Modellazione e analisi di staffe per binari di guida e parti di fissaggio

di Serkan Elmalı, Adem Canda ¸ s, Eren Kayao ˘g lu, C. Erdem Imrak e Sefa Targit

Questo documento è stato presentato a USA 2012, il Congresso Internazionale sulle Tecnologie di Trasporto Verticale e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Elevator Technology 19, 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.

Parole chiave: binari di guida, staffe per binari di guida, metodo degli elementi finiti

Astratto

Tutti i tipi di ascensori hanno binari di guida che guidano la cabina e il contrappeso nella loro corsa verticale e fermano e trattengono la cabina sull'applicazione del paracadute sono le più importanti in termini di sicurezza dell'ascensore. Le staffe del binario di guida sono posizionate a distanze regolari l'uno dall'altro lungo il binario per fissare il binario all'albero e anche fissati alla guida del binario e all'albero con l'ausilio di parti di fissaggio (clip e bulloni). In questo studio, sono state modellate le staffe dei binari di guida e le parti di fissaggio per l'ancoraggio dei binari di guida per l'analisi agli elementi finiti. L'analisi delle sollecitazioni e della flessione delle staffe della rotaia di guida è stata eseguita per diverse condizioni di carico e diversi punti di applicazione delle forze tra due staffe della rotaia.

1. introduzione

Tutti i tipi di ascensori hanno binari di guida che guidano la cabina e il contrappeso nella loro corsa verticale e fermano e trattengono la cabina sull'applicazione del paracadute sono le più importanti in termini di sicurezza dell'ascensore. Le staffe del binario di guida sono posizionate a distanze regolari l'uno dall'altro lungo il binario per fissare il binario all'albero e anche fissati alla guida del binario e all'albero con l'ausilio di parti di fissaggio (clip e bulloni). In questo studio, sono state modellate le staffe dei binari di guida e le parti di fissaggio per l'ancoraggio dei binari di guida per l'analisi agli elementi finiti. L'analisi delle sollecitazioni e della flessione delle staffe della rotaia di guida è stata eseguita per diverse condizioni di carico e diversi punti di applicazione delle forze tra due staffe della rotaia. Inoltre, l'apparato di prova è stato progettato per l'analisi sperimentale delle sollecitazioni di clip e bulloni durante l'applicazione di diverse condizioni di carico.

Le guide degli ascensori sono componenti dei sistemi di ascensori che definiscono il percorso lungo il quale viaggiano gli ascensori (Targit, 2002). In circostanze normali, i binari di guida definiscono semplicemente i percorsi degli ascensori lungo i quali gli ascensori percorrono e si presume che siano risparmiati dai carichi e dalle forze imposte alle cabine degli ascensori (Demirsoz et al, 2005). Durante la corsa dell'ascensore, le forze saranno relativamente basse, soprattutto se la cabina è ben bilanciata e il carico è ben distribuito.

Gli altri carichi esercitati sulle rotaie proverranno dal funzionamento dei paracadute in condizioni di emergenza (Targit, 2002). I carichi esercitati possono essere molto elevati, a seconda del tipo di paracadute (Imrak et al 2006).

In pratica le guide della cabina vengono fissate in due modi differenti, nella parte superiore del pozzo (guida pensile) o in fossa e le staffe guida sono posizionate a distanze regolari tra loro lungo la rotaia per sostenere la rotaia (Koc et al,2010). I carichi di punta soggetti ai dispositivi di sicurezza che agiscono sulle rotaie di guida sono parametri importanti nei calcoli delle rotaie di guida. Il carico verticale (F_k) fa cedere il binario di guida in caso di intervento del dispositivo di sicurezza in discesa quando i binari di guida sono fissati alla fossa. In questo caso, le staffe del binario di guida e le clip di fissaggio del binario non sono soggetti a carichi estremi perché i carichi di instabilità verticale sono presenti nella fossa (Kiral et al, 2004).

