Projeto de treliça para escada rolante

A análise numérica dos subsistemas e das cargas de passageiros contra a estrutura da escada rolante, em conformidade com a norma EN 115, é explicada e demonstrada.

As treliças das escadas rolantes são fabricadas para a instalação de subsistemas, como o motor, a caixa de engrenagens e o painel de controle. Qualquer deflexão não padronizada da treliça pode afetar outros dispositivos e diminuir a vida útil das peças e a segurança. Uma deflexão não padronizada pode afetar o sistema de trilhos e causar uma operação irregular e inconveniente. Neste artigo, a deflexão e a tensão na treliça serão calculadas de acordo com a norma EN 115, considerando as cargas dos subsistemas e dos passageiros.

Introdução

As escadas rolantes são compostas por diversos elementos mecânicos e elétricos, o que as torna dispositivos eletromecânicos complexos. Seus motores e caixas de engrenagens são as principais partes responsáveis ​​por gerar a energia que movimenta as rodas dentadas nos eixos principais: essa rotação aciona as correntes e os degraus sobre os trilhos. Painéis de controle e outros dispositivos de segurança garantem o funcionamento seguro das escadas rolantes.

Um componente essencial em qualquer sistema mecânico é a estrutura. Em projetos complexos (como os de aviões ou espaçonaves), a estrutura é crucial. A treliça da escada rolante, como estrutura principal, deve ser projetada de acordo com os critérios especificados pelas normas.

Nathan Ames, um advogado de patentes de Saugus, Massachusetts, é creditado com a patente da primeira "escada rolante" em 1859. Ele observou que os degraus poderiam ser estofados ou feitos de madeira e sugeriu que as unidades poderiam beneficiar pessoas com mobilidade reduzida em uma residência. Em 1889, Leamon Souder patenteou com sucesso a "escadaria", um dispositivo semelhante a uma escada rolante que apresentava uma "série de degraus e elos unidos". Em 1892, Jesse W. Reno patenteou o "Elevador ou Transportador Infinito", que ele chamou de "elevador inclinado". Em 2004, Osman Altuğ Akyol descreveu a análise de resistência da estrutura da escada rolante utilizando o método dos elementos finitos e o cálculo do sistema de acionamento. Em 2016, K. Bhaskar e B. Subbarayudu estudaram o material da treliça e a análise estática.

Especificações técnicas da escada rolante

Neste estudo, uma escada rolante típica e suas especificações técnicas foram consideradas como os principais parâmetros para o projeto e análise da treliça (Tabela 1). Os parâmetros são definidos como:

• Altura: distância vertical entre os pisos superior e inferior, na qual a treliça é fabricada.
• Ângulo (de inclinação): ângulo máximo entre o degrau e a linha horizontal. A treliça é fabricada de acordo com essa área inclinada.
• Largura do degrau: largura dos degraus móveis, sobre os quais o peso dos passageiros é exercido e transferido para a estrutura.
• Largura da treliça: largura da treliça pré-fabricada, dependente da largura do degrau.
• Comprimento da treliça: comprimento da treliça fabricada, que depende do ângulo e da altura.

De acordo com a norma EN 115, a treliça deve estar em conformidade com a fórmula de deflexão. A treliça suporta dois tipos de carga. O primeiro é a carga exercida pelos subsistemas, como o motor e o corrimão. O segundo é a carga distribuída exercida pelos passageiros. As cargas dos subsistemas estão listadas na Tabela 2 (tanto cargas concentradas quanto distribuídas).

A carga distribuída devido aos passageiros, de acordo com as diretrizes da norma EN 115 para carga distribuída, é a seguinte:

A área de carga é calculada da seguinte forma:

onde Ws é a largura do degrau e L é o comprimento da treliça. De acordo com a Tabela 2, cada força com um número de linha específico será mostrada nos diagramas (Figuras 1 e 2).

Modelo de Elementos Finitos

Após a modelagem da treliça, os elementos de viga e casca são atribuídos no ABAQUS/6.10. Os elementos de viga são considerados como cantoneiras de aço e os elementos de casca como placas de intradorso. A espessura da placa de intradorso é considerada como 3 mm. Os nós e elementos são mostrados na Figura 3.

restrições

Cada estrutura de escada rolante deve ter no mínimo dois apoios definidos para suportar as cargas. Neste estudo típico, um apoio adicional no meio é projetado como apoio intermediário. A estrutura não apresenta deslocamento na área dos apoios na direção z.

Análise de deslocamento e tensão

Após a geração da malha e a análise de acordo com o contorno de deslocamento, a deflexão máxima é de 8.47 mm.

A análise e os resultados da tensão foram divididos entre as áreas das chapas de intradorso e do aço angular. O contorno de tensão máxima ocorreu no aço angular, atingindo 102.08 MPa.

Resultado

Deslocamento da estrutura

De acordo com a norma EN 115, o deslocamento da estrutura deve ser:

em que ω é a deflexão máxima e L é o comprimento da treliça. Portanto:

ω = 8.47

8.47 <18.89

Isso garante a compatibilidade.

Como o metal utilizado na estrutura é o ST37, o fator de segurança na análise de tração é calculado da seguinte forma:

Isso garante a compatibilidade.

Conclusão

Com um único apoio intermediário, o requisito técnico padrão é atendido. Os pontos críticos da treliça são definidos e ela fica melhor reforçada. Este método pode ser aplicado a qualquer outra questão sobre a necessidade de apoio adicional. Em estudos futuros, este método poderá ser desenvolvido em um software de fácil utilização e aplicado para encurtar ou estender a treliça, bem como para projetar treliças reforçadas de grandes dimensões sem apoio intermediário em projetos especializados.

Referências
[1] George R. Strakosch e Robert S. Caporale. Manual de Transporte Vertical, Quarta Edição. John Wiley and Sons (2010).
[2] Osman Altuğ Akyol. Análise de resistência da estrutura da escada rolante usando o método de elementos finitos e cálculo do sistema de acionamento. Escola de Pós-Graduação em Ciências Naturais e Aplicadas (setembro de 2004).
[3] K. Bhaskar e B. Subbarayudu. “Design and Analysis of Escalator Frame,” International Journal of Advanced Scientific Technologies in Engineering and Management Sciences, Volume 2, Issue 9 (sept. 2016).
[4] Canny Group Co., Ltd. “Relatório Técnico” (2007).
[5] Comité Europeu de Normalização. EN 115-1:2008: “Segurança de escadas rolantes e esteiras rolantes — Parte 1: Construção e Instalação” (2008).