Cavo d'acciaio

Considerazioni sullo standard ASME A17.6 per i sistemi di sospensione degli ascensori e sui corrispondenti requisiti A17.1/B44

di Louis Bialy, Miles P. Lamb e Martin Rhiner

La fune d'acciaio (SWR) è utilizzata da molti anni come elemento fondamentale nel settore degli ascensori. Infatti, la SWR è stata utilizzata per le sospensioni degli ascensori, così come nei sistemi di compensazione e come componente importante dei sistemi di regolazione della velocità. È emersa un'ampia gamma di SWR e sono in uso numerose configurazioni diverse. Alcune delle varietà più comuni di SWR includono la costruzione regolare sinistra e destra e quella a passo lungo, con configurazioni preformate e non preformate. Le SWR possono essere realizzate con molti tipi diversi di filo, dal ferro all'acciaio ad alta resistenza, comprese varianti con proprietà di resistenza alla corrosione. Costruzioni a trefolo come Warrington, Seale e filler sono di uso comune, e sono presenti anche vari materiali per l'anima, come fibre naturali e sintetiche, nonché funi metalliche indipendenti. SWR con dimensioni nominali imperiali, così come varianti metriche, sono utilizzate anche in Nord America e in altre parti del mondo.

Intorno al 2000, si riconobbe che, nonostante l'utilizzo di SWR per molti anni, la norma ASME A17.1/CSA B44 presentava relativamente poca specificità in materia di SWR. Inoltre, iniziarono a emergere nuove tecnologie per i mezzi di sospensione, come le funi in fibra aramidica (AFR) e gli elementi di sospensione in acciaio rivestito elastomerico non circolari, comunemente denominati "cinture in acciaio rivestito" (CSB). Divenne evidente che sarebbe stato utile uno standard che potesse essere utilizzato per garantire l'applicazione sicura di queste tecnologie. A supporto di ciò, il Comitato per gli Standard A17 avviò l'elaborazione di uno standard completo destinato a coprire i principali mezzi di sospensione attualmente in uso e a prevedere l'inclusione di nuove tecnologie. Lo standard A17.6, emerso da questo sforzo, includeva requisiti di resistenza e materiali, nonché criteri per l'applicazione, il collaudo, l'ispezione, la sostituzione, l'identificazione e l'ordinazione di SWR, AFR e CSB.

Sono state inoltre sviluppate le corrispondenti modifiche al codice A17.1/B44 per adeguarsi alla norma A17.6 sui mezzi di sospensione. Sono stati sviluppati criteri completi di collaudo, ispezione e sostituzione per tutti i mezzi di sospensione. Sono stati inoltre elaborati requisiti per i mezzi di compensazione e le funi di limitazione, con il risultato di mettere a disposizione del settore ascensoristico un insieme di disposizioni all'avanguardia.

Sviluppo dello standard

Nello sviluppo dello standard, sono stati studiati approfonditamente i CFA attualmente in uso in Nord America e in altre parti del mondo. È stata fatta leva sulla base di conoscenze di utilizzatori con esperienza di lunga data e si è chiesto in numerose occasioni il parere del Wire Rope Technical Board (un gruppo composto da esperti dei produttori di cavi metallici). Anche l'esperienza di utilizzatori in Europa e altrove, dove i CFA con regolatore da 6 mm erano autorizzati da molti anni, è stata sfruttata per lo sviluppo di proposte per la norma A17.6.

Nello sviluppo dei requisiti per AFR e CSB, nonché per i reattori a bagno d'olio di piccolo diametro (4-8 mm), sono stati analizzati i risultati di test approfonditi e sono state valutate le prestazioni, l'affidabilità e la durabilità di questi elementi. Sono state inoltre effettuate visite ai principali laboratori, impianti di prova e stabilimenti che hanno supportato lo sviluppo, il collaudo e la produzione di AFR e CSB in preparazione dello standard A17.6. La bozza dello standard e le corrispondenti modifiche al codice A17.1/B44 hanno superato il rigoroso processo di approvazione richiesto dall'American Society of Mechanical Engineers (ASME) e dall'American National Standards Institute, incluso il processo di revisione pubblica. Infine, sono stati pubblicati lo standard A17.6-2010 e i corrispondenti requisiti A17.1/B44.

Intorno al 2000, si è riconosciuto che, nonostante l'uso dei reattori a bagno d'olio per molti anni, il codice ASME A17.1/CSA B44 era relativamente poco specifico in relazione ai reattori a bagno d'olio.

A17.6 Parte 1: Reattori SWR in carbonio intrecciato

Questa parte della norma riguarda i reattori a clade semplice (SWR) da 4 a 38 mm per sospensione e compensazione. Descrive configurazioni preformate, non preformate, con anima in fibra e acciaio, nonché numerose tipologie costruttive e materiali. Vengono inoltre forniti criteri dettagliati di ispezione e sostituzione. Questa parte riguarda anche i modelli di funi a sei, otto e nove trefoli. Vengono inoltre trattate le dimensioni dei reattori a clade semplice (SWR) ≥ 6 mm per le funi del regolatore. Sono documentate le norme ASME, ASTM International e ISO (International Organization for Standardization) pertinenti relative ai reattori a clade semplice e ai loro componenti. Gli elementi di base di un reattori a clade semplice tipico sono definiti e illustrati nella Figura 1.

