Yürüyen Merdiven Kaplama Tasarımı

Güvenlik odaklı yürüyen merdiven muhafaza tasarımının incelenmesi ve vaka çalışması

Yürüyen merdivenin veya yürüyen yolun mekanik olarak hareket eden tüm parçaları, deliksiz paneller veya duvarlar içinde tamamen kapatılmalıdır.

Kullanıcıya sunulan erişilebilir basamaklar, erişilebilir paletler, erişilebilir kemer ve tırabzan bölümü bundan muaftır. Birçok yürüyen merdiven üreticisi, muhafaza cihazı olarak paslanmaz çelik levhalar kullanır, bu nedenle paslanmaz çelik kalınlığı ve tasarımı, üretim maliyetinde büyük rol oynar. Bu makalede, Kirchhoff-Love plaka bükme teorisi ve ABAQUS/CAE 2018 ile sonlu elemanlar yöntemi (FEM) analizine uygun olarak farklı kalınlıklarda çeşitli tasarımlar ele alınacaktır.

İzin verilen değer ve tasarım ölçümleri BS EN 115-1:2017 ile tanımlanmıştır. Plaka sınır koşulunun, “enerji yöntemi” olarak da adlandırılan Ritz yöntemiyle türetilen tamamen kenetlenmiş ve yöneten denkleme eşit olduğu varsayılır.

Giriş

Kaplama, üç amaç için kullanılan yürüyen merdivenin önemli bir parçasıdır:

1. Yürüyen merdiven içindeki hareketli parçalara erişimin engellenmesi[1]
2. Yürüyen merdiven içindeki cihazları rüzgar, yağmur, toz ve diğer olumsuz çevre koşullarından korumak
3. Görünümü iyileştirmek ve yürüyen merdivenin tüm tasarımını daha çekici hale getirmek^[2]

Toplu taşıma yürüyen merdivenlerde kaplama kullanılır. Büyük ölçüde paslanmaz çelikten, yan muhafaza ve altlık (kafes altı muhafaza) için yan kaplama olarak iki parça halinde yapılmıştır. Kamu projelerinin maliyetinde malzeme ve kalınlık önemli rol oynamaktadır. Bu nedenle son derece uygun bir tasarım, birçok birimde maliyetleri düşürür.

1850'de Gustav Kirchhoff, ince levhalar teorisi üzerine önemli bir tez yayınladı. Bu tezde Kirchhoff, artık levha bükme teorisinde yaygın olarak kabul edilen ve Kirchhoff'un hipotezi olarak bilinen iki bağımsız temel varsayımı ifade etmiştir.[3] Klasik veya ince kabuk teorilerinde enine gerilme ve gerinim bileşenleri göz ardı edilir. Enine kesme kuvvetlerinin neden olduğu deformasyonları dikkate alan titiz bir plaka teorisi Reissner tarafından tanıtıldı. 1956'da MJ Turner, RW Clough, HC Martin ve LJ Topp, karmaşık plaka ve kabuk problemlerinin ekonomik bir şekilde sayısal çözümüne izin veren FEM'i tanıttı.[4] 2013 yılında, JL Mantari ve meslektaşları, gelişmiş kompozit plakalar için genelleştirilmiş bir yüksek dereceli kesme deformasyon teorisinin sonlu eleman formülasyonunu tanıttı.^[5]

Plaka bükmeye Ritz yöntemini uygulayarak paslanmaz çelikten yapılmış kare bir plaka düşünün.[4] Gerilim enerjisi, U, plaka bükme ile ilgili:

burada D eğilme rijitliğidir.

Mevcut çalışmada, elastiklik modülü E ve plaka kalınlığının, t, Denklem ile tanımlandığını varsayıyoruz. (2), Poisson oranı, v, kalınlık boyunca sabit kabul edilir. Yanal yüzey yüklemesi, p(x, y) tarafından yapılan iş şu şekilde temsil edilir:

burada A, plaka yüzeyinin alanıdır. Bu nedenle, potansiyel
Enerji π = U - W şöyledir:

Bu yöntemin uygulaması, yerleşik bir kenar (tamamen kenetlenmiş) kare plaka taşıma yükünün bükülmesi dikkate alınarak gösterilmiştir. p. Sınır koşulları:

Denklem'deki son terimin bölümlerine göre entegrasyon. (1) ve yukarıdaki sınır koşulu denklemlerine göre şu hale gelir:

Bu nedenle, eğilme gerinim enerjisi şuna indirgenir:

Aşağıdaki formun bir sapma ifadesini varsayarsak:

sınır koşulları denklemleri sağlanır. bir yük, P, daha sonra bir yere uygulanır

 plakanın maksimum sapmasının olduğu. En aza indirgeme koşullarından

bunu takip eder:

Değerleri elde ederek

hangi

Plakanın merkezinde meydana gelen maksimum sapma şu şekilde bulunur:

Analitik ve FEM Çözümü

Analitik ve FEM çözümü, Tablo 1'de ayrıntılı olarak verilen bir koşula sahip kare bir plaka için burada karşılaştırılır.

Tablo 1'in verilerinin Denklem 10'ye eklenmesiyle plakanın merkezinde konsantre bir yükün varsayılması. (2018) ve ABAQUS/CAE 2 tarafından yapılan FEM analizi, Tablo XNUMX'de sonuçlanmaktadır.

Kabuk elemanları plakaya atanmıştır ve EN 250'te belirtildiği gibi sapma P = 115 N konsantre yük altında gösterilmiştir.[1] %7 hata, dizinin sadece yedi terimi alınarak elde edilen sonuçtan kaynaklanmaktadır. Hesaplamada ne kadar çok terim olursa, sonuç o kadar doğru olur.

EN 115'te kaplamaya uygulanan yük olarak tanımlanan yük tipi, belirli bir alana etki etmesi gereken yama yüküdür. Dış paneller, 250 mm250'lik yuvarlak veya kare bir alanda dik açılarda herhangi bir noktada 2 N'luk bir kuvvete kırılmadan dayanacaktır.[1] Burada tasarım kriterlerinde kritik bir nokta olarak akma gerilme noktası önerilmektedir. Bu nedenle elastik sınırın ötesinde kalıcı deformasyon meydana gelecektir. Elastik sınır, kalıcı deformasyonun ölçülebildiği en düşük stres noktasıdır. Bu araştırma, tasarımda daha güvenli bir duruma yol açar ve gerçek güvenlik faktörü daha büyük olacaktır. Tablo 3'te, panel merkezindeki konsantre yüke karşı yama yükü sonuçları gösterilmektedir. Panel merkezindeki sapma değeri her birinde nispeten aynıdır, ancak yama yükündeki gerilim önemli ölçüde azalır.

Vaka Çalışması Sonucu

Yürüyen merdivenin orta ve üst kısımlarındaki iki panel burada düşünülmüştür. Bu özel paneller Şiraz, İran, metro istasyonlarına kurulur. Kalınlık, güvenlik faktörünü tanımlamak için önemli bir boyuttur. Orta ve üst kısımlarda panel yüksekliği sırasıyla 1,817 mm ve 2,933 mm'dir. Orta panelin genişliği 941 mm olup, üst panelden daha büyüktür. Asya'daki bir kamu projesi için teknik belgelerde önerilen minimum levha kalınlığı 1.5 mm 304 paslanmaz çelik kalitesidir.[7-9] Bu malzeme türü ve kalınlığı kaplama tasarımında uygun olmasına rağmen, Kuzey Amerika standardı kalınlığın şu şekilde olması gerektiğini belirtir. korozyona karşı oldukça dayanıklı 2 mm'den fazla 316 paslanmaz çelik.[10] Ticari yürüyen merdivenlerde paneller 1-1.5 mm kalınlığında kirişlerle tasarlanmaktadır.

Sehim, gerilim ve güvenlik faktörü Şekil 3'teki gibi dikkate alınacaktır. Bu çizgi grafiği, kalınlık artarken panel merkezindeki sapmanın belirgin şekilde azaldığını açıklamaktadır. Üst panel orta panelden daha uzun olmasına rağmen, sapması daha düşüktür. Grafikteki azalan değer, üstel bir fonksiyonunki gibidir. Maksimum sapma konumu üst ve orta panellerde gösterilir. Kare bir alana yama yükünün uygulandığı panel merkezinde maksimum gerilim oluşur.

Şekil 5, bu durumda (plaka boyutlarına ve malzemelerine göre) kaplama tasarımı için 1.5 mm kalınlığın kabul edilebilir olduğunu gösteren artan üstel bir fonksiyonu temsil etmektedir. 1.2 mm levha kalınlığı, güvenlik faktörü değeri nedeniyle kaplama imalatı için kabul edilemez.

Sonuç

EN 115 tasarım kriterlerine göre yüksek ebatlı panellerin kullanıldığı kamu projelerinde kabul edilebilir minimum kalınlık 1.5 mm'dir. Panel genişliği, sehim değerinin azaltılmasında önemli bir boyuttur. Yama yükü gerilimi, nokta yükü geriliminden daha azdır, ancak sapma aynıdır. Daha iyi bir tasarım oluşturmak için, daha az kalınlık nedeniyle daha düşük üretim maliyeti ile daha yüksek bir güvenlik faktörü elde etmek için kiriş donanımlı paneller önerilmektedir. Boşluk oluşturmamak için gerilim ve maksimum 4 mm sapma gibi gereksinimleri karşılamak için sınır koşulu türleri tüm kenarlarda tam olarak kenetlenmelidir.[1] Tüm kenarlar, sabitleme destekleriyle kenetlenmiş bir sınır koşulu sağlamak üzere bükülebilir.

Referanslar
[1] İngiliz Standartlar Kurumu (BSI). BS EN 115-1:2017: Yürüyen Merdivenlerin ve Hareketli Yürüyüş Yollarının Güvenliği - Bölüm 1: Yapım ve Kurulum, BSI: 2017.
[2] IRSA MEHR. Yürüyen Merdiven Kaplama Kataloğu, ilk baskı. İran: 2017.
[3] Eduard Ventsel ve Theodor Krauthammer. İnce Levhalar ve Kabuklar Teorisi, Analizi ve Uygulaması. Marcel Dekker, Inc.: 2001.
[4] Ancel C. Uğural. Levha ve Kabuklarda Gerilmeler. ikinci baskı. McGraw-Hill Cos.: 1999.
[5] JL Mantari ve C. Guedes Soares. “İleri Kompozit Plakalar için Genelleştirilmiş Yüksek Dereceli Kayma Deformasyon Teorisinin Sonlu Eleman Formülasyonu,” Composite Structures, Vol. 96 (2013), s. 545-553.
[6] ATLAS ÇELİKLERİ. “Paslanmaz Çelikler Sınıfı Veri Sayfaları” (atlassteels.com.au).
[7] Şiraz Metro Hattı 1. “Yürüyen Merdiven Teknik Şartnamesi”: 2016.
[8] Hindistan Metrosu. “Yürüyen Merdiven Teknik Şartnamesi”: 2014.
[9] Suzhou metrosu. “Yürüyen Merdiven Teknik Şartnamesi”: 2015.
[10] Amerikan Toplu Taşıma Birliği. APTA RT-EE-RP-001-02: Ağır Hizmet Taşıma Sistemi Yürüyen Merdiven Tasarım Yönergeleri: 2011.