Repositorio Institucional de Documentos

Proyecto Fin de Carrera Puertas de rellano de un ascensor de viviendas. Estudio carga en conjunto pisadera Autor: Gerard Oliva Cerdán Director: Emilio Larrodé Pellicer Ingeniería Industrial Departamento Ingeniería Mecánica Escuela Ingeniería y Arquitectura (EINA) Universidad Zaragoza 2013 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es PUERTA DE RELLANO DE UN ASCENSOR DE VIVIENDAS. ESTUDIO CARGA EN CONJUNTO PISADERA RESUMEN El presente proyecto recoge una serie de estudios de comportamiento, ante un caso específico de carga aplicada, de los elementos que componen un conjunto pisadera, correspondiente a un modelo concreto de puerta automática de rellano de ascensor de la empresa Fermator SA. Los diversos resultados obtenidos en los estudios, dadas las condiciones específicas de carga representadas por una carretilla manual cargada, han proporcionado unos resultados óptimos y significativos en lo que respecta a los modelos de elementos estudiados. No solamente se ha dado validez al conjunto dando una solución específica y concreta a cada uno de los casos planteados, sino que se ha conseguido obtener una visión clara respecto a distintos aspectos en referencia a los elementos, con posibilidad de mejora en su diseño. Los tres estudios realizados (estático, de frecuencias naturales y de fatiga), han proporcionado una información completa y suficiente para validar el conjunto en conceptos específicos de rigidez del sistema, resistencia mecánica de cada elemento o durabilidad del conjunto, dadas las condiciones especificadas. A nivel de empresa, con este estudio se ha pretendido crear una base para el análisis de los casos planteados por el cliente, respecto a la elección entre los distintos modelos de pisadera y escuadras de fijación que dispone la empresa, dado un caso real de cargas en la misma y las dimensiones constructivas restrictivas. En la situación actual, son muchas las demandas de dicha información y relativamente pocos los datos técnicos de los que se disponen, lo que se ha considerado un gran aliciente para su realización. Por ello, se ha pretendido que el Proyecto constituyera un punto de partida, ampliando el mismo con el resto de modelos de pisaderas y escuadras y aplicando distintas condiciones de carga (por peticiones de clientes o porque así se estime oportuno) y así, optimizar la respuesta técnica ofrecida en cada uno de los casos. Contenido 1 Objetivo y justificación del Proyecto.........................................................4 2 Alcance..........................................................................................................6 3 Conceptos generales...................................................................................7 3.1 Introducción uso ascensor actualidad...........................................7 3.2 Puerta de rellano automática..........................................................7 3.3 Necesidad de volado. Tramos .......................................................13 3.4 Criterios de plasticidad y flecha máxima.....................................16 3.4.1 Criterio de plasticidad..................................................................16 3.4.2 Criterio de flecha máxima...........................................................18 4 Modelos seleccionados para el estudio.................................................19 4.1 Introducción ......................................................................................19 4.2 Piezas / elementos utilizados...........................................................20 4.2.1 Cabina ascensor ...........................................................................20 4.2.2 Carretilla manual...........................................................................20 4.2.3 Pisadera ..........................................................................................21 4.2.4 Apoyo pisadera.............................................................................22 4.2.5 Escuadras........................................................................................22 5 Método resolución utilizado. MEF.............................................................23 5.1 Resolución programa Cosmos Solidworks. Consideraciones....23 5.1.1 Condiciones de contorno en elementos ..................................23 5.1.2 Condiciones en uniones entre elementos ................................24 5.1.3 Condiciones de carga .................................................................25 5.1.4 Mallado del conjunto ...................................................................26 6 Estudio estático ...........................................................................................28 6.1 Introducción ......................................................................................28 6.2 Definición / características estudio ...............................................28 6.2.1 Máxima tensión Von Misses .........................................................28 6.2.2 Flecha máxima del conjunto ......................................................29 6.3 Carretilla manual: Aplicación carga en pisadera ......................30 6.3.1 Características y dimensiones.....................................................30 6.3.2 Carga repartida en pisadera......................................................31 6.4 Gráficas/conclusiones .....................................................................35 7 Estudio frecuencias naturales de vibración ...........................................43 7.1 Introducción ......................................................................................43 7.2 Definición / características estudio ...............................................43 7.3 Gráficas/conclusiones .....................................................................44 8 Estudio a fatiga............................................................................................46 8.1 Introducción ......................................................................................46 8.2 Definición / características estudio ...............................................46 8.3 Gráficas/conclusiones .....................................................................50 9 Conclusiones Globales...............................................................................52 9.1 En relación al propio estudio ..........................................................52 9.2 En relación a los resultados.............................................................52 9.3 Valoración personal.........................................................................54 10 Futura continuación del Proyecto ...........................................................55 11 Índice ilustraciones, gráficas y tablas......................................................56 11.1 Índice ilustraciones ...........................................................................56 11.2 Índice gráficas...................................................................................57 11.3 Índice tablas......................................................................................57 12 Bibliografía....................................................................................................58 13 Agradecimientos.........................................................................................59 [4] 1 Objetivo y justificación del Proyecto El principal objetivo de este estudio es dar validez al conjunto pisadera de un modelo de puerta de ascensor automática de rellano, de la empresa Fermator SA., aplicando unas condiciones de carga específicas. Dentro de la complejidad de los elementos y mecanismos que componen una puerta de ascensor, este Proyecto se centrará en el elemento a través del cual se guían las hojas de la puerta de rellano y que, a su vez, soporta las cargas que pasan a través de ella, la pisadera. La pisadera necesita de los elementos que la fijan al forjado, las escuadras de fijación (las escuadras son necesarias cuando la pisadera va volada sobre el hueco. Apartado 3.3 Necesidad de volado. Tramos) y la pieza que les sirve de nexo, el apoyo pisadera. Se ha simulado un caso real, con el fin de validar los modelos objeto de estudio, en sus distintas configuraciones. Se ha comprobado, mediante 3 estudios, diversos aspectos respecto a los elementos que componen cada modelo: • Estudio estático: Aplicando la carga máxima en la carretilla manual (motivo de elección y características en Apartado 4.2.2 Carretilla manual), con las ruedas en el punto más volado de la pisadera. Con ello serán testados los siguientes aspectos:  Resistencia mecánica: será comprobada la no plastificación de ninguna de las partes implicadas, exigiendo un mínimo coeficiente de seguridad.  Rigidez del conjunto: se comprueba la máxima flecha, que no debe superar unos valores límites específicos. • Estudio de frecuencias naturales de vibración: Se comprueba la existencia de rigidez y estabilidad dimensional del conjunto. • Estudio a fatiga: Se comprueba que la vida útil del conjunto está dentro de los márgenes aceptados, teniendo en cuenta el uso y las condiciones dadas. Se parte de los valores más críticos dados por el previo estudio estático, aplicando un factor de carga oportuno. [5] El origen y propuesta del presente proyecto, nace en el contexto de la empresa de la cual formo parte desde hace tres años, Fermator S.A. La empresa se dedica a la fabricación de puertas automáticas para ascensores y ofrece una amplia y diversa gama de productos. Debido a la necesidad existente en una empresa de dar soluciones optimizadas y adecuadas a los requerimientos de cada cliente, surge este Proyecto. Actualmente, la empresa dispone de una variedad de modelos de pisaderas y escuadras y es el propio cliente, según su criterio, el que determina cuál de esos modelos se adecuan más a sus necesidades. Si bien el estudio dimensional de las piezas en cuestión está ya realizado, es el de resistencia del conjunto dadas unas condiciones de carga, el que falta por estudiar, ya que solamente están testadas cada una de las piezas por separado. Debido a que una cantidad destacable de clientes piden consejo a la hora de hacer la elección, se pretende crear una base de cálculo. Este estudio concreto constituye un primer paso para que, en un futuro, se puedan estudiar el resto de modelos y los casos que se planteen. Además, con ello, se podrá dar validez, o no, al modelo de pisadera y las escuadras de fijación, dadas unas condiciones de carga, un uso de ascensor y un rango de volado (dado por las restricciones constructivas correspondientes. Ver apartado 3.3, anteriormente especificado); y, de efecto inmediato, permitirá obtener unas especificaciones más completas de los elementos a los que el estudio remite. Dado que realizar físicamente cada uno de los estudios y combinaciones planteados, implica un enorme esfuerzo de tiempo, dinero y personal cualificado para ello, se propone desarrollar esta base de cálculo mediante el programa Solidworks, a través del uso de elementos finitos. Así, simplemente especificando las condiciones de carga, rango de volado y combinando las variables pisaderas / escuadras, se podrá asignar al modelo elegido una solución optimizada y adecuada que pueda garantizar la validez del conjunto. Además, gracias a realizar estos estudios con el Método de Elementos Finitos en el programa, se podrá cambiar el diseño de los elementos, en el caso que así se estime, consiguiendo simplificar enormemente su testado de validez. [6] 2 Alcance El presente proyecto se ha centrado en el estudio del conjunto pisadera de una puerta de rellano de ascensor, de apertura telescópica de dos hojas del modelo 40/10, de la empresa Fermator SA. Se ha estudiado el comportamiento del conjunto formado por: la pisadera de aluminio estándar de 90 mm de ancho, el apoyo pisadera estándar (pieza nexo entre pisadera y escuadras) y distintas escuadras de fijación estándares diseñadas para distintos volados, tras aplicarle una carga simulada como una carretilla manual cargada (Apartado 4.2.2 anteriormente especificado), cuyo peso total corresponde a la carga máxima a la que está limitada la cabina del ascensor (ver todas las características en Anexo A. Características elementos). En el estudio, se han tenido en cuenta los siguientes aspectos, a la hora de escoger el modelo objetivo: • Se ha analizado el modelo de puerta de rellano más vendido en un rango de 3 años (2010 a 2012 inclusive). Los dos modelos más vendidos son: modelo 40/10 telescópica de 2 hojas, con pisadera de aluminio, de pasos libres 700 y 800 mm. Además, se ha ampliado el rango de pasos libres estudiados a los siguientes inmediatos inferior y superior estandarizados: 750 y 850 mm. • Estudio con los 4 modelos de escuadra de fijación diseñadas para dicho modelo de puerta, las cuales engloban toda la longitud de volado (hasta 150 mm. Ver apartado 3.3 anteriormente especificado). Cada una de las escuadras es válida para un tramo de volado y se ha realizado el conjunto de estudios en el máximo volado que permite cada una de ellas, con el fin de representar la situación más crítica. No se entra a valorar el estudio de impacto debido a la necesidad de acotar el Proyecto. A pesar de prescindir de él, con el conjunto de estudios realizados se consigue un análisis completo y suficiente. [7] 3 Conceptos generales 3.1 Introducción uso ascensor actualidad El ascensor se ha convertido en un elemento útil, cómodo e indispensable para el ser humano en la sociedad actual. Después del primer modelo (como se conoce actualmente) construido por Ivan Kulibin en el Palacio de Invierno de San Petersburgo en 1793, se crearon diversos prototipos, pero no fue realmente comercializado y extendido hasta la fundación de Otis Elevator Company, en 1853. Conforme se iban construyendo edificios cada vez más altos y los grandes almacenes comenzaron a prosperar, surgió la necesidad de trasladar a los clientes de un piso a otro con el mínimo esfuerzo. Los negocios se empezaron a dar cuenta del potencial de este nuevo artefacto y, en 1857, se instaló el primer ascensor de pasajeros en un almacén de Broadway. El ascensor, como lo conocemos hoy día, se compone principalmente de la cabina y puerta/s, el contrapeso, el sistema de paracaídas, el grupo tractor (en ascensores electro-dinámicos) y el cuadro de maniobras de control. Todas sus partes mecánicas, eléctricas y electrónicas funcionan conjuntamente para lograr un medio seguro de movilidad. A nivel europeo, la normativa en vigor que rige los ascensores eléctricos es la norma UNE EN 81.1 y la UNE EN 81.2 para ascensores hidráulicos. En España, la normativa que rige los ascensores es el Real decreto 1314/1997, donde se aprueba el Reglamento de Aparatos de Elevación y manutención. Se distinguen las normas de carácter general de aquellas otras propiamente técnicas, recogidas en las Instrucciones Técnicas Complementarias. 