Puleggia dell'elevatore: tipi, profili delle scanalature, guida all'ispezione e punte di sostituzione

Che cos'è una puleggia per ascensore e perché è importante?

Una puleggia dell'ascensore - chiamata anche puleggia nella terminologia tecnica - è una ruota scanalata su cui passano le funi dell'ascensore o le cinghie d'acciaio per trasmettere il movimento e sostenere il carico della cabina dell'ascensore e del contrappeso. Ogni sistema di ascensore a trazione dipende dalle pulegge per reindirizzare la corsa della fune, moltiplicare il vantaggio meccanico e trasferire la forza motrice dalla macchina di trazione all'auto. Senza pulegge dell’ascensore adeguatamente progettate, prodotte e mantenute, le funi si usurerebbero rapidamente, la macchina di trazione non sarebbe in grado di spostare l’auto in modo efficiente e il rischio di slittamento delle funi o guasti meccanici aumenterebbe notevolmente.

I termini "puleggia dell'elevatore" e "puleggia dell'elevatore" sono usati in modo intercambiabile nel settore, sebbene tecnicamente una puleggia si riferisca specificamente a una puleggia scanalata utilizzata con una fune o un cavo. Nell'ingegneria degli ascensori, la puleggia si riferisce alla ruota scanalata stessa, mentre la puleggia a volte si riferisce al gruppo completo compreso l'albero, i cuscinetti e l'alloggiamento. Indipendentemente dalla terminologia, questi componenti sono il cuore del sistema meccanico di ogni ascensore a fune e la loro geometria, materiale, profilo della scanalatura e condizioni determinano direttamente le prestazioni dell'ascensore, la durata della fune e la sicurezza dei passeggeri.

Questo articolo spiega come funzionano le pulegge per ascensori, i diversi tipi utilizzati nei sistemi di ascensori, i materiali e gli standard di produzione coinvolti, come ispezionarle e mantenerle e cosa cercare quando si specificano le pulegge di ricambio. Che tu sia un tecnico di ascensori, un gestore di strutture edili o un ingegnere che progetta una nuova installazione, comprendere in dettaglio le pulegge degli ascensori è fondamentale per mantenere i sistemi di ascensore funzionanti in modo sicuro ed efficiente.

Come funzionano le pulegge dell'elevatore in un sistema di trazione

In un ascensore a trazione, la macchina motrice, un motore elettrico collegato a un cambio o a un motore a trasmissione diretta senza ingranaggi, fa ruotare una puleggia di trazione. Funi metalliche o cinghie di acciaio rivestite sono drappeggiate sulla puleggia di trazione, con la cabina dell'ascensore sospesa su un lato e il contrappeso sull'altro. L'attrito tra la fune e le scanalature della puleggia di trazione è ciò che spinge l'auto su e giù: la macchina non tira la fune come un argano; lo afferra per trazione. Questa distinzione fondamentale è il motivo per cui il profilo della scanalatura, il rapporto del diametro della fune/puleggia e il materiale della scanalatura hanno tutti un impatto così diretto sulle prestazioni del sistema.

Oltre alla puleggia di trazione principale, un sistema di ascensore completo utilizza diverse pulegge aggiuntive. Le pulegge deflettori reindirizzano il percorso della fune dalla macchina di trazione alla cabina o al contrappeso quando la macchina non è posizionata direttamente sopra il vano corsa. Le pulegge tenditrici mantengono la tensione della fune e il corretto allineamento attraverso il sistema. Negli ascensori idraulici a fune e in alcuni sistemi di trazione, più pulegge sono disposte in una configurazione a carrucola per ottenere un vantaggio meccanico: le disposizioni di funi 2:1 e 4:1 utilizzate in molti sistemi di ascensore richiedono pulegge deflettori e tenditrici per completare il percorso della fune. Ciascuna puleggia nel sistema contribuisce alla fatica da flessione della fune, quindi il numero di pulegge, i loro diametri e gli angoli di piegatura influiscono tutti sulla durata delle funi.

Tipi di pulegge per ascensori e loro ruoli specifici

Un'installazione completa di un ascensore utilizza diversi tipi distinti di pulegge, ciascuna progettata per una funzione specifica nel sistema a fune. Capire cosa fa ciascun tipo e dove si trova aiuta a diagnosticare i problemi e a specificare le sostituzioni corrette.

Puleggia di trazione (puleggia motrice)

La puleggia di trazione è l'elemento motore principale del sistema ascensore. È montato direttamente sull'albero di uscita della macchina di trazione - tramite un riduttore o direttamente sull'albero di un motore senza ingranaggi - e la sua rotazione aziona la cabina dell'ascensore e il contrappeso attraverso l'attrito della fune. Le pulegge di trazione sono le pulegge più caricate del sistema, soggette sia alla tensione totale della fune che alla fatica di flessione causata dalle funi che si flettono continuamente sulla superficie della puleggia. Il profilo della scanalatura deve corrispondere esattamente al diametro della fune e il materiale della scanalatura deve fornire una trazione adeguata senza causare un'eccessiva usura della fune. I diametri delle pulegge di trazione vanno da circa 320 mm su piccoli ascensori residenziali a oltre 800 mm su sistemi commerciali ad alta velocità.

Puleggia deflettore

Una puleggia deflettore viene utilizzata per reindirizzare il percorso della fune dalla macchina di trazione al corretto allineamento verticale sopra la cabina o il contrappeso quando la macchina non è posizionata direttamente sopra la linea centrale del vano corsa. Negli impianti di ascensori senza locale macchina (MRL), dove la macchina di azionamento è montata nella parte superiore del vano corsa anziché in una sala macchine dedicata, le pulegge deflettori sono particolarmente importanti per stabilire la corretta geometria della fune. Le pulegge deflettori vengono utilizzate anche nelle installazioni di sale macchine sopraelevate in cui la macchina è spostata rispetto al centro del vano corsa. Sopportano carichi di tensione della fune significativi e devono essere dimensionati e supportati per gestire queste forze senza deflessioni o vibrazioni.

Puleggia della cabina e puleggia del contrappeso

Nelle configurazioni di funi 2:1, in cui la fune viaggia da un punto di ancoraggio fisso, scende attorno a una puleggia sull'arcata della cabina, risale fino a un deflettore o una puleggia aerea e scende fino al contrappeso, la puleggia della cabina e la puleggia del contrappeso sono montate rispettivamente sull'arcata della cabina e sul telaio del contrