Piccole funi – Aspetti per l'utilizzo nell'applicazione degli ascensori

Questa ricerca esamina gli effetti e l'utilizzo di funi di sospensione di piccolo diametro.

Questo documento è stato presentato a Lucerna 2010, il Congresso Internazionale sulle Tecnologie di Trasporto Verticale e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Elevator Technology 18, 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.

Astratto

L'uso di funi di sospensione di diametro inferiore a 8 mm aumenterà in numerose installazioni di ascensori. Le serie di prodotti per ascensori sono già state sviluppate da diversi anni. Le funi di design speciale per queste applicazioni, rispetto ai componenti dell'ascensore convenzionali inclusi nello standard, richiedono uno sforzo maggiore nell'approvazione del progetto e nell'accettazione dell'ascensore effettivo. I certificati di prova rilasciati da Organismi Notificati sono utilizzati per supportare i produttori, attestando l'idoneità delle funi a disegno speciale per l'uso come funi di sospensione per ascensori. Un riepilogo mostra la disponibilità di certificati che coprono tutte le applicazioni anche al di fuori del numero minimo di viaggi depositati in EN81-1. Il fatto di una perizia separata per queste funi permette sia di scendere al di sotto di D/d = 40 sia anche di scendere al di sotto del diametro minimo di 8 mm per le funi specificate nella norma. Assolutamente necessario è un chiarimento dell'aspettativa degli utenti e del tempo di vita delle funi nell'applicazione pratica migliore prima della fase di progettazione e appalto. Il materiale delle pulegge di rinvio è discusso molto spesso in caso di rilevamento affidabile dello scarto della fune. Verrà presentata l'influenza dei covoni di plastica sulla vita e sugli scarti.

1.Introduction

La pressione sui costi e un ambiente competitivo più duro hanno portato in vario modo a soluzioni tecniche modellate esclusivamente da parametri di ottimizzazione dei costi. Tuttavia, in mezzo a tutte queste discussioni sulla limitazione dei costi, non dovremmo mai ignorare i requisiti di sicurezza e affidabilità, in particolare con gli ascensori a puleggia motrice che sono di tale interesse per la sicurezza e l'interesse pubblico.

La fune metallica d'acciaio dell'elemento macchina è l'elemento centrale di qualsiasi sistema di ascensori, influendo sulle caratteristiche prestazionali e sui costi del sistema. Funi più sottili, con lo stesso rapporto di diametro tra puleggia di trazione e fune metallica di acciaio D/d, portano a pulegge più piccole e unità di azionamento più piccole con coppie di uscita inferiori (che determinano i costi). Tuttavia, i diametri di puleggia più piccoli consentono anche uno spazio di installazione più piccolo e, di conseguenza, una testata ridotta. Sono possibili aree del pavimento della cabina più grandi. Ma per quanto riguarda i requisiti relativi alla sicurezza, quando la fune d'acciaio è in funzione, che sono: la durata e il punto di scarto della fune? Mentre scorrono sulle pulegge, le funi di acciaio sono esposte a una serie di sollecitazioni come sollecitazioni di trazione primarie e secondarie, sollecitazioni di flessione, sollecitazioni di pressione e torsionali, nonché usura dovuta ai movimenti relativi tra fune e puleggia e all'interno del fili stessi. È proprio a causa di questo tipo di attrito che la vita utile delle funi d'acciaio non può essere calcolata direttamente anche se si ha un'adeguata conoscenza delle sollecitazioni del filo; invece, tale durata deve essere accertata tramite prove di flessione a fatica. I banchi di prova a fatica a flessione impiegati a tale scopo, le procedure di prova e la valutazione statistica sono descritti in dettaglio in Feyrer2002. Si può notare qui che, oltre alla lunghezza di piegatura, alla resistenza nominale del filo e al diametro della fune, il rapporto tra il diametro della puleggia e la fune e la forza di trazione della fune hanno un effetto significativo sulla durata della fune. Questi parametri giocano quindi un ruolo chiave nell'“Equazione di durata della fune di Feyrer” con la quale si possono descrivere i risultati delle prove di flessione a fatica, ovvero il numero accertato di cicli di flessione fino al punto di scarto. In Feyrer2002 vengono testate e valutate strutture di funi standardizzate e/o utilizzate frequentemente. Inoltre, Feyrer2002 include la presentazione di un metodo con il quale si può prendere in considerazione la deviazione dei risultati del test.