Vengono fornite informazioni di base sulla funzione e il posizionamento dei fili, tra cui la stratificazione dei fili, la finitura e la qualità del rivestimento. Vengono definiti i "livelli" o i "gradi" di resistenza alla trazione per i fili in vari gradi di SWR.

La norma descrive la costruzione dei trefoli come illustrato nelle Figure 2-5. Questi possono essere "tondi" o "tondi compattati" e con diverse "lunghezze di avvolgimento" e direzioni di avvolgimento. La costruzione a avvolgimento parallelo comprende almeno due strati di fili, disposti nella stessa direzione, con tutti gli strati di fili aventi lunghezze di avvolgimento uguali. I fili degli strati sovrapposti sono disposti parallelamente tra loro per un contatto lineare tra i fili. Le costruzioni più comuni dei trefoli sono Seale, Warrington e filler.

La Parte 1 della norma descrive anche i materiali più comuni per i nuclei dei SWR. Si tratta di nuclei in fibre naturali come canapa o sisal, nuclei in fune metallica indipendente e nuclei in polimero solido (Figura 6).

La Parte 1 della norma A17.6 descrive in dettaglio la costruzione e le proprietà dei SWR. I tipi di SWR più comunemente utilizzati sono monostrato e multistrato con trefoli "rotondi" e "rotondi compattati" (Figura 7). La classificazione dei SWR comporta una descrizione del numero e del tipo di trefoli e del numero di fili per trefolo, nonché della costruzione dei trefoli e del materiale dell'anima. Le forze di rottura minime per vari gradi di fune imperiali come ferro, trazione, altissima resistenza, nonché i corrispondenti gradi di fune metrica, sono riassunte nell'Appendice I obbligatoria. La norma descrive anche l'avvolgimento dei SWR (sinistro o destro, normale o Lang) e le relative lunghezze. I SWR a avvolgimento normale sono facilmente riconoscibili, poiché l'allineamento dei fili nei trefoli è assiale, mentre l'allineamento dei fili nell'avvolgimento Lang è trasversale (Figura 8). I SWR a avvolgimento normale presentano in genere un allungamento inferiore rispetto ai SWR a avvolgimento Lang, mentre l'avvolgimento Lang consente maggiori proprietà di trazione.

La Parte 1 della norma A17.6 fornisce inoltre informazioni sulle proprietà, le caratteristiche dimensionali e le tolleranze dei reattori a bagno d'olio. Vengono inoltre fornite informazioni sui test dei reattori a bagno d'olio e sulla conformità ai requisiti normativi, nonché informazioni su ordinazione, imballaggio e identificazione. Vengono inoltre trattati in dettaglio i criteri di sostituzione in termini di rotture del filo di corona e valle, riduzione del diametro e segni di sverniciatura.

A17.6 Parte 2: Corde in fibra aramidica

Questa parte della norma copre i requisiti generali per i cavi di trazione a trazione (AFR) a fini di sospensione e compensazione. Vengono identificati gli standard ASTM, ASME, ISO e altri standard pertinenti relativi ai materiali e ai metodi di prova. Vengono definiti e descritti il ​​materiale e le proprietà delle fibre, gli elementi portanti, il materiale di rivestimento delle funi e le proprietà meccaniche. Vengono specificati i requisiti di resistenza alla trazione delle fibre e di allungamento percentuale. Gran parte della terminologia è identica a quella applicabile ai cavi di trazione a trazione (SWR). Vengono inoltre affrontate le dimensioni, la geometria e le tolleranze dimensionali.

Sono inclusi i parametri di riferimento per le sezioni trasversali circolari e non circolari. Sono specificate le metodologie di prova e i mezzi per garantire la conformità, inclusi i processi di controllo qualità richiesti. Sono forniti criteri dettagliati di sostituzione e limite di vita utile, in termini che devono essere ispezionabili visivamente, meccanicamente o elettronicamente.

Le sostituzioni degli AFR devono essere eseguite con componenti identici a quelli originali. L'intero set di elementi di sospensione deve essere sostituito se un elemento è danneggiato o non idoneo all'uso. I danni alla copertura AFR che causano usura o danneggiamento degli elementi portanti richiedono la sostituzione dell'intero set di elementi. La sostituzione è necessaria se viene raggiunto il limite di resistenza a fatica o il limite di usura abrasiva interna di un elemento. Se la resistenza residua di un elemento si riduce al 60% della resistenza originale richiesta dal codice, tutti gli elementi devono essere sostituiti.