3.2 Puerta de rellano automática En 1957 se inició el sistema de puertas automáticas en los ascensores de pasajeros, prescindiendo del proceso de abrir y cerrar la puerta manualmente. Para luego entrar en detalle y centrar el estudio en el conjunto pisadera, es necesario definir las partes que componen una puerta de rellano automática, con el fin de tener claros los conceptos. El conjunto que forma una puerta de rellano, es el formado por los siguientes elementos, mostrados en el esquema siguiente: [14] Aunque constructivamente las cargas y el esfuerzo a soportar por la pisadera se transmiten verticalmente y a través de toda su superficie hacia el forjado, la utilización de escuadras fijadas al canto del forjado, que nos ayudan a ubicarnos en el sitio adecuado para adaptarnos a la cabina, no resulta un perjuicio para su correcto funcionamiento. >> Por tanto en la mayoría de los casos, el esfuerzo extra necesario en el proceso de montaje, la previsión desde el diseño del proyecto y la praxis, han demostrado que el funcionamiento es igual de correcto cuando colocamos todo este conjunto total o parcialmente volado en el hueco e implica menor coste de previsión y de ejecución. Ilustración 6. Representación de pisadera a ras de canto de forjado → Además, en el caso de las modernizaciones/rehabilitaciones, suele haber huecos y rellanos con limitaciones de espacio y de adaptabilidad, con lo que es necesaria una configuración de volado específica. Por ese motivo, se debe tener viabilidad para todos los volados posibles según el modelo. Apunte: Como se verá posteriormente, podemos dividir la longitud de volado para el modelo estudiado en 4 tramos: Ver Ilustración 7 “Configuración fijaciones y escuadras según volado” de la página siguiente. [15] Tramo 4 El conjunto de la puerta está completamente volado al hueco del ascensor. Si bien el rango admite de volados de 140 a 150 mm, se considera una puerta completamente volada. La escuadra TIPO V2 es la utilizada (Ver Anejo A.5 Escuadras de fijación). Ilustración 7. Configuración fijaciones y escuadras según volado. Tramo 2 Mecanismo, hojas y pisadera, van parcial o totalmente volados al hueco mientras que el cerco va apoyado. El tramo de volado abarcado es desde 37,5 a 90 mm. La escuadra utilizada en este caso es la TIPO W (Ver Anejo A.5 Escuadras de fijación). Tramo 3 Mecanismo, hojas y pisadera van completamente volados mientras que el cerco vuela parcialmente. Comprende los volados de 90 a 140 mm. La escuadra de fijación utilizada es la TIPO D (Ver Anejo A.5 Escuadras de fijación). Tramo 1 Todo el conjunto de la puerta de rellano se apoya en el forjado con un vuelo máximo de 37,5 mm. La escuadra utilizada es la denominada TIPO A (Ver Anejo A.5 Escuadras de fijación). [16] 3.4 Criterios de plasticidad y flecha máxima A la hora de estudiar cada uno de los modelos con las solicitaciones especificadas, es necesario cumplir dos requisitos para dar por válido el estudio estático: 3.4.1 Criterio de plasticidad Uno de los objetivos principales del estudio estático es comprobar que ninguno de los elementos que componen el conjunto a estudiar, sufran deformación plástica. En caso de que eso ocurra, es decir, cuando las tensiones equivalentes de Von Misses, estén por encima del límite elástico del material de la pieza, se debe dar una solución para dar el estudio por válido. Las piezas afectadas por la acción de la carga, objetivo de estudio, son: • Pisadera: Es la pieza que recibe directamente la acción de la carga. El estudio estático simula una carga fija repartida en la zona más volada de la pisadera, correspondiente a cada una de las ruedas de una carretilla manual (Ver Apartado 6. Estudio Estático). • Apoyo pisadera: A priori, es en las embuticiones donde se fijan las escuadras, el punto que puede sufrir las mayores tensiones y, por consiguiente, mayor probabilidad de sufrir deformación plástica. • Escuadras de fijación: Es de suma importancia que éstas no sufran ninguna deformación plástica. Debido a que la pisadera sirve para guiar las hojas mediante las piezas plásticas que se colocan en su parte inferior (guiadores), si ésta no se encuentra totalmente aplomada (escuadras a 90º) los guiadores no pueden desplazarse a través de los raíles correctamente, produciendo excesivo rozamiento o, incluso, llegando a quedar trabados en el carril (dependiendo del grado de deformación plástica existente). Ver Ilustraciones 8 y 9 de la página siguiente. [17] Ilustración 8. Conjunto pisadera bien aplomado y sin deformación plástica en escuadras. Ilustración 9. Conjunto pisadera con deformación plástica en escuadras. Rozamiento y mal funcionamiento. En esa misma línea, además, si el conjunto sufre deformación plástica, no se cumpliría el punto de la norma europea EN 81.1 de Ascensores Eléctricos, donde se especifica en el apartado 7.1 “Disposiciones generales” de Puertas de Rellano: “En la posición de cierre, las holguras entre hojas, o entre hojas y sus largueros verticales, marcos y pisaderas, deben ser lo más reducidos posible. Esta condición se considera cumplida, cuando estas holguras operativas no superan los 6 mm.” [18] La holgura, por diseño, entre hoja y pisadera es de 5 mm, con lo que una deformación plástica en el conjunto, provocaría que esa holgura se viera aumentada, no cumpliendo con la normativa en cuestión. 3.4.2 Criterio de flecha máxima Otro criterio que hay que cumplir es el de la máxima flecha que puede tener el conjunto, cumpliendo con el criterio de rigidez. En este punto, la normativa EN 81.1 ya citada, respecto a las pisaderas y su conjunto, solamente especifica que “debe resistir el paso de las cargas que puedan introducirse en la cabina”. No obstante, no se especifica nada respecto a las flechas máximas que puede sufrir el conjunto. Teniendo en cuenta que un valor estandarizado para una flecha máxima en estructuras es de L/250, se estimará como flecha máxima un valor de L/300. Se aplica un coeficiente ligeramente más estricto, teniendo en cuenta el caso estudiado, en lo que respecta a los puntos explicados en el presente apartado. Como se verá en el estudio estático, para ver la flecha máxima, se colocará una de las dos ruedas en el punto medio de dos escuadras contiguas. Puntos de la norma EN 81.1 que habla de la resistencia mecánica en general y de las propia pisadera, pero que no especifica valores límite. [19] 4 Modelos seleccionados para el estudio 4.1 Introducción Se han estimado los siguientes criterios para la elección del conjunto de puerta de rellano objeto de estudio: • En un rango de 3 años (2010-2012, incluido), los dos modelos de puerta de rellano más vendidos por la empresa han sido: Puerta telescópica de 2 hojas de Paso Libre 700 y 800 mm, del modelo 40/10. Por ello se han escogido estos dos modelos, ampliando el rango a 750 y 850 mm. • Se ha comprobado en el historial, que la pisadera más común es la pisadera de aluminio estándar de ancho 90 mm (ancho para un modelo telescópico de 2 hojas o modelo central de 4 hojas). • Como se ha especificado anteriormente, para cada uno de los 4 modelos de escuadra estudiados, se realizará el estudio en el máximo volado que abarca cada uno de ellos, aplicando la carga en el extremo de la pisadera, que es el punto que se estima como el más crítico. • Para cada uno de los 4 Pasos Libres y por definición (especificado en el catálogo general de Fermator), van colocadas 3 escuadras de fijación en el conjunto pisadera de la puerta, a distinta separación según cada embocadura. Las dos escuadras de los extremos se colocan en el centro de cada uno de los montantes (considerados estándar de 120 mm de anchura), mientras que la central se coloca en el punto medio del Paso Libre. Con ello, la distancia entre escuadras será: PL/2 + 60 (mitad del paso libre + mitad del montante): o PL 700. Distancia entre escuadras: 410 mm o PL 750. Distancia entre escuadras: 435 mm o PL 800. Distancia entre escuadras: 460 mm o PL 850. Distancia entre escuadras: 485 mm [20] 4.2 Piezas / elementos utilizados 4.2.1 Cabina ascensor El estudio se basará en un ascensor comercial de la empresa MP Ascensores; se trata de un ascensor eléctrico con capacidad para 6 pasajeros. Se ha escogido este modelo de ascensor ya que, por dimensiones de la cabina, se pueden colocar cualquier de los 4 modelos de puerta objeto de estudio de este proyecto (ver dimensiones completas en Apartado A.1 Cabina objeto de estudio, dentro del Anejo A. Características elementos). Se considera oportuno utilizar esta cabina ya que es un modelo con unas dimensiones muy comunes y extendidas en ascensores de uso residencial y que se adapta a las necesidades del presente proyecto. Teniendo en cuenta que la carga máxima que permite el ascensor es de 480 kg, éste es el valor límite estudiado, en los casos analizados. 4.2.2 Carretilla manual Para simular un caso crítico, necesitamos escoger un elemento físico de transporte de carga. Si bien existen varios tipos de carretillas / Transpaletas: - Transpaleta manual - Carretilla manual (2 ruedas) - Otras carretillas (distintas configuraciones) Ilustración 10. Distintas configuraciones de elementos de transporte manual. [21] Para escoger la transpaleta o carretilla de mano objeto de estudio, se han tenido en cuenta distintos aspectos: • Debe poder entrar y salir, por dimensiones, a través de la embocadura de la puerta y debe caber también dentro de la cabina del ascensor. • Debe poder soportar la carga máxima que permite el ascensor y la carga que soporte cada rueda, debe ser el máximo posible (caso más crítico). Teniendo en cuenta estos puntos, hay un aspecto muy importante a tener en cuenta: para una misma carga, a menor número de ruedas, mayor es la carga que soportará cada una de ellas y, por consiguiente, la carga puntual que se transmitirá al conjunto pisadera será mayor. Con ello, se ha escogido una carretilla de transporte manual de altas cargas, de 2 ruedas. Valorando los criterios comentados, se ha seleccionado una carretilla manual de la empresa Disset Odiseo, las características de la cual se muestran en el Apartado A.2 Carretilla manual utilizada, dentro del Anejo A. Características elementos. 4.2.3 Pisadera Como se ha explicado anteriormente, es la pieza encargada de guiar las hojas de la puerta y de soportar las cargas que circulan de cabina a rellano y viceversa. Si bien existen 4 modelos de pisadera en la gama Fermator, la pisadera utilizada en los distintos estudios es la pisadera de aluminio estándar, aunque, como se verá en el estudio estático (Apartado 6. Estudio Estático) debido a que no cumple con el criterio de resistencia mecánica, se ha utilizado el modelo reforzado. Ilustración 11. Perfil pisadera. Definiciones. [22] Ver características en Anejo A.3 Pisaderas utilizadas, dentro del Anejo A. Características elementos. 4.2.4 Apoyo pisadera Es la pieza que hace de nexo entre la pisadera y las escuadras de fijación. A su vez, es donde se fijan los montantes que componen el cerco. La empresa dispone de un único modelo común para las pisaderas modelo aluminio, aluminio reforzada y de chapa, mientras que la pisadera maciza tiene un apoyo específico. Ilustración 12. Apoyo pisadera. Definiciones. Ver características en Apartado A.4 Apoyo pisadera, dentro del Anejo A. Características elementos). 4.2.5 Escuadras Las escuadras utilizadas, están diseñadas y definidas por la empresa. Como se ha especificado, cada uno de los 4 tramos de volado en los que se divide el modelo en cuestión, tiene asociada una escuadra que, por dimensiones, se adapta a dicho tramo. El volado máximo permitido para la puerta de apertura telescópica de 2 hojas es de 150 mm, ya que sería el volado correspondiente a: 90 mm (ancho de la pisadera) + 60 mm (ancho del cerco). Además, siguiendo el criterio anteriormente comentado, el estudio de cada una de las escuadras, se hará en el caso más crítico: Volado máximo. Para cada uno de los modelos corresponde a: Escuadra tipo A: Volado de 37,5 mm. Escuadra tipo W: Volado de 90 mm. Escuadra tipo D: Volado de 140 mm. Escuadra tipo V2: Volado de 150 mm. Ver características en Apartado A.5 Escuadras de fijación, dentro del Anejo A. Características elementos). [23] 5 Método resolución utilizado. MEF Dada la complejidad analítica para resolver los conjuntos estudiados, se realiza la resolución mediante el Método de Elementos Finitos. El Método de Elementos Finitos es un método numérico para la solución de problemas físicos e ingenieriles complejos, mediante la aproximación de ecuaciones diferenciales. El sistema consiste en discretizar el conjunto (cuerpo, estructura, etc.), dividiéndolo en elementos discretos interconectados llamados elementos finitos. Estos elementos se unen entre ellos mediante puntos llamados nodos, donde se aplican las ecuaciones diferenciales para obtener la solución final (una vez aplicadas las condiciones de contorno y de carga pertinentes) que aproxime la solución a la teórica real. 5.1 Resolución programa Cosmos Solidworks. Consideraciones Como se ha definido anteriormente, el programa usado para realizar cada uno de los estudios del presente proyecto, es el paquete Cosmos de Solidworks 2012. Se ha usado dicho programa, porque es el programa de diseño que utiliza la empresa y de la cual se posee licencia. Dispone de un paquete para poder realizar simulación con elementos finitos, llamado Cosmos. Se ha partido de unas piezas ya diseñadas con el programa, si bien se han tenido que ensamblar todos los conjuntos y realizar particiones, con el fin de aplicar condiciones de carga/contorno. Para representar los distintos conjuntos a estudiar y aplicar las condiciones específicas para el cálculo, hay distintos aspectos que se han tenido en cuenta, cuando se representan con el programa, para posteriormente, proceder al cálculo: 5.1.1 Condiciones de contorno en elementos Se define, en cada conjunto, las condiciones de contorno: geometría fija y pared virtual.  