Sono stati condotti considerevoli studi di ricerca su staffe e clip per binari di guida per ascensori (Koc et al 2010; Kiral et al 2004). Koc ha esaminato l'analisi delle sollecitazioni delle staffe delle guide per la diversa distribuzione del carico in diverse situazioni operative. Kiral ha studiato l'assieme del binario di guida e della staffa del binario di guida per diversi possibili casi di carico definiti nella norma EN 81-1:1998.

In questo studio, i calcoli di sollecitazione e deformazione della rotaia di guida (T90) sono stati eseguiti secondo la norma EN-81 durante il funzionamento del paracadute. Il binario di guida, le staffe del binario e le clip sono stati modellati ed è stato eseguito il modello a elementi finiti dell'assieme del binario di guida. L'analisi delle sollecitazioni agli elementi finiti delle staffe e delle clip del binario di guida è stata eseguita prendendo come riferimento le forze verificatesi sui calcoli del binario di guida. Gli studi su questo argomento, in particolare sulle staffe per binari di guida, non sono sufficienti in letteratura. In questo studio, si mira a superare le carenze esistenti prendendo come riferimento alcuni studi fatti in precedenza.

2. Staffa per binario di guida

Per un viaggio sicuro, fluido e confortevole, le staffe per binari di guida sono i componenti più importanti insieme ai binari di guida. Le staffe per binari di guida vengono utilizzate per l'installazione dei binari di guida sulla parete e sono generalmente realizzati piegando lamiere. Durante l'assemblaggio dei binari di guida alle staffe dei binari, vengono utilizzati diversi tipi di clip (Koç, 2009).

Sebbene attualmente non siano disponibili standard per il calcolo di clip e staffe, è fondamentale considerare l'azione del paracadute e in particolare le forze generate tra la clip e la rotaia di guida a causa dei cedimenti dell'edificio e delle dilatazioni causate dalle variazioni di temperatura. La scelta del tipo di staffa dipenderà dalla clip utilizzata, poiché le sollecitazioni nella staffa sono correlate al coefficiente di attrito tra la clip e la rotaia di guida (Sanz et al, 2008).

La staffa del binario di guida e il design della clip sono importanti in quanto questi elementi forniscono i mezzi per mantenere i binari in allineamento. Per installazioni basse, è possibile utilizzare clip in acciaio forgiato per tenere rigide le rotaie. Per installazioni superiori a 20 m, sono preferiti i fermagli a molla perché consentono la compressione dell'edificio. Tutti gli edifici si espandono, si contraggono e si spostano in una certa misura e l'allineamento delle rotaie ottenuto durante l'installazione iniziale dovrebbe essere mantenuto mentre ciò si verifica. Anche in questo caso più alto è l'edificio e veloce l'ascensore, più critico diventa questo aspetto (Guida CIBSE D).

Durante l'installazione, il binario di guida deve essere spostato in una posizione di montaggio corretta prima che le staffe possano essere fissate per fissare il binario di guida in posizione. Le staffe spesso ruotano con il movimento della rotaia di guida provocando una torsione indesiderata e il bloccaggio delle clip contro la rotaia di guida. Inoltre, il movimento della rotaia di guida per l'allineamento e per compensare le incongruenze nella rotaia di guida non sono facilmente adattati con clip di rotaia convenzionali. Di conseguenza, è desiderabile sviluppare e progettare una staffa di montaggio che sia regolabile per accogliere binari di guida di diverse dimensioni e che possa essere fissata in modo mobile al binario di guida per facilitare l'installazione all'interno di un vano corsa (Koc et al, 2010).

3. Modello agli elementi finiti

In questo studio, il calcolo del binario di guida dell'ascensore è stato eseguito prendendo come riferimento un progetto di ascensore di esempio. Le forze sui binari applicate dai pattini da cabina sono state calcolate secondo i principi contabili della norma TS EN81-1. I conti delle forze della rotaia di guida, i valori di sollecitazione e flessione sono stati utilizzati come condizioni al contorno per l'analisi agli elementi finiti delle staffe di rotaia. Al fine di analizzare il comportamento statico delle rotaie di guida e delle staffe delle rotaie durante l'introduzione del paracadute, i parametri di montaggio relativi alla cabina e alla rotaia di guida sono stati riportati nella Tabella 1 (Elmalı, 2011).

Il metodo degli elementi finiti è una procedura numerica che può essere applicata per ottenere soluzioni a una varietà di problemi di ingegneria. La previsione accurata delle sollecitazioni sperimentate sulle rotaie di guida può essere ottenuta solo attraverso l'applicazione di tecniche di ingegneria computazionale. Le soluzioni agli elementi finiti per binario di guida e mensole costituiscono principalmente approcci bidimensionali statici alle sollecitazioni (Moaveni, 1999).

Dopo il calcolo delle rotaie di guida, verrà eseguita e interpretata l'analisi delle sollecitazioni agli elementi finiti delle staffe delle rotaie. Dalla modellazione ai risultati dell'analisi, sono stati utilizzati molti programmi. Questi programmi e le fasi sono mostrati nella Figura 1.

La rete ad elementi finiti delle rotaie di guida e degli elementi di fissaggio delle rotaie modellata in Solidworks è stata creata in Hypermesh. La lunghezza totale del binario è di 5000 mm e la distanza tra le staffe del binario è di 2000 mm. In questo studio, rispetto agli studi precedenti, è stato utilizzato il modello completo (sia il movimento centrale che quello inferiore) al posto del modello a metà (solo il movimento centrale o il movimento centrale). Non è stato ritenuto necessario creare una rete ad elementi finiti dei dadi e dei bulloni poiché le condizioni al contorno dei bulloni verranno definite durante l'analisi.

Durante la creazione del modello agli elementi finiti delle rotaie, sono stati utilizzati elementi prismatici rettangolari con 8 punti di nodo ed elementi prismatici triangolari con 6 punti di nodo. Il numero e i tipi degli elementi utilizzati nel modello sono riportati nella tabella 2 (Elmalı, 2011).

In questo studio, il materiale del binario di guida, della staffa del binario di guida selezionato in base al binario di guida e del binario fissato nella linguetta è stato selezionato come acciaio St37. L'elasticità del materiale St37 è stata definita nel programma Hypermesh. I valori inseriti nel programma per questa definizione;

• Caratteristiche del materiale: isotropo lineare
• Modulo di elasticità: 2,1 x 10⁵ N / mm²
• Tasso di veleno: 0,3

Se le parti dell'assieme si spostano durante l'analisi o ciascuna parte mostra un comportamento diverso durante l'analisi, è necessario definire le proprietà di contatto tra le parti. Per definire l'interazione tra le parti non connesse che lavorano insieme, sono stati selezionati tutti gli elementi ed è stata definita la proprietà di 'contatto' tra di loro. Dopo la descrizione del coefficiente di attrito tra le parti, viene presa in considerazione la proprietà di attrito.

Le condizioni al contorno e i carichi sono forniti nel programma Patran che è l'interfaccia del programma risolutore agli elementi finiti Nastran. In questo modello sono state applicate 3 diverse condizioni al contorno. Questi sono:

a) In questo studio, si presume che le rotaie di guida siano supportate sul fondo del vano ascensore. Per questo motivo il binario di guida utilizzato per il montaggio è stato fissato come supporto ancorato dai punti collegati con piastre di collegamento (dai fori dei bulloni).

b) La connessione bullonata tra le staffe del binario e le linguette è stata definita con elementi rigidi. Analogamente, la connessione bullonata tra le staffe è stata definita con elementi rigidi.

c) In questo studio, la superficie della mensola, che era fissata alla superficie della parete, è stata definita ancorata in quanto le mensole sono state fissate sulla parete del pozzo mediante saldatura.

La maggior parte dei sistemi strutturali con piccole deformazioni (la direzione della forza applicata non cambia dipende dalla deformazione della parte), materiali elastici (non si osserva deformazione plastica) e carichi statici (non cambia dipende dal tempo di caricamento) può essere risolto con l'analisi statica lineare. Secondo questa definizione, per la soluzione di questo sistema è stata scelta l'analisi statica lineare.

