Flessione inversa e suoi effetti sulle funi di sollevamento

di Serdar Tavaslıoğlu

Nei video di formazione sull'assemblaggio che ho pubblicato, c'erano domande sulle pulegge che causano la flessione inversa, che è stata menzionata nella sezione sul posizionamento della macchina. È stato chiesto quali punti devono essere considerati nel caso di utilizzo di pulegge che provocano la flessione inversa nelle funi di sollevamento, e su quale base si richiede che la distanza tra le pulegge sia 60 volte il diametro della fune. La situazione menzionata nel video di addestramento era principalmente correlata alle pulegge fisse poste davanti o dietro la puleggia motrice, con senso di rotazione opposto alla puleggia motrice. Se queste pulegge non sono installate correttamente, accorciano la durata della fune e, cosa più importante, influenzano la capacità di trazione dell'ascensore in un modo che mette a rischio l'uso dell'ascensore. La rottura del filo della fune e il bloccaggio della fune (pizzicamento della fune e non scivolamento tra le pulegge a flessione inversa) sono tra i problemi importanti negli ascensori. Questi problemi dovrebbero essere esaminati uno dopo l'altro.

Flessione sui cavi di sospensione dell'ascensore

Come è noto, le funi di sospensione negli ascensori sono tra i principali componenti dell'ascensore in termini di funzionamento e sicurezza. Le corde sono classificate, fabbricate, sottoposte a manutenzione e testate in base a vari standard. E vengono rimossi dal funzionamento in caso di condizioni negative specificate negli standard. Esistono studi ed approfondimenti abbastanza approfonditi sulle funi che sono uno dei principali componenti di vari prodotti a fianco degli ascensori. 

Le proprietà generali delle funi in acciaio sono definite nella serie di norme TS EN 10264. Per le procedure di campionamento e prova, si utilizza la norma "EN 10264-1 Fili e prodotti in filo d'acciaio - Fili d'acciaio per funi - Parte 1: Requisiti generali". La classificazione e i requisiti delle funi in base agli usi sono forniti nella serie EN 12385. Tra queste, la norma "EN 12385-5 Funi in acciaio - Sicurezza - Parte 5: Funi a trefoli per ascensori" definisce le funi da utilizzare negli ascensori, mentre la norma EN 81-20/50 si basa su di essa per le proprietà delle funi utilizzate negli ascensori. Le regole per l'esame e lo smaltimento delle funi sono spiegate nella norma "ISO 4309 Gru - Funi metalliche - Codice di pratica per l'esame e lo smaltimento". Per le pratiche di sollevamento, si può utilizzare anche la norma "ISO 4344 Funi in acciaio per ascensori - Requisiti minimi". Oltre a queste, esistono numerosi codici di pratica e norme riguardanti le funi.

Sono stati pubblicati vari articoli sugli usi, le pratiche e la manutenzione delle corde. È anche possibile beneficiare delle pubblicazioni dei nostri stimati professori su questi argomenti. Alcune di queste pubblicazioni includono.

1. Transmission Technologies Congress 2003 Atti, “Asansör Halatları ve Mekanik Yapıları” e “Asansör Tesislerinde Bakım ve Yöntemleri” C.Erdem İmrak, Recep Demirsöz 
2. “İletim Teknolojisinde Kullanılan Tel Halatların Bakımları” Adalet Zeren, Hülya Yetiştiren
3. Atti del Lift Symposium 2006, “Asansörlerde Kullanılan Çelik Tel Halatlar, Seçim ve Bakım Yöntemleri” Serpil Kurt, C. Oktay Azeloğlu
4. II. Tecnologie di manutenzione Atti del congresso e della mostra 2005 “Asansör Tesislerinde Askı Halatlarının Koruyucu Bakım Esasları” Erdem İmrak, İsmail Gerdemeli, MC Fetvacı 
5. “Asansör Halatları” Güven Kutay-Günhan Yanbay  