Geometría fija: Se define la superficie o cuerpo que no tiene desplazamiento, en ninguno de sus tres ejes. [30] Para determinar el valor de la flecha máxima, se colocará una de las dos ruedas en el centro de dos escuadras contiguas, puesto que se trata del punto más crítico, que más flecha provoca. Se colocará en el centro, entre las escuadras 2 y 1 ó 3 (la que mayor tensión de Von Misses haya dado para el caso de carga centrada). Ilustración 19. Casos de carga centrada en paso libre. Casos. 6.3 Carretilla manual: Aplicación carga en pisadera 6.3.1 Características y dimensiones Las dimensiones de la carretilla son las que determinan la posición de cada una de las dos ruedas en la pisadera. Ello es de suma importancia para el reparto de la carga y, por consiguiente, la tensión máxima de Von Misses que aparece en cada uno de los elementos estudiados. La carretilla manual objeto de estudio tiene una capacidad de carga de 500 Kg, consta de una estructura tubular metálica y está formada por dos ruedas de caucho de 250 mm de diámetro y 60 de ancho. Dos dimensiones de suma importancia son el ancho total de la carretilla (ubicado en su parte superior, por donde se sujeta y dirige la misma) y la distancia entre ruedas. Son de gran importancia ya que estas dimensiones, determinan la posición y distribución de las cargas, a lo largo del paso libre de la puerta, sobre el conjunto pisadera estudiado. Dichos valores son: − Ancho total: 560 mm − Distancia entre ruedas: 400 mm (valor estimado) Ver características en Apartado A.2 Carretilla manual utilizada, dentro del Anejo A. Características elementos, anteriormente comentado. [31] 6.3.2 Carga repartida en pisadera Para aplicar las dos cargas en la pisadera, correspondientes a cada una de las dos ruedas, han sido consideradas las siguientes apreciaciones: • Tal y como se ha comentado con anterioridad, se estima el caso más crítico de carga, cuando las ruedas están en el extremo de la pisadera, en su punto más volado antes de tocar la pisadera de cabina, caso en que se repartirían las cargas entre ambas pisaderas. Ilustración 20. Esquema caso más crítico de carga. • Se estima que el perfil de rodadura de cada una de las ruedas, será de 4,5 mm de ancho; se debe tener en cuenta que al tratarse de una rueda de caucho, al apoyarse, la rueda se 'deforma' resultando en una zona de contacto mayor (no se puede considerar como una simple línea de contacto). Con ello, se considerará que el perfil de rodadura corresponderá al ancho de la primera de las superficies que componen la pisadera (en la parte que va del extremo al carril de la pisadera), tal y como se muestra en el siguiente esquema: Ilustración 21. Sección transversal pisadera. Zona rodadura de las ruedas de la carretilla. [32] • Respecto a la longitud de la superficie correspondiente a la carga repartida de cada una de las ruedas, corresponderá al propio ancho de la rueda, de 60 mm. Teniendo en cuenta que tampoco están en contacto los 60 mm del ancho, sino menos, puesto que la rueda tiende a terminar con cierto redondeo y que, por otro lado, la rueda se deforma por efecto de la carga, se considera oportuno, determinar el ancho de 60, por el contra-efecto de ambos aspectos (no se realiza un estudio al respecto, puesto que no se considera determinante para sacar las conclusiones del presente Proyecto). Ilustración 22. Longitud superficie perfil rodadura, correspondiente al ancho de rueda. A la hora de saber cómo se reparten los 480 Kg de carga total (462 de carga + 18 de peso propio de la carretilla, confirmando la máxima carga que soporta el ascensor) se determina que, el caso más crítico es cuando toda la carga se reparte entre las dos ruedas en cuestión. Ello, ocurrirá cuando el centro de gravedad del conjunto carga + peso carretilla esté en el mismo eje vertical que las ruedas (es decir, cuando exista un equilibrio perfecto de cargas) tal y como se muestra en el esquema siguiente: Ilustración 23. Estudio con carga alineada a eje de ruedas. Caso más crítico. Donde: Q = carga que transporta la carretilla p = peso propio de la carretilla [33] Se considera despreciable la fuerza que pueda implicar el usuario que mueva la carretilla, en cuanto a la fuerza transmitida a las dos ruedas. > Dado el caso planteado, cada una de las ruedas soportaría una carga de 480/2 = 240 kg . Con lo que la carga total que aplicaremos al conjunto y la carga de cada una de las ruedas serán, respectivamente, de: Carga total = 2 · 240 kg · 9,81 m/s 2 = 4708,8 N Carga rueda = 4708,8 N/ 2 = 2354,4 N Hay que tener en cuenta los siguientes aspectos determinantes en los resultados obtenidos: • Las dimensiones de la carretilla. Las medidas a tener en cuenta son: El ancho total que es de 560 mm y la distancia entre ruedas de 400 mm (tal y como se ha especificado con anterioridad). • El Paso Libre de la puerta (PL). Que según los casos estudiados serán: 700, 750, 800 y 850 mm, respectivamente . • La distancia entre las escuadras. La distancia corresponde a la mitad del paso libre (ya que hay 3 escuadras para estos modelos de PL) más 60 mm (que corresponde a la mitad del montante, que en el estudio, será el estándar de 120 mm). • Forma dimensional de las escuadras. Factores como la forma, el espesor, etc. de la propia escuadra, influyen directamente. Ilustración 24. Esquema carretilla / conjunto puerta. 'Juego' lateral. [34] Se debe tener en cuenta que, según el Paso Libre de la puerta, tal y como se ha especificado, el ''juego'' que hay de la carretilla respecto a la embocadura de la puerta (paso entre montantes) varía, tal y como se muestra en el resumen siguiente: • PL 700:  Separación entre escuadras: 410 mm  “Juego” horizontal de la carretilla entre PL: 700 – 560 = 140 mm > Se comprobará dónde es más crítico en el rango 350 +/- 70 mm (partiendo de la carretilla centrada: 350 mm del PL) • PL 750:  Separación entre escuadras: 435 mm  “Juego” horizontal de la carretilla entre PL: 750 – 560 = 190 mm > Se comprobará dónde es más crítico en el rango 350 +/- 95 mm • PL 800:  Separación entre escuadras: 460 mm  “Juego” horizontal de la carretilla entre PL: 800 – 560 = 240 mm > Se comprobará dónde es más crítico en el rango 350 +/- 120 mm • PL 850:  Separación entre escuadras: 485 mm  “Juego” horizontal de la carretilla entre PL: 850 – 560 = 290 mm > Se comprobará dónde es más crítico en el rango 350 +/- 145 mm La flecha máxima permitida, será de L/300 (siendo L la distancia entre escuadras), con lo que, en cada uno de los casos será de: o PL 700 mm -> Flecha máxima: 410/300 = 1,37 mm o PL 750 mm -> Flecha máxima: 435/300 = 1,45 mm o PL 800 mm -> Flecha máxima: 460/300 = 1,53 mm o PL 850 mm -> Flecha máxima: 485/300 = 1,62 mm Una vez determinado que cada uno de los estudios cumpla con los requisitos de rigidez y resistencia mecánica para cada una de las configuraciones (con las escuadras que vienen determinadas para cada volado), se podrán sacar conclusiones sobre:  Validez del modelo de pisadera y de cada una de las escuadras, dadas las condiciones de carga específicas.  Influencia de la distancia entre escuadras (debido a distintos PL’s), [35] para unas mismas condiciones de carga y unos mismos elementos.  Influencia en la flecha, según cada uno de los volados (aún con las distintas escuadras). 6.4 Gráficas/conclusiones Una vez ejecutados cada uno de los estudios, teniendo en cuenta los distintos aspectos y consideraciones en cuanto al ensamblar los conjuntos, uniones, carga, mallado (definido en el Apartado 5.1 Resolución programa Cosmos Solidworks. Consideraciones), se obtienen los siguientes resultados: > Máximas tensiones de Von Misses: En todos los pasos libres estudiados, según cada uno de los volados, se obtienen los siguientes resultados: Tabla 1. Máximas tensiones de Von Misses. Pisadera aluminio estándar. > Para los volados 37.5, 90 y 150 mm, en todas las configuraciones de paso libre de puerta, la pisadera sufre deformación plástica, debido a Tensión máxima Von Misses (MPa) Modelo PISADERA ALUMINIO ESTÁNDAR Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo Ubicación Tmáx 37,5 279,4 278,3 276,9 pisadera 90 274,1 283,6 274,2 pisadera 140 323,8 323,9 316,9 Esc. Central 700 150 266,8 258,8 253,3 pisadera 37,5 269,9 280,7 290,6 pisadera 90 276,9 274,7 265,3 pisadera 140 339,7 340,5 326,9 Esc. Central 750 150 282,2 274,7 262,3 pisadera 37,5 264,7 275,4 270,9 pisadera 90 275,4 292,9 293,7 pisadera 140 341,8 344,9 321,5 Esc. Central 800 150 276,6 273,4 272,4 pisadera 37,5 282 296,9 289,8 pisadera 90 274,1 279,2 268,8 pisadera 140 344,7 346,8 330,6 Esc. Central 850 150 279,3 272,1 269,7 pisadera [36] que las tensiones equivalentes superan el límite elástico del aluminio, que es de 170 MPa. > Para el volado 140 mm, además de plastificar la pisadera, también lo hace la escuadra central, donde se producen las máximas tensiones equivalentes en todos los pasos libres estudiados. Ver características materiales de pisadera y escuadras en Anejo A. Características elementos. → Solución aportada • Deformación plástica pisadera Debido a que en todos los estudios planteados con la carga de la carretilla manual se produce deformación plástica en la pisadera, colocamos la pisadera de aluminio reforzada que dispone la empresa, que se trata de una pisadera de las mismas características pero con un espesor mayor (Ver Apartado A.3 Pisaderas utilizadas, en Anejo A. Características elementos). Se decide colocar ésta y no el modelo de chapa, porque es una pisadera del mismo acabado, donde sólo varía el espesor. Los resultados obtenidos son: Tensión máxima Von Misses (MPa) Modelo PISADERA ALUMINIO REFORZADA Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo Ubicación Tmáx 37,5 58,2 57,9 57,9 pisadera 90 125,9 125,2 122,2 Es. central 140 304,5 304,6 300,1 Es. central 700 150 127,4 127,5 124,7 ap/esc 37,5 59,5 59,3 58,9 pisadera 90 128,8 128,6 126,9 Es. central 140 314,8 315,4 307,5 Es. central 750 150 124,8 125,6 121,8 ap/esc 37,5 59,9 59,8 59,6 pisadera 90 131,7 131,2 126,7 Es. central 140 318,6 322 315,22 Es. central 800 150 121,2 122,8 118,1 ap/esc 37,5 60,6 60,5 60,2 pisadera 90 136,9 135,9 132,8 pisadera 140 329 331,9 325,2 Es. central 850 150 117,2 123,1 120,6 ap/esc Tabla 2. Máximas tensiones de Von Misses. Pisadera aluminio reforzada. [37] Se aprecia que, al poner la pisadera reforzada, las tensiones equivalentes son menores, cumpliendo con el criterio de resistencia mecánica. Además, éstas se producen en la escuadra central, a excepción del caso de volado 37,5 mm; eso es debido a que en ese volado, la escuadra apenas sufre, ya que se puede considerar como si estuviera el conjunto completamente apoyado en el forjado de rellano. • Deformación plástica escuadra central; volado 140 mm Vemos que, aun cambiando la pisadera y poniéndola reforzada, como era de esperar, sigue plastificando la escuadra central en el caso de volado 140 mm (con unas tensiones algo menores). Para no entrar en cambios de diseño, por todo lo que ello implica, aumentamos el espesor de la escuadra tipo D, originalmente de 5 mm. Resultados obtenidos: Aumento de espesor, en 1 mm: Tabla 3. Volado 140 mm. Máximas Tensiones de Von Misses en escuadra central, con espesor 6 mm. Si bien se observa que, aumentando en un 1 mm el espesor, las tensiones equivalentes ya cumplen con el criterio de plasticidad (Tensión máx. Von Misses < Límite elástico), el coeficiente de seguridad es demasiado bajo (por debajo de 1,35): Para cada uno de los volados: > (CS = Límite elástico/Tensión Máxima V. Misses): PL 700: CS = 250/187,2 = 1,34 PL 750: CS = 250/193,6 = 1,29 PL 800: CS = 250/199,9 = 1,25 PL 850: CS = 250/203,7 = 1,22 Tensión máxima Von Misses (MPa) Modelo 700 140 186,4 187,2 177 750 192 193,6 181,4 800 199,8 199,9 189,2 850 203,4 203,7 194,6 PISADERA ALUMINIO REFORZADA (con escuadra 6 mm espesor) Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo [38] Por eso, se cree oportuno, aumentar el espesor a 7 mm (dos por encima del que se tiene como diseño estándar). Los nuevos resultados obtenidos son los siguientes: Tabla 4. Volado 140 mm. Máximas Tensiones de Von Misses en escuadra central, con espesor 7 mm. Nuevos valores de CS: PL 700: CS = 250/160,1 = 1,56 PL 750: CS = 250/161,2 = 1,55 PL 800: CS = 250/163,0 = 1,53 PL 850: CS = 250/166,8 = 1,51 CONCLUSIÓN: Se consigue aumentar el coeficiente de seguridad (por encima de 1,5), dando por válido el estudio. Se debe tener en cuenta que es un estudio estático en unas condiciones extremas de carga y que, como se verá en el apartado de estudio a fatiga, es un coeficiente de seguridad suficiente. > Flecha máxima: Por lo que respecta a la flecha máxima del conjunto, se observa que ésta aparece en la propia pisadera, al aplicar la carga centrada entre las dos escuadras. Los resultados obtenidos, ya con la pisadera reforzada y la escuadra de 7 mm de espesor en el caso de volado 140 m, son los siguientes: Tensión máxima Von Misses (MPa) Modelo 700 140 159,9 160,1 149,1 750 160 161,2 151,8 800 162,8 163 158,4 850 166,8 166,8 163,9 PISADERA ALUMINIO REFORZADA (con escuadra 7 mm espesor) Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo [39] Tabla 5. Flechas máximas obtenidas, según configuración. Teniendo en cuenta que los volados máximos, según el criterio, ya comentado, de L/300 son, según cada uno de los pasos libres: PL 700 = 410/300 = 1,37 mm PL 750 = 435/300 = 1,45 mm PL 800 = 460/300 = 1,53 mm PL 850 = 485/300 = 1,62 mm Los coeficientes de seguridad obtenidos son: Tabla 6. Coeficientes de seguridad respecto al criterio de flecha máxima. Desplazamiento máximo (mm) Modelo PISADERA ALUMINIO REFORZADA 700 37,5 0,14 0,13 0,13 90 0,51 0,5 0,46 140 0,63 0,62 0,59 150 0,43 0,41 0,39 750 37,5 0,14 0,13 0,13 90 0,53 0,51 0,47 140 0,66 0,64 0,61 150 0,44 0,42 0,4 800 37,5 0,15 0,13 0,13 90 0,54 0,53 0,47 140 0,68 0,66 0,63 150 0,46 0,44 0,41 850 37,5 0,15 0,14 0,13 90 0,56 0,54 0,49 140 0,72 0,69 0,66 150 0,5 0,47 0,44 Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo COEFICIENTE DE SEGURIDAD Modelo PISADERA ALUMINIO REFORZADA 700 37,5 9,79 10,54 10,54 90 2,69 2,74 2,98 140 2,17 2,21 2,32 150 3,19 3,34 3,51 750 37,5 10,36 11,15 11,15 90 2,74 2,84 3,09 140 2,20 2,27 2,38 150 3,30 3,45 3,63 800 37,5 10,20 11,77 11,77 90 2,83 2,89 3,26 140 2,25 2,32 2,43 150 3,33 3,48 3,73 850 37,5 10,80 11,57 12,46 90 2,89 3,00 3,31 140 2,25 2,35 2,45 150 3,24 3,45 3,68 Paso Libre (mm) Volado (mm) Carga centrada entre escuadras Carga Centrada escuadra central Carga descentrada al máximo [46] 8 Estudio a fatiga 8.1 Introducción La fatiga es el fenómeno que sufren los materiales cuando se les aplica una carga, de forma cíclica a lo largo del tiempo. A pesar de que se pueda estar trabajando con tensiones por debajo del límite elástico del material de la pieza, al aplicarle la carga de forma cíclica, se debilita la pieza pudiendo producir el conocido ''fallo por fatiga''. Dicho fallo consiste en la aparición de una o más grietas, la propagación de las cuales produce una fractura (ver Apartado “Fases del fallo por fatiga” en Anejo E. Estudio a Fatiga). 