4. Risultati numerici e computazionali

Sollecitazioni e flessioni sulle rotaie di guida, che possono essere utilizzate per l'installazione di un sistema di ascensore con una capacità di 10 passeggeri in un edificio di 16 piani, calcolato secondo la norma EN 81-1. Sono stati effettuati calcoli del binario per lo stato di lavoro del gruppo paracadute per una situazione di cabina sospesa e guidata centralmente. Per il sistema di paracadute è stato utilizzato un sistema di paracadute con frenatura a slittamento. Non c'è nessun dispositivo per aiutare le rotaie di guida. In questo studio, la situazione della cabina sospesa e guidata centralmente e le relative dimensioni sono mostrate nella Figura 3 (Imrak et al, 2008b).

Per analizzare la distribuzione delle sollecitazioni e le flessioni della staffa e delle clip del binario di guida, il software NASTRAN è stato selezionato come strumento di analisi agli elementi finiti. Con l'analisi del modello agli elementi finiti, le cui condizioni al contorno e carichi sono stati dati nel programma di interfaccia Patran, sono stati ottenuti i valori di sollecitazioni e flessioni sulle staffe delle guide in Nastran. Il binario di guida è supportato all'estremità inferiore nella fossa e le staffe del binario di guida sono posizionate a distanze regolari l'uno dall'altro lungo il binario di guida (Janovsky, 1999). Per registro di carico della cabina da 800 kg, distanza di 200 mm tra il baricentro del registro di carico e l'asse della rotaia, impatto del punto medio del paracadute sulla situazione della rotaia, i valori di sollecitazione sulle staffe della rotaia di guida sono mostrati nella Figura 4 e, i valori di flessione sono mostrati in Figura 5.

Il valore di sollecitazione più alto era 44,1 MPa ed era in un punto vicino ai punti di montaggio dei bulloni sul movimento centrale. Simile a questo, sono state generalmente osservate elevate sollecitazioni in una regione vicino ai punti di montaggio dei bulloni. Il valore massimo di deflessione era 0,367 mm ed è stato visto sul movimento centrale collegato al binario. I punti di deflessione massimi sulle staffe inferiori e sulle staffe superiori non erano negli stessi punti. Erano simmetrici. Perché le forze di reazione sulle staffe a causa dell'instabilità della rotaia e della flessione della rotaia sono opposte.

Le analisi sono state ripetute per diversi carichi in cabina e diverse distanze tra il baricentro del registro di carico e l'asse della rotaia. I risultati di questa analisi e i valori massimi di sollecitazione sulle staffe inferiori e superiori sono stati riportati nella Figura 6 e nella Figura 7 a confronto tra loro.

La deflessione massima dei valori del movimento centrale e del movimento centrale sono stati forniti rispettivamente nella Figura 8 e nella Figura 9 in confronto l'uno con l'altro.

Come si evince dai grafici precedenti, all'aumentare della distanza tra i baricentri del registro di carico della cabina e l'asse della rotaia, aumentano i valori di sollecitazione e flessione. Come previsto, i valori di sollecitazione e flessione aumentano con l'aumento del registro di carico della cabina.

5. CONCLUSIONE

In questo studio, le sollecitazioni e le flessioni delle rotaie di guida vengono esaminate con il metodo numerico, d'altra parte, le staffe di rotaia utilizzate per supportare le rotaie a parete vengono esaminate con il metodo degli elementi finiti. Per mostrare gli effetti dell'offset dell'asse viene fornito un esempio. In questo caso vengono esaminati per confronto 2000 mm di distanza verticale tra le staffe del binario di guida nel binario di guida T70/B, il metodo degli elementi finiti risulta come dato diversi offset degli assi nelle figure. I valori delle sollecitazioni e delle flessioni ottenuti da Nastran sono aumentati all'aumentare del range (xQ). Oltre a questo, sono state osservate elevate sollecitazioni nel punto di montaggio dei bulloni. I punti di deflessione massimi sulle parentesi inferiori e superiori non erano negli stessi punti; ma erano simmetriche. Perché le forze di reazione sulle staffe a causa dell'instabilità della rotaia e della flessione della rotaia sono opposte.

Riconoscimento

Questa ricerca fa parte del lavoro per il progetto "Modelling and Analysis of Elevator Guide Rail Brackets under Dynamical Loading Condition" finanziato dall'ITU Research Fund.

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