Questi preziosi studi dei nostri professori possono essere esaminati. Informazioni dettagliate sulle funi di sollevamento possono essere ottenute da questi articoli. Per quanto riguarda il nostro argomento, uno dei motivi per le rotture del filo nelle funi è spiegato come la flessione inversa nelle funi in questi articoli. Quando si esaminano le suddette pubblicazioni, si vede che la sicurezza e la durata della fune sono determinate da vari fattori. In caso di sospensione diretta della fune, sarà sufficiente creare un certo fattore di sicurezza in funzione della forza di trazione e scegliere il tipo di fune appropriato in base al tipo di lavoro. Tuttavia, tutti i calcoli cambiano quando sono coinvolte le curve della fune. Perché la flessione porta alla deformazione delle funi e alla rottura prima del previsto, riducendo così la durata delle funi. In un sistema in cui la fune è piegata, i calcoli dovrebbero essere ripetuti di conseguenza.

Nel catalogo denominato PFEIFER-DRAKO_STEEL-WIRE-ROPES, la variazione della fune dovuta alla flessione è riportata con dei grafici. Nella figura 1, solo la parte centrale della fune avvolta attorno a una puleggia rimane alla distanza normale mentre il lato inferiore è più lungo della posizione normale e il lato superiore è più corto della posizione normale. Inoltre, i fili sottoposti a pressione sulla puleggia nella parte inferiore esercitano una pressione sulla parte superiore, come mostrato nella figura 2. Queste forze sulla fune fanno sfregare le anime della fune e i fili dell'avvolgimento esterno ed interno, il formazione di forze superiori al previsto sui fili a causa di forze sbilanciate, rotture dei fili o fatica da flessione.

Varie pubblicazioni su questo argomento sono disponibili online. Rolan Vetreet è un noto praticante e ricercatore sui problemi di flessione della corda. “Calcolo della vita utile delle funi metalliche in acciaio L'ingegnere Roland Vetreet, autore di una pubblicazione intitolata "Calcolo della durata di servizio delle funi in acciaio", ha esaminato il problema della flessione delle funi. In tale pubblicazione, è stata utilizzata la formula per la flessione delle funi elaborata dal professor Feyrer dell'Università di Stoccarda. Da questa formula si evince che il valore equivalente della flessione della fune dipende dal diametro della fune, dal valore della tensione, dal diametro della puleggia, dalla forza agente, nonché da altri fattori (come b0, b1, b2, b3) che saranno determinati dal produttore della fune mediante diverse prove.

In questa formula

• N indica il numero di cicli di piegatura
• d il diametro nominale della fune in mm
• D il diametro della puleggia in mm
• S la fune tira in N
• Ro la resistenza alla trazione nominale del filo in N/mm²

f_d tiene conto dell'effetto scala, f_L la lunghezza della zona di corda più sollecitata e f_E il tipo di anima della fune.

I fattori da b0 a b3 sono parametri specifici della fune che devono essere determinati separatamente in un gran numero di prove di fatica a flessione per ogni singolo progetto di fune.

È possibile calcolare la durata di una fune in base alle sue proprietà e al luogo di utilizzo. Esistono numerose tabelle che illustrano l'impatto di questi fattori sulla durata della fune. Alcune di queste tabelle sono riportate di seguito. I grafici e le relative fonti sono elencati come segue: i grafici in Figura 3, che mostrano le variazioni in funzione del diametro della fune e del diametro della bobina utilizzata, tratti da "Calcolo della durata di servizio delle funi in acciaio, Dipl.-Ing. Roland Verreet"; i grafici in Figura 4, che mostrano la durata in funzione del numero di anime o dello stato di carico delle funi in acciaio o in fibra, tratti dal libro "Progettazione meccanica degli ascensori, terza edizione, Lubomir Janovsky"; i grafici in Figura 5, che mostrano la resistenza alla rottura in funzione del diametro della bobina, delle condizioni di lubrificazione della fune e del numero di fili, tratti dalla pubblicazione "Corde per ascensori Güven Kutay-Günhan Yanbay". Come si può notare dai grafici sottostanti, ogni fattore ha un impatto sulla durata di una fune. Non è possibile fornire un calcolo standardizzato per le funi, il che significa che le funi devono essere utilizzate per ogni macchina in base alla propria classificazione. Pertanto, le funi devono essere scelte tra quelle conformi alla norma EN 12385-5 per funi di sollevamento. Non tutte le funi in acciaio sono funi di sollevamento. I valori del diametro della puleggia e i principi di calcolo delle funi indicati nella norma per funi di sollevamento si applicano alle funi di questa classificazione. Il diametro della puleggia nelle funi conformi alla norma EN 12385-5, sia a compressione che a deflessione, deve essere almeno 40 volte il diametro della fune. Questo valore può variare nelle funi con certificazione speciale.