8.2 Definición / características estudio Para realizar un estudio de fatiga con el Cosmos de Solidworks, se debe partir de un estudio estático, previamente calculado. Teniendo en cuenta que el estudio estático se ha realizado con una carga máxima, en unas condiciones consideradas como 'extremas', para realizar el estudio a fatiga se considerarán los siguientes aspectos: • Se estudiarán los ciclos de vida, aplicando unos factores de carga del 70%, 80% y 90%, respectivamente, considerando que a máxima carga trabajará de forma muy puntual. • Al realizar el estudio con el programa, hay distintos aspectos a tener en cuenta al definir cada uno de los estudios: ◦ Curvas S-N del material / Interpolación curva: Se ha utilizado el sistema de análisis del ciclo de vida a fatiga, mediante la curva S-N del material, que es el sistema que utiliza el programa, para resolver cada uno de los casos planteados (Ver Apartado “Curvas S-N” en Anejo E. Estudio a Fatiga). El programa permite cargar las curvas S-N de cada uno de los materiales o bien a través de la librería de los materiales del propio programa, o bien cargando los puntos de la propia curva, manualmente. Para los estudios del Proyecto, se han utilizado las curvas SN de la librería y se ha elegido una interpolación de la curva logarítmica-logarítmica, puesto que es la que mejor aproxima los datos que se tienen de la curva S-N de la librería del Cosmos: [47] Ilustración 27. Definiciones en Cosmos. Curva S-N. ◦ Tipo de suceso e Interacciones entre eventos: El tipo de suceso utilizado es el de una carga de amplitud constante comprendida entre 0 hasta el valor máximo (carga determinada en el estudio estático), simulando el caso del paso de la carretilla manual, estimando que el paso de la carga a través de la pisadera implica un paso de 0 a carga máxima y de carga máxima a 0, consecutivamente. Ilustración 28. Curva Suceso carga amplitud constante, en estudio a fatiga. Además se considera que no hay interacción entre un suceso y el siguiente, sino que ocurren uno tras otro. Teniendo en cuenta que el programa utiliza el método de análisis de Miner (ver Apartado “Regla de Miner” del Anejo E. Estudio a fatiga), no se tiene en consideración la cronología en cuanto a la aplicación de las cargas. Para sacar datos significativos, se considera que no es necesario entrar en detalle sobre dicho historial en lo que respecta a la aplicación de las cargas. [48] ◦ Cálculo tensión alterna: Existen varios métodos de cálculo de los esfuerzos alternantes del estudio (Ver Apartado “Tensión Alterna” en E. Estudio a fatiga): • Por intensidad de esfuerzo: Calcula la tensión alterna como la diferencia entre el primer esfuerzo P1 (principal) y el tercer esfuerzo principal P3. • Por intensidad equivalente: Es la conocida como la teoría de Von Misses. Es un método válido para materiales dúctiles, puesto que especifica que la falla es debida a la energía elástica debida a la deformación por cortante. • Por esfuerzo máximo absoluto: Se calcula en base al esfuerzo P1 máximo principal. Es un método válido para contenedores a presión. → Se escoge el método de cálculo de tensión equivalente de Von Misses ya que, además de trabajar con acero, el material de la pisadera es aluminio que se considera un material dúctil. ◦ Corrección esfuerzo medio: En este punto, se puede determinar qué método se usará para analizar los esfuerzos medios, cuando la tensión media es distinta de cero. Cosmos, permite escoger entre no aplicar ninguna corrección o bien escoger entre 3 distintos modelos de cálculo: Sodeberg, Goodman y Gerber. → Para el caso que nos compete, se utilizará el método de corrección de Gerber, por el mismo motivo que se ha especificado anteriormente a la hora de escoger el método de cálculo por la tensión equivalente de Von Misses, que se trabaja con aluminio, considerado dúctil. Además, es el método menos conservador, el más estricto de los 3 (ver Apartado “Métodos de corrección del esfuerzo medio” en Anejo E. Estudio a fatiga). ◦ Factor reducción límite fatiga: Existe, además, el factor global de reducción a la fatiga; con él, se puede tener en cuenta la diferencia existentes entre el diagrama S-N basado en unas condiciones normalizadas, realizadas en probetas, y una condición existente, de efectos diversos, planteado en el estudio. → Para el caso en cuestión, no aplicaremos un factor de reducción, puesto que no se dispone de datos suficientes [49] como para estimarlo y ello implicaría un estudio. ◦ Vida Infinita: En esta casilla, se puede determinar el rango en cuanto al número de ciclos de vida del conjunto. No obstante, el programa, considera el valor máximo de ciclos, como el valor máximo que viene determinado en la gráfica de la curva S-N. Con ello, si se determina en esta casilla una vida infinita a los 10 12 ciclos y en la curva S-N el valor máximo es de 10 6 , cuando el cálculo dé un valor por encima de los 10 6 ciclos, indicaría un valor de 10 12 ciclos (rango indicado como máximo en la casilla en cuestión). → Con ello, para el caso que compete al presente proyecto, se determinará como se indica en la propia curva S-N del material, que la vida útil será infinita cuando el valor esté por encima de los 10 6 ciclos, puesto que es el valor donde prácticamente se estabiliza el valor de tensiones alternantes, a partir del cual, el valor de vida útil es considerado como infinito. Además, teniendo en cuenta el estudio en cuestión, se estima que un valor de un millón de ciclos, es un valor muy elevado, que se considera como vida útil infinita, es decir, que el límite de fatiga (ver Apartado “Límite de fatiga” en Anejo E. Estudio a fatiga) está por debajo del esfuerzo alternante que causa el fallo a fatiga. Ilustración 29. Definición parámetros estudio a fatiga. [50] 8.3 Gráficas/conclusiones Los resultados obtenidos, para cada uno de los modelos y configuraciones estudiadas, son los siguientes: Vida útil (fatiga). Nº ciclos: Modelo Vida útil. Nº ciclos Paso Libre (mm) Volado (mm) 70% carga 80% carga 90% carga 37,5 1x10 6 1x10 6 1x10 6 90 1x10 6 1x10 6 1x10 6 140 1x10 6 1x10 6 1x10 6 700 150 1x10 6 4,21x10 5 1,73x10 5 37,5 1x10 6 1x10 6 1x10 6 90 1x10 6 1x10 6 1x10 6 140 1x10 6 1x10 6 1x10 6 750 150 1,15x10 5 4,32x10 4 1,79x10 4 37,5 1x10 6 1x10 6 