Tuttavia, nel caso di una struttura speciale della fune come ad esempio la Pfeifer DRAKO STX 4, i risultati dei test esistenti non dovrebbero essere accettati troppo facilmente. Al contrario, devono essere ricreati i corrispondenti principi di base per l'equazione della durata di servizio, ciò mediante prove di flessione a fatica regolate con parametri di prova realistici come il rapporto di diametro D/d e la forma della scanalatura, ecc.

In una prima fase, la soglia del diametro d ≥8 mm non è stata rispettata. I rapporti di diametro tra la puleggia e la fune sono stati mantenuti con D/d=40. In una prima fase, le funi da 4 mm e 5 mm hanno ottenuto il certificato di prova di tipo G461 da TÜV Süd, Germania. Questa certificazione si applica ai sistemi di ascensori che utilizzano pulegge di trazione con scanalature a V da g =40° a g =50° e pulegge di guida con scanalature rotonde con un rapporto di diametro D/d=40. In un successivo sviluppo, tuttavia, e per le suddette ragioni di costo, ingombro e superficie utile della cabina, i rapporti di diametro delle pulegge sono stati ridotti a D/d=30. Questi piccoli rapporti D/d sono stati infine inclusi nel certificato di esame di tipo G461/1. Per quanto riguarda la fune Warrington 8x19 IWRC da 250T, è stato possibile anche ridurre almeno le soglie D/d definite nella norma EN81-1 a d=6mm e d=6.5mm per le pulegge di deflessione – ovviamente dopo aver effettuato estesi test di durata – a D/d=25 (G491 e G491/1). Tutti i certificati di prova di tipo di prodotto precedentemente elencati per funi di piccolo diametro

hanno inoltre in comune che il coefficiente di sicurezza Sf secondo EN81-1, allegato N è calcolato in funzione del numero di pulegge nella zona della fune sottoposta al carico più elevato, della forma della scanalatura, ecc. Uno sviluppo dà luogo a le prossime e nuove richieste e desideri vengono risvegliati. Nel certificato di tipo di prova del prodotto G515, queste soglie di fattore di sicurezza sono superate ma senza trascurare le esigenze di sicurezza poste sui mezzi di supporto. Solo a titolo di promemoria, alcune frasi sul calcolo della durata delle funi in acciaio con i passaggi prove di fatica, calcoli statistici e processo di cumulo.

2. Test a vita

La prova inizia con le prove di fatica a flessione, durante le quali vengono variati i parametri di prova rapporto diametro puleggia su fune D/d, la forza di trazione della fune e la scanalatura. La figura 1 mostra i banchi di prova a fatica a flessione nel Technical Competence Center Pfeifer DRAKO di Mülheim ad Ruhr, in Germania. Questi banchi di prova a fatica a flessione sono praticamente identici alle macchine descritte in Feyrer2002 e quindi, per questo motivo, faremo a meno di una descrizione dettagliata e rimanderemo il lettore alla letteratura.

Tutto ciò che occorre ricordare qui è che, durante le prove di flessione a fatica, sono state conteggiate rotture di filo nelle zone di flessione per lunghezze di riferimento di l=6xdiametro nominale fune d e l=30xdiametro nominale fune d e che è stato misurato il diametro fune . I criteri di scarto per le funi in acciaio STX 4 da applicare sono rotture del filo per lunghezze di riferimento l=30xd e l=6xd e una diminuzione del diametro del 6% (che è intensificata rispetto alla DIN 15020 con il suo 10% rispetto al diametro nominale della fune) .

I parametri di prova per le prove di flessione a fatica sono impostati in modo tale che la durata della prova possa essere mantenuta entro limiti ragionevoli e che il contenuto delle informazioni in termini di successive applicazioni dell'ascensore non venga sommerso.

Per le prove con cave a V o cave tonde con sottosquadro, abbiamo scelto coefficienti di sicurezza di Sf,min=10. Questi fattori di sicurezza minimi non si verificano effettivamente nell'applicazione successiva, ovvero i risultati delle prove di flessione a fatica devono essere estrapolati in una certa misura. Stesso discorso per le prove con le scanalature tonde che sono state effettuate con coefficienti di sicurezza relativamente bassi

Sf <8. Un confronto con il numero di cicli di flessione accertato da Feyrer2002 – per strutture di fune simili, con i coefficienti di sicurezza della fune testati e con i rapporti D/d – mostra che le funi DRAKO raggiungono un numero di cicli di flessione quattro volte superiore fino al punto di scartare. Tuttavia, per sicurezza, vengono utilizzati fattori di aumento più piccoli per l'ulteriore calcolo del numero di viaggi previsti fino al punto di scarto.

3. Distribuzione e deviazione di probabilità

Altri dettagli significativi – a volte celati dietro i requisiti di base – includono la tensione uniforme delle funi disposte in parallelo e la deviazione delle proprietà delle funi all'interno di un dato lotto in un periodo di osservazione più lungo. Inoltre, i produttori di funi devono anche essere in grado di rispondere a domande come quale influenza abbia l'impiego di pulegge di guida in plastica sulla durata di servizio della fune e, soprattutto, sulla determinazione del punto di scarto. Prendiamo come esempio la deviazione. Da un lotto di produzione di fune STX 4 (Seale 6x17 WSC d=4mm) di circa 8,000 m, abbiamo prelevato campioni di fune in cinque punti diversi e li abbiamo sottoposti a prove di flessione a fatica. Le prove sono state tutte condotte sullo stesso banco prova a fatica utilizzando parametri di prova costanti. Il numero di cicli di flessione fino al punto di scarto così determinato è stato quindi registrato su un grafico di probabilità – Figura 2. Si può affermare che il numero di cicli di flessione fino al punto di scarto può essere descritto in modo eccezionalmente accurato sulla base di una distribuzione log-normale. La deviazione standard – caratterizzata dalla forte pendenza della retta di regressione – con lgs=0.038 è relativamente piccola e si colloca al limite inferiore della deviazione riportata in Feyrer2002 per diversi test basati sullo stesso lotto. Il valore medio è qui addirittura più di 2.5 volte superiore ai risultati riportati in letteratura. Si può inoltre affermare che la deviazione per lotti di produzione diversi rientra nello stesso intervallo.

4. Processo di cumulo

Per calcolare il numero di corse è stato preso il numero di cicli di flessione fino al punto di scarto delle funi in acciaio nella scanalatura tonda e nelle scanalature di forma, supponendo che la sezione di fune più sollecitata scorra sulla puleggia di trazione con forma scanalatura e su due pulegge di guida con scanalatura tonda con piegatura singola, Figura 3.

Secondo la regola Palmgren-Miner, il numero di viaggi previsti è quindi

5. Certificato di esame del tipo G515

Le definizioni di cui alla EN 81-1, allegato N, danno luogo a un azionamento a fune la cui durata è limitata e in molti casi, ad esempio nel settore medio e alto, è considerata bassa. Va tenuto presente che l'intento di questo metodo di calcolo è principalmente quello di soddisfare gli obiettivi di sicurezza.

Tuttavia, il mondo degli ascensori e dei montacarichi è molto diversificato. In completo contrasto con gli impianti ad alta frequentazione discussi sopra, nel campo degli ascensori residenziali o quando si tratta di impianti notoriamente poco frequentati, la definizione fornita dalla EN 81-1, Allegato N, è definita troppo “lussuosa”. Quando si ha a che fare con questo tipo di ascensore, la soluzione ovvia è quella di progettare l'azionamento a fune in modo tale da ridurre il rapporto D/d e i fattori di sicurezza per risparmiare i costi legati alla trazione e consentire anche l'ottimizzazione dello spazio di installazione. Tuttavia, come ci si potrebbe aspettare, rapporti D/d inferiori e fattori di sicurezza della fune riducono la durata della fune.

