Vita più lunga per i gradini delle scale mobili

LU è pioniera nell'arte di prolungare la durata dei gradini delle scale mobili nel Regno Unito

La metropolitana di Londra (LU) elimina ogni anno un numero significativo di gradini di scale mobili in acciaio in base ai criteri stabiliti nello standard di categoria 1 delle scale mobili LU. Il tuo autore ha esaminato la possibilità di allentare i criteri rigorosi per i difetti di saldatura (riducendo così i costi di rottamazione), garantendo nel contempo la sicurezza.

Lo standard LU impone che un campione minimo di 10 gradini da ciascuna scala mobile debba essere ispezionato formalmente ogni anno per indicazioni sospette. Un passaggio non supera il test se si riscontrano difetti in un metallo non saldato (madre) o se si trova una crepa più lunga di 5 mm nell'area in cui la saldatura incontra il metallo originario. In entrambi i casi, il gradino verrà sostituito con uno nuovo al costo di circa 750 GBP (US $ 969). Ulteriori ispezioni vengono effettuate su una scala mobile in cui anche uno dei suoi gradini risulta contenere un'indicazione sospetta.

Difetti nelle saldature dei gradini possono svilupparsi a causa di errori di fabbricazione o danni da fatica dovuti a carichi ciclici, quest'ultimo dei quali si manifesta più frequentemente nelle saldature che nel metallo originario. L'autore ha esplorato metodi per garantire la loro integrità strutturale con un criterio meno impegnativo: modificare la lunghezza accettabile del difetto di saldatura da 5 a 10 mm. Stiamo cercando di scoprire e svelare l'arte di prolungare la durata dei gradini delle scale mobili senza compromettere la sicurezza. Sono stati pianificati e messi in atto programmi teorici e sperimentali per verificare questo problema e porre nuove basi per lo sviluppo futuro della materia.

Le scale mobili sono soggette a un numero significativo di sollecitazioni cicliche. L'effetto cumulativo di questi cicli nella struttura a gradini ha il potenziale per avviare crepe, specialmente in punti sensibili, come le saldature. È, quindi, molto importante che il comportamento dei passaggi sia pienamente compreso in modo che non vi sia il rischio che si sviluppi una condizione pericolosa.

Simulazione e test

È stata analizzata una simulazione di diverse lunghezze di cricche nella saldatura tra la parte superiore del braccio del giogo del gradino e il piatto (Figura 1). È stato riscontrato che dopo un aumento iniziale del livello di sollecitazione, non vi è alcun aumento all'apice della cricca quando la cricca è lunga 20 mm. Questa scoperta ha un effetto significativo sul modo in cui i gradini con crepe sono gestiti e garantiti per la sicurezza, specialmente se supportati da prove sperimentali.

Prima dei test di laboratorio, è stata condotta un'indagine di simulazione al computer di analisi degli elementi finiti (FEA) per valutare l'impatto di diverse lunghezze di cricca in un'area specifica del passaggio in cui è tradizionalmente presente un'indicazione simile a una fessura. Principi simili sono applicati in molti settori, come il trasporto ferroviario (materiale rotabile) e l'aeronautica.

Abbiamo effettuato una prova su un gradino con una fessura nella giunzione tra il braccio del giogo e la padella utilizzando un banco di prova (Figura 2). La lunghezza della cricca è stata monitorata e misurata per 10 milioni di cicli sotto carico torsionale (torsione orizzontale del gradino), che è considerata la fonte più significativa di sollecitazione del gradino. Deriva da irregolarità nel sistema di tracciamento della scala mobile su cui scorrono i gradini. Se un difetto è stabile fino a 10 milioni di cicli a ±3 mm di torsione, allora è stato raggiunto il limite accettato, oltre il quale non può verificarsi ulteriore propagazione della cricca secondo gli standard europei e britannici.

Le letture della deformazione sono state tracciate rispetto al numero di cicli (Figura 3). Gli indicatori di monitoraggio sono stati montati in punti diversi della fase. Gli indicatori non hanno mostrato alcuna variazione significativa nel numero di cicli, ad eccezione degli estensimetri 6 e 7, che hanno mostrato variazioni. L'estensimetro 6 ha mostrato il livello di sollecitazione dove si presenta la fessura (aumentato poi diminuito a causa del trasferimento del carico). Tuttavia, l'estensimetro 7 ha mostrato che la sollecitazione ha iniziato ad aumentare moderatamente quando il fermo ruotava (opposta al lato del gradino che presentava la fessura) durante il test.

Le misurazioni frequenti delle lunghezze delle fessure hanno mostrato un aumento da soli 20 a 24 mm su 0.7 milioni-4.7 milioni di cicli (Figura 3, linee di marcatura). FEA e test hanno contribuito a garantire che questo tipo di gradino della scala mobile con questo difetto è sicuro da utilizzare nel servizio clienti. Ciò è stato supportato da un esame regolare e non distruttivo di un campione di gradini di ciascuna scala mobile in servizio. I test hanno concluso che un difetto di 10 mm è accettabile.

Ringraziamenti

Il tuo autore desidera ringraziare il Dr. Tony Miller, con L&E Engineering, e Benjamin Wilson, un ingegnere laureato che ha aiutato a impostare il test qui descritto, per la loro assistenza.