Poiché ogni diversa flessione provoca una deformazione della fune in base alla sua struttura, è necessario conoscere il numero e il tipo di flessione per calcolare il fattore di sicurezza. La puleggia, che viene accettata come unità per specificare l'intensità della flessione, è quella che chiamiamo "puleggia folle", che non esercita una pressione aggiuntiva sulla fune. La norma EN 81-50, punto 5.12.2.1, stabilisce che ogni flessione deve essere equiparata a una flessione semplice.

Generale 5.12.2.1

"Il numero di curve e il grado di severità di ciascuna curva causano il deterioramento della fune. Questo è influenzato dal tipo di scanalature (a U o a V) e dal fatto che la curva sia invertita o meno. Il grado di severità di ciascuna curva può essere equiparato al numero di curve semplici."

Una curva semplice è definita dal passaggio della fune su una scanalatura semicircolare il cui raggio non supera 0,53 del diametro nominale della fune.

La piegatura semplice è mostrata nell'opzione a. Nell'opzione b, c'è una compressione sulla fune mentre c'è un allargamento sulla fune nell'opzione c, quindi non sono accettate come semplici flessioni. La capacità di trazione negli ascensori a fune si verifica a causa dell'attrito tra la puleggia e la fune. Pertanto, le pulegge di trazione comprimono le funi e la trazione avviene per attrito. Tuttavia, la compressione porta alla deformazione delle funi. 

La compressione delle funi varia in base agli angoli dei fianchi e agli angoli di sottosquadro delle scanalature. Tabella 2 della EN 81-50; 5.12.2.2 mostra i semplici equivalenti di flessione delle pulegge in base al loro stato di scanalatura e angolo (NT). Per le gole a U e il cui raggio di canale non è superiore a 0.53 del diametro nominale della fune, il numero equivalente è accettato come 1 e preso come semplice criterio di flessione. Si noti che una puleggia con scanalatura a V con un angolo di scanalatura di 35 O corrisponde a una flessione semplice di 18.5. Se l'angolo di sottosquadro è di 105 gradi nella scanalatura a U sottosquadro, porta a una deformazione pari a 15.2 piegatura semplice.

Tabella 2 — Valutazione del numero equivalente di pulegge di trazione N_{equivalente(t)}

La direzione in cui ruota la puleggia di trazione nell'ascensore è la direzione di rotazione principale e tutte le altre rotazioni delle pulegge in questa direzione sono considerate curve diritte. Norma EN 81-50; 5.12.2.3 fornisce anche un metodo per il calcolo delle pulegge di deflessione diverse dalla puleggia di trazione. Se la fune formata sulla puleggia di trazione incontra una puleggia di rinvio di diametro diverso (folle), si verifica un'ulteriore deformazione dovuta alla differenza di diametro. Questo impatto può essere trovato calcolando il fattore Kp. Di seguito viene fornita la formula per trovare l'equivalente della puleggia di flessione semplice delle pulegge di deflessione. 

N_p = k_P.(N_ps+4N_pr)

K_P = (d_T/D_S)⁴

N^ps = è il numero di pulegge con curve semplici;

N^pr : è il numero di pulegge con curve invertite; 

K_P : s il fattore di rapporto tra il diametro della puleggia e quello della puleggia. 