Per la fune d'acciaio DRAKO tipo 250T d = 6 mm, d = 6.5 mm e d = 8 mm, il numero di viaggi da scartare è calcolato praticamente per qualsiasi rapporto di diametro tra puleggia e fune opzionale, fattori di sicurezza indipendentemente dalla EN 81 -1 calcolo e scanalature della puleggia di forma diversa. Ciò vale qui per un caso in cui la sezione di fune esposta alle sollecitazioni più elevate scorre sulla puleggia motrice e su due pulegge di rinvio. Vengono analizzati entrambi i diametri identici nelle pulegge di trazione e di rinvio DPulegge di trazione = DPulegge di rinvio e diametri differenti DPulegge di trazione DPulegge di rinvio.

Per le pulegge di trazione vengono utilizzate gole a V da g = 35° a g = 60° e gole a U con angoli di sottosquadro da b = 75° a b = 105°. Si applicano i fattori di riduzione secondo EN 81-1, allegato N. I fattori di riduzione non elencati sono determinati per estrapolazione.

La norma EN 81-1 si basa su un numero minimo di viaggi per l'età di scarto, che in alcuni casi non può essere raggiunto con i suddetti rapporti tra puleggia e diametro della fune. L'obiettivo è ora quello di dimostrare il numero di viaggi che possono essere previsti fino all'età di scarto con i piccoli rapporti D/d per diversi fattori di sicurezza della fune Sf, scanalature di forma diversa e diverse combinazioni di pulegge.

Poiché i parametri di cui ci occupiamo qui non sono convenzionali nel settore della costruzione di ascensori, il calcolo sbaglia dal punto di vista della sicurezza, ad esempio prendendo in considerazione gli aumenti della forza della fune dovuti a tensione irregolare della fune, attrito, accelerazione e così via. Le prestazioni di flessione a fatica più elevate nelle corde DRAKO rispetto alla popolazione totale secondo Feyrer vengono prese "cautamente" in considerazione.

La fune in acciaio DRAKO 250T è destinata agli ascensori sia all'interno che all'esterno dei requisiti previsti dalla norma EN 81-1.

Il coefficiente di sicurezza Sf e/o il rapporto tra il diametro della puleggia di trazione e la puleggia di rinvio D/d può discostarsi dai requisiti della EN 81-1. Se il fattore di sicurezza Sf rientra nei requisiti della EN 81-1, Allegato N, l'ascensore in questione è conforme alla norma. Non sono necessarie misure aggiuntive per il funzionamento. Se il coefficiente di sicurezza Sf è al di fuori dei requisiti della EN 81-1, Allegato N, l'ascensore in questione è uno a “numero di corse ridotto”. Per il funzionamento sono necessarie misure aggiuntive, come un contatore di viaggi affidabile.

Laddove il tratto di fune sottoposto a maggiore sollecitazione percorre la puleggia motrice e due pulegge deviatrici (con la lunghezza di flessione determinata a regola d'arte corrispondente a due interassi tra i piani), il numero di corse previsto può essere stimato per diversi rapporti di diametro D/d e coefficienti di sicurezza- Sf secondo i grafici disponibili, in cui sono stati presi in considerazione “singola varietà D/d” e diversi rapporti D/d per la puleggia di trazione e di rinvio. I valori intermedi possono essere interpolati utilizzando un metodo fornito. Infine, l'intervallo di validità del certificato di prova di tipo G515 è riassunto nella Tabella 1.

6. Pulegge di deviazione in plastica

Il certificato di prova del tipo di prodotto G515 è valido per pulegge di rinvio in acciaio o pulegge in ghisa e plastica. I vantaggi delle pulegge deviatrici in plastica sono da ricercare nel peso contenuto e nel montaggio. Inoltre, la durata è maggiore quando le funi in acciaio passano su pulegge in plastica è maggiore rispetto a quando passano su una puleggia in acciaio dello stesso diametro. Tuttavia, il rilevamento dello stato di usura della sostituzione può essere reso più difficile quando si utilizzano pulegge in plastica a causa di rotture del filo visibili esternamente a lunghezze di riferimento. Tutto sommato, non vi è alcun dubbio circa un rilevamento affidabile di uno stato di usura sostitutiva poiché il passaggio sulla puleggia di trazione con scanalature di forma fa sì che la fune sia soggetta a rotture del filo visibili dall'esterno. Un aspetto interessante nonostante ciò è l'influenza che le pulegge di rinvio in plastica hanno sulle pulegge che vengono ribaltate nell'ascensore a frizione. A tale scopo sono state effettuate prove di flessione a fatica, durante le quali la zona sottoposta a maggior carico scorre sempre sopra la puleggia deviatrice e la puleggia frizionata. Sono state effettuate prove comparative con pulegge deviatrici in acciaio e in plastica, ciascuna abbinata alla puleggia frizionata in acciaio. La puleggia di rinvio è stata inoltre testata con un rapporto tra puleggia e diametro della fune di D_U/d_nom=40 e D_U/d_nom=25. Un risultato dei test di flessione a fatica è stato che lo sviluppo della rottura del filo è leggermente rallentato quando si utilizzano pulegge di rinvio in plastica, rispetto alle pulegge di rinvio in acciaio. La combinazione puleggia di attrito in acciaio/puleggia di rinvio in acciaio, lo stato di usura sostitutivo è stato raggiunto prima rispetto a quanto avvenuto con la combinazione puleggia di attrito in acciaio/puleggia di plastica. Le prove sono proseguite con una volta raggiunta la sostituzione dello stato di usura ed è stata quindi interrotta ad un ciclo di piegatura di N = 2 milioni. Il periodo intercorso tra il raggiungimento dello stato di usura di sostituzione e l'interruzione delle prove ha determinato il raggiungimento di un numero di cicli di flessione che corrispondono ad un minimo di 3 anni di sollevamento per un impianto fortemente frequentato. Le corde non si erano rotte in quel momento. Le funi di prova che sono state utilizzate per la successiva prova di trazione per determinare la forza di rottura residua sono state gettate su entrambi i lati. Durante le prove di trazione, la zona di flessione era al centro della lunghezza della prova libera. Le forze di flessione reali calcolate delle funi utilizzate si avvicinano ancora al raggiungimento della forza di flessione minima quando la fune è in una nuova condizione.

7. CONCLUSIONE

L'uso di funi sottili negli ascensori a frizione normalmente significa aggirare i requisiti della EN81-1. Tuttavia, questo non può sacrificare la sicurezza degli utenti. Ampie misure aggiuntive forniranno la prova dell'equivalenza della nuova soluzione con i requisiti degli standard, oltre a un organismo notificato documentato nei certificati di prova del tipo di prodotto. Azionamenti a costi ottimizzati sono possibili anche per ascensori a pulegge a frizione poco e moderatamente frequentati. Una riduzione dei costi lato comando va sempre di pari passo con una riduzione del rapporto puleggia/fune D/d. Questa riduzione è limitata dai requisiti della EN 81-1. Il certificato di prova del tipo di prodotto G515 di Pfeifer DRAKO e le misure aggiuntive in esso formulate è supportato in tempi di sicurezza, aprendo la strada a sistemi con praticamente qualsiasi forma di puleggia di attrito, rapporti di diametro di D/d ≥ 25 e fattori di sicurezza della fune che si discostano dai metodi di calcolo della EN 81-1, allegato N. La scelta di pulegge deviatrici in acciaio o in plastica non ha alcun effetto sul rilevamento dello stato di usura di sostituzione delle funi d'acciaio interessate.

Referenze
Feyrer, K. (2002). Drahtseile. Springer Verlag Berlino 2002