il peso fisso.

2.2.2 Vantaggi e svantaggi del peso fisso

L'utilizzo del peso fisso per il dispositivo di chiusura delle porte di piano è la pratica più vantaggiosa in termini di dinamica del sistema. Invece di forze variabili che incidono sull'operatore di cabina quando viene utilizzata la molla, qui abbiamo una forza fissa indipendente dalla posizione della porta in apertura o in chiusura. Inoltre, è più costoso a causa del modo in cui il peso fisso è integrato nel meccanismo della porta. La molla viene integrata collegando meccanicamente un'estremità della molla a un punto fisso sul meccanismo e l'altra estremità a una parte mobile sul meccanismo mentre semplici disposizioni meccaniche non saranno sufficienti per integrare il peso fisso. Il peso fisso che si muove contemporaneamente al movimento della porta deve essere guidato all'interno della costruzione della porta. Poiché sono necessari componenti aggiuntivi, il costo aumenterà direttamente.

2. CONCLUSIONE

Entrambi i metodi, utilizzati per soddisfare i requisiti della norma, possono essere implementati in modo diverso in ciascun sistema di porte e possono avere implicazioni diverse. Pertanto, non esiste una scelta assolutamente giusta. Gli impatti delle scelte dovrebbero essere esaminati sia dal punto di vista tecnico che finanziario. Il rapporto costo-beneficio dei metodi applicati è l'indicatore più basilare che determinerà l'accuratezza delle scelte. Pertanto, i dispositivi utilizzati per la chiusura delle porte di piano possono essere ottimizzati dall'ingegneria alla luce di questo indicatore.