D_T : è il diametro della puleggia di trazione; 

D_S : è il diametro medio delle pulegge, puleggia motrice esclusa

N_T ottenuto dal grafico. Dopo il calcolo di N_S, il numero di pulegge a flessione semplici totali equivalenti si trova come  N_E.   N_E = N_T+N_S                

Quindi, vengono eseguiti i calcoli necessari per trovare il fattore di sicurezza della fune (S_f ). (EN 81-50; 5.12.3)

Nella formula data sopra, N_pr: è dato il numero della puleggia di flessione inversa. Per trovare la deformazione di queste pulegge si prende un moltiplicatore quattro volte quello della puleggia diritta in flessione. La ragione di ciò è che la corda di flessione diritta prende forma secondo la direzione di flessione. Viene rimodellato quando è soggetto a flessione inversa e c'è molto più attrito e trazione del normale tra i fili della fune. Nelle pulegge che ruotano nella stessa direzione, la deformazione sarà minore poiché anche l'allungamento e la sagomatura della fune saranno nella stessa direzione, ma nella flessione inversa, la deformazione delle fibre accelererà poiché i movimenti dei fili della fune su entrambe le pulegge allora sarà diverso.

In Figura 8 sono mostrati rotazioni e movimenti della fune in due diverse flessioni.

Se le pulegge di flessione inversa sono troppo vicine tra loro, la fune subirà una flessione inversa prima di avere la possibilità di tornare alla sua posizione normale. In questo caso, possono formarsi spazi vuoti, anelli e nodi tra l'avvolgimento interno ed esterno della fune. Le immagini seguenti sono tratte dal catalogo "Informazioni tecniche sulle funi d'acciaio" di Güven Çelik Halat. 

Questo può essere chiaramente osservato quando le funi vengono srotolate dalle carrucole e avvolte sull'altra carrucola. In caso di sforzo di srotolamento inverso, passanti e occhielli. 

Tali movimenti inversi accorciano più velocemente la durata di una corda. La norma EN 81-50 definisce la piegatura inversa sugli ascensori nell'articolo 5.12.2.3. 

5.12.2.3 Valutazione di Nequiv(p)

"Una curva è considerata una curva inversa solo se la distanza tra i punti di contatto della fune su due pulegge consecutive, che hanno una distanza fissa tra i loro assi, è inferiore a 200 volte il diametro della fune e i piani di curvatura sono ruotati di oltre 1200 gradi."

Secondo questa definizione, la flessione inversa sarà considerata flessione rettilinea se la distanza tra le pulegge è superiore a 200 volte il diametro della fune. Perché la fune è tornata al suo stato normale e non è necessario prendere in considerazione alcun fattore di deformazione in quanto non vi sarà alcuna formazione aggiuntiva. Considerando questo articolo, anche se la cabina e le pulegge collegate al contrappeso sono in stato di flessione inversa, si considera come flessione rettilinea. Sebbene lo standard specifichi una dimensione massima, non impone una restrizione per la dimensione minima nella piegatura inversa. Per questo è necessario consultare i manuali utente delle funi e gli articoli correlati. 

Roland Verreet ha fornito esempi di flessione inversa nel suo articolo sopra menzionato. L'ultimo esempio consiste in una flessione inversa in sé. Sebbene svolga la stessa funzione dell'esempio precedente, è necessario prestare attenzione all'accorciamento della vita della fune dovuto alla direzione di flessione. Se si presta attenzione ai cambiamenti nei periodi di manutenzione che dovrebbero essere eseguiti in base alle caratteristiche della piegatura, si vede che anche il periodo di manutenzione nella piegatura inversa dovrebbe essere ridotto. Sono inoltre riportati i valori del ciclo di piegatura rettilineo (piegatura semplice) da assumere rispetto alla piegatura inversa. È mostrato nel quarto grafico nella figura sottostante che la flessione inversa può corrispondere alla flessione diritta tra 2-9. Questo numero è preso come 4 nell'implementazione dell'ascensore (come indicato nella formula sopra).