A17.6 Parte 3: Elementi di sospensione in acciaio rivestiti in elastomero non circolari

Questa parte della norma copre i requisiti generali per i CSB a scopo di sospensione e compensazione. Vengono identificati gli standard ASTM, ASME, ISO e altri relativi ai materiali e ai metodi di prova. Gran parte della terminologia è identica a quella applicabile ai SWR. Gli elementi portanti sono costituiti da cavi d'acciaio, ciascuno dei quali è composto da trefoli d'acciaio disposti elicoidale attorno a un trefolo centrale. I cavi sono disposti parallelamente e stampati all'interno di un rivestimento elastomerico. Il rivestimento mantiene i cavi nelle rispettive posizioni e fornisce trazione. La forza di trazione viene trasmessa ai cavi. Vengono inoltre affrontate dimensioni, geometria e tolleranze dimensionali. Vengono definiti e descritti il ​​materiale e le proprietà dei cavi, il materiale del rivestimento elastomerico e le proprietà meccaniche. Vengono specificati la costruzione di fili, trefoli e cavi, i materiali e le proprietà meccaniche. Vengono inoltre specificate le metodologie di prova e i mezzi per garantire la conformità, inclusi i processi di controllo qualità richiesti. 

I criteri dettagliati per la sostituzione e la durata utile sono forniti nella Parte 3 della norma. Le sostituzioni devono essere identiche a quelle degli elementi originali e l'intero set deve essere sostituito. La sostituzione è richiesta in caso di rottura di un singolo CSB o di danni al rivestimento che espongano un qualsiasi trefolo di un cordone a usura o danneggiamento, o in caso di rottura di un elemento portante. La sostituzione dell'intero set è richiesta anche in caso di raggiungimento del limite di durata a fatica o del limite di usura abrasiva interna.

Se la resistenza residua di un elemento si riduce al 60% della forza di rottura nominale richiesta dal codice, tutti gli elementi devono essere sostituiti.

Requisiti del codice A17.1/B44 corrispondenti

La norma A17.6 è citata nella norma A17.1/B44. I requisiti specifici relativi ai mezzi di sospensione nella norma A17.1/B44 sono stati sviluppati per facilitare l'applicazione sicura dei sistemi di sospensione, compensazione e regolatore.

I fattori di sicurezza (FOS) per SWR, AFR e CSB si basano generalmente sulla velocità degli elementi di sospensione. AFR e CSB hanno requisiti di resistenza residua aggiuntivi pari almeno al 60% della forza di rottura nominale. Per SWR con regolatore con 6 < D < 9.5 mm, il FOS è ≥ 8, mentre per SWR con D ≥ 9.5 mm, il FOS è ≥ 5. È opportuno notare che gli SWR di diametro inferiore richiedono FOS più elevati.

Tutti gli ascensori a trazione richiedono un sistema di rilevamento della perdita di trazione, che rileva il movimento relativo tra il mezzo di sospensione e la puleggia motrice. In caso di perdita di trazione, l'alimentazione viene interrotta dal motore e dal freno della macchina motrice. È richiesto un ripristino manuale tramite una chiave di Gruppo 1. Il sistema deve essere testato secondo le procedure specifiche descritte nel codice e i criteri di manutenzione per il sistema di rilevamento della perdita di trazione devono essere inclusi nel programma di controllo della manutenzione (MCP).

Per gli AFR, i CSB e gli SWR di piccolo diametro (4-8 mm) sono richiesti due tipi di test ingegneristici. Il primo test consiste nello scorrimento dell'elemento sulla puleggia alla velocità di ispezione con una tensione corrispondente alla capacità massima. L'elemento supera questo test se resiste per 4 minuti in queste condizioni.

Il secondo test ingegneristico richiede tre prove successive (all'incirca sulla stessa porzione dell'elemento) in condizioni di arresto di emergenza a velocità nominale e con una tensione corrispondente alla capacità massima. L'elemento supera la prova se non subisce danni tali da richiedere la sostituzione.

Inoltre, gli ascensori dotati di AFR, CSB e SWR di piccolo diametro (4-8 mm) richiedono un sistema di rilevamento della rottura di un elemento di sospensione che arresti l'ascensore a una velocità controllata al piano successivo per il quale è stata registrata una richiesta e non lo riavvii fino al ripristino manuale. Anche gli ascensori dotati di SWR di diametro compreso tra 8 e 9.5 mm richiedono un sistema di rilevamento della rottura di un elemento di sospensione, a meno che non abbiano un FOS (Forza di Rottura) non inferiore a 12. È inoltre richiesto che gli ascensori dotati di AFR e CSB siano dotati di un sistema di rilevamento della resistenza residua che intervenga prima che la resistenza di qualsiasi elemento di sospensione si riduca al 60% della sua forza di rottura nominale e arresti l'ascensore al piano successivo disponibile e non lo riavvii fino al ripristino manuale. Sia la rottura delle sospensioni che la resistenza residua devono essere testate secondo le procedure specifiche descritte nel codice e i criteri di manutenzione per questi sistemi devono essere inclusi nel MCP.

Osservazioni conclusive

La norma A17.6 e i corrispondenti requisiti del codice A17.1/B44 rappresentano lo stato dell'arte dei requisiti per i mezzi di sospensione degli ascensori, applicabili in molte parti del mondo. Con l'affermarsi di nuove tecnologie, queste saranno aggiunte alla norma A17.6 e i requisiti corrispondenti saranno presi in considerazione per l'inclusione nella norma A17.1/B44.