1x10 6 90 1x10 6 1x10 6 1x10 6 140 1x10 6 1x10 6 1x10 6 800 150 5,61x10 5 1,99x10 5 8,67x10 4 37,5 1x10 6 1x10 6 1x10 6 90 1x10 6 1x10 6 1x10 6 140 1x10 6 3,94x10 5 1,61x10 5 850 150 5,25x10 5 1,89x10 5 8,22x10 4 Tabla 8. Estudio a fatiga. Resultados nº ciclos de vida, según configuración. Ilustración 30. Ejemplo resultado estudio a fatiga. PL 800, 70% carga. [51] Teniendo en cuenta que se ha estimado una vida útil de 1x10 6 ciclos como una vida infinita, se aprecia que los valores obtenidos, representan, en cuanto al número de ciclos de vida, unos valores considerablemente elevados. Con ello, se estima que para el caso estudiado, el valor mínimo obtenido de 1,79x10 4 ciclos es un valor que nos ofrece un alto coeficiente de seguridad, puesto que es muy factible que, en un ascensor de viviendas, no se lleguen a realizar 18000 ciclos con esa carga. Caso distintos sería si el estudio se realizara, por ejemplo, en un montacargas de una empresa, donde se estuviera constantemente subiendo y bajando material con carretillas / transpaletas, de un piso a otro, con lo que el valor de 18000 ciclos resultaría excesivamente bajo (suponiendo que la carga máxima que pase a través de la pisadera, sea la estudiada en el presente proyecto). Supongamos que pasa la carretilla del orden de 25 veces al día: 18000 (ciclos) / 25 (ciclos/día) = 720 días En este caso, se observa que la vida útil del conjunto no superaría los dos años, con lo que, obviamente, implica una vida útil sumamente corta. CONCLUSIÓN: Para el modelo y las cargas estudiadas, en cada una de sus configuraciones, se obtienen unos valores de ciclos de vida muy elevados que se pueden considerar como vida infinita, dado el uso del ascensor y la más que baja probabilidad de acercarse a ese número de ciclos de carga. No obstante, tal y como se ha especificado anteriormente, caso distinto sería si hablásemos de valores de carga más elevados o ascensores destinados al paso asiduo de carretillas, puesto que se debería cambiar el conjunto estudiado: cambiar diseño o material de la pisadera y cambiar diseño o material o incluso el número de escuadras, o bien colocar una consola de fijación (también disponible en los productos de la gama Fermator), con el fin de aumentar la vida útil del conjunto. Ello, implicaría un nuevo estudio, que no compete al caso objetivo del presente Proyecto. [52] 9 Conclusiones Globales 9.1 En relación al propio estudio La realización de los tres tipos de ensayos (estático, de frecuencias naturales y de fatiga) ha proporcionado una información completa y fiable en cuanto a la validez del conjunto estudiado, a efectos de: - Resistencia mecánica. - Rigidez y estabilidad dimensional. - Vida útil del sistema del conjunto, dadas unas solicitaciones. Con ello, se ha conseguido crear una base de cálculo para futuros estudios que se puedan plantear e, incluso, para dar validez a las piezas ya diseñadas, pudiendo llegar a cambiar el diseño de alguna de ellas con el fin de optimizar sus prestaciones (por ejemplo la que se muestra en la página siguiente respecto a la forma de las escuadras de forma en L), aunque ello implique un estudio más amplio, ya que se deberían analizar aspectos de suma importancia como son: fabricación de las piezas, costes de materiales, etc. 9.2 En relación a los resultados Después de realizar los distintos estudios a cada uno de los modelos objetivo, en las configuraciones específicas, se pueden sacar las siguientes conclusiones respecto a los resultados obtenidos: • Como era de esperar, para un volado de 37,5 mm (máximo volado del primer tramo), las tensiones resultantes en las escuadras, no son significativas. En este tramo de volado, se puede considerar que se debe estudiar la resistencia propia de la pisadera, puesto que es la pieza que sufre y puede plastificar. • Se observa que, dadas las condiciones de carga, la pisadera estándar de aluminio no aguanta la carga aplicada, plastificando en todos los modelos y volados estudiados. Con ello, se ha escogido la pisadera reforzada, del mismo material (disponible en la gama Fermator), comprobando que sí que se cumple con los criterios exigidos de rigidez y flecha máxima. [53] • En cuanto a la resistencia del resto de las escuadras, se puede determinar que son las correspondientes a los volados de 90 y 140 mm (escuadras tipo W y tipo D) donde mayores tensiones equivalentes se obtienen, incluso mayores en relación a la escuadra del volado mayor estudiado, de 150 mm. Con ello, centrándonos en la forma de la escuadra, las de forma en L sufren más en comparación al volado y para unas mismas condiciones de carga, que las del modelo de escuadra de máximo volado, las de tipo V. De cara al futuro, se planteará el unificar el criterio en cuanto a la forma, yendo a un diseño similar al del modelo V2, en vistas que tienen mayor resistencia, incluso con un menor espesor de chapa, aun en condiciones más críticas (mayores volados). Ilustración 31. Diferencia forma escuadras tipo L y escuadra tipo V. • Los resultados respecto al número de ciclos de vida a fatiga, considerando que en el caso estudiado de un ascensor de viviendas es difícil que pasen carretillas de forma más o menos asidua, se obtienen unos valores que se pueden considerar de vida infinita, con lo que, sumado a los criterios de resistencia mecánica y flecha máxima, demuestran que las piezas de los conjuntos estudiados son válidos, con el cambio necesario de la pisadera reforzada y de la escuadra tipo D, para cumplir con el criterio de rigidez (no deformación plástica). • El estudio de las frecuencias naturales de vibración demuestra que la estructura estudiada cumple con unos requisitos de rigidez y estabilidad dimensional considerables, descartando posibles problemas que pudieran aparecer, como el efecto de la resonancia. [54] 9.3 Valoración personal A título personal, creo que el presente Proyecto ha respondido a las expectativas que en él se han depositado, sacando conclusiones significativas respecto al modelo concreto estudiado, en cada una de las distintas configuraciones, y sirviendo de base para empezar un nuevo proyecto, de ampliación del mismo (Ver Apartado 10. Futura continuación del Proyecto). [55] 10 Futura continuación del Proyecto Como se ha especificado en el inicio del presente Proyecto, con el estudio realizado, se ha pretendido crear una base para futuros estudios. Con ello, las intenciones de cara al futuro próximo, son las siguientes:  Ampliar la gama de modelos de apertura:  Puertas de apertura telescópica de 1, de 3 y de 4 hojas.  Puertas de apertura central de 2, 4, 6 y 8 hojas.  Ampliar la gama de pisaderas disponibles:  Pisadera de hierro en chapa.  Pisadera maciza.  Aplicar los rangos de volados de las aperturas especificadas, ampliando así los modelos de escuadras disponibles.  Estudiar los casos con las consolas de fijación. • Se mirará de realizar un mismo estudio para todas las configuraciones con el fin de sacar conclusiones específicas, como en el Proyecto presente, y comparativas a grandes rasgos. • Se aprovecharán para realizar todas las configuraciones con el fin de realizar los estudios pertinentes que se planteen por parte del cliente.