Nei manuali utente di varie aziende, la necessità di aprire la distanza tra le pulegge è indicata come una delle principali misure da adottare per ridurre al minimo l'impatto della flessione inversa. “Usha Martin Italia” affermava nel manuale dell'utente delle funi che 100 volte il diametro della fune può essere preso come distanza tra le pulegge per una flessione inversa di 90O, e questa distanza può essere presa meno di 100O per angoli più ampi. Non posso qui fornire le spiegazioni in quanto non è consentito pubblicare l'articolo, ma chi è interessato può scaricare la brochure e visionarla. Se l'angolo della fune della puleggia è 90, L>100O ma se è inferiore a 90, L<100. Questo è vicino e conforme ai valori indicati nel video.

È possibile trovare un altro studio su questo argomento nel libro intitolato “Elevator Mechanical Design Third Edition, by Lubomir Janovsky”, che è un'importante risorsa di progettazione meccanica. Nel suo libro, Janovsky ha realizzato una tabella che mostra il rapporto tra il diametro della fune e la distanza negli studi per ridurre al minimo l'impatto della flessione inversa. Si vede che gli impatti di questa flessione raggiungono un livello accettabile in circa 60 volte il diametro della fune.

Negli anni '90 l'uso della puleggia pressoria negli ascensori era piuttosto diffuso. Tali implementazioni si riscontravano frequentemente nei controlli effettuati in quegli anni. La rottura della corda era abbastanza comune nelle puntate in cui questa pratica veniva eseguita male. Il piegamento inverso della fune dovrebbe essere evitato il più possibile nelle pratiche di sollevamento. Tale uso di pulegge rappresenta sempre un rischio per le funi e la sicurezza dell'ascensore. Poiché la piegatura inversa richiede un fattore di sicurezza maggiore, richiede anche l'uso di una sezione di fune maggiore. I trasferimenti devono essere effettuati in modo tale che non si verifichi flessione inversa nelle trasformazioni dalla puleggia, anche durante lo svolgimento della fune.

L'impatto della flessione inversa sulla capacità di trazione

Nella piegatura inversa, la distanza di 60 di diametro della fune tra le pulegge può essere vista come una condizione di buona pratica ingegneristica piuttosto che un requisito obbligatorio, ma lo scopo di renderlo obbligatorio è più una questione di sicurezza che prevenire la rottura del filo della fune o prolungare la durata della fune. Durante l'ispezione dell'ascensore, il compito dell'ispettore non è controllare il comfort o la qualità dell'ascensore, ma identificare i rischi esistenti. Esiste un altro rischio nell'uso della flessione inversa negli ascensori oltre all'effetto della rottura della fune. La vicinanza della puleggia di pressione alla puleggia di trazione porta al bloccante e questo può ostacolare la condizione della puleggia richiesta al punto c dell'articolo 9.3 della EN 81-1.

UNI EN 81-1+A3; 9.3 Trazione su fune

"La trazione della fune deve essere tale da soddisfare le seguenti tre condizioni:
.........
c) non deve essere possibile sollevare la cabina vuota quando il contrappeso è appoggiato sui respingenti e la macchina di sollevamento è ruotata in direzione “salita”.

Morsetto per corda è un serio rischio per gli ascensori e può portare la cabina a schiantarsi direttamente contro il soffitto del vano senza una misurazione ritardante (come i respingenti). Poiché si presume che la fune scorra attraverso la puleggia motrice se il contrappeso è bloccato, la cabina può rallentare per fermarsi in direzione ascendente posizionando i respingenti sotto il contrappeso. Lo scopo di posizionare questi respingenti è quello di decelerare l'auto mentre si muove verso l'alto. Se le funi non scivolano, non saranno prese misure di sicurezza in salita per le velocità alle quali il regolatore non è coinvolto. Durante il collaudo è stato osservato che il morsetto non si vede spesso negli ascensori con una distanza di 60 volte la distanza della fune tra le pulegge a flessione inversa, e la fune può scorrere verso il lato scarico. In tempi successivi, pratiche difettose possono essere viste anche nelle applicazioni del motore. Poiché nelle applicazioni sotto riportate si è verificato il bloccaggio della fune, le funi non sono scivolate sulle pulegge e la cabina ha continuato il suo movimento verso l'alto nonostante il contrappeso fosse posto sui respingenti nelle prove in pozzo. 

Durante i controlli effettuati a Izmir nel 1998, sono state fatte ricerche su questo argomento presso la Joint Commission on Lift Controls e dopo aver esaminato vari documenti, è stato accettato che una distanza di 60 volte il diametro della fune tra le pulegge in flessione inversa fosse ritenuta appropriata nell'ispezione della patente di sollevamento (era il nome a quel tempo). È stato rilevato che la rottura della fune era relativamente meno comune nelle pratiche con la distanza appropriata tra le pulegge di compressione e le pulegge di trazione e, in molte pratiche, le funi potevano scorrere sulla puleggia senza bloccarle. Anche la ricerca accademica su questo argomento sarà utile. Invece di tali pratiche in cui le pulegge di pressione o le pulegge di ritorno a fune corta, le pratiche come quelle sottostanti che lasciano distanze adeguate tra le pulegge daranno risultati più accurati. 

Anche se le pratiche vengono effettuate come indicato nelle figure sopra, anche se vengono lasciate le opportune distanze, il bloccante può verificarsi in funzione di vari fattori come il tipo di fune, il numero di pulegge di rinvio, il tipo di gola della puleggia di trazione utilizzata, l'angolo di avvolgimento, l'angolo di piegatura inversa, la velocità dell'ascensore, il tipo di carico e altro ancora. Ogni ascensore deve essere testato come definito nell'articolo 6.3.3 della norma TS EN 81-20 prima di essere messo in funzione. 

EN 81-20; 6.3.3 Controllo della trazione (5.5.3)

"La trazione deve essere verificata effettuando diverse frenate con la massima intensità possibile, compatibilmente con l'impianto. ………

Il contrappeso deve essere portato a contatto con il/i respingente/i e la macchina deve continuare a girare fino a quando non si verifica lo slittamento della fune, o se non si verifica lo slittamento la cabina non deve essere sollevata. Si dovrà verificare che il saldo corrisponda a quanto dichiarato dall'installatore. 

Se lo scorrimento della fune non avviene sulla puleggia, valgono le impedimenti di cui al comma c) 2) dell'art 5.5.3 Trazione su fune in TS EN 81-20 M dovrebbe essere preso.

EN 81-20; 5.5.3 Trazione su fune

"……….
c) non deve essere possibile sollevare la cabina vuota o il contrappeso in posizione pericolosa se la cabina o il contrappeso sono in stallo; O:

1) le funi devono scorrere sulla puleggia di trazione; O

2) la macchina deve essere fermata da un dispositivo elettrico di sicurezza conforme a 5.11.2.”

Questo requisito è stato recentemente aggiunto con la EN 81-20. Se non si vede alcuno slittamento, la cabina deve essere assicurata per arrestarsi con un meccanismo di contatto di sicurezza conforme a 5.11.2, a parte gli interruttori di fine corsa. Il fatto che venga utilizzata una distanza di 60 volte il diametro della fune tra le pulegge a flessione inversa non significa che le funi scivoleranno dalla puleggia a seconda delle condizioni sopra menzionate. In ogni ascensore, lo slittamento dovrebbe essere testato in base alle sue caratteristiche specifiche e dovrebbero essere prese le misure di sicurezza necessarie. Soddisfare i requisiti della norma è essenziale. In tali ascensori, il posizionamento del tampone sotto il contrappeso dovrebbe essere visto come una precauzione sufficiente per rallentare la cabina che si ferma in salita, e dovrebbe essere eseguita anche una sospensione della cabina e un'applicazione del tampone sul vano. Perché è l'auto che va protetta, non il tampone. Le pratiche di flessione inversa dovrebbero essere evitate sulle corde a meno che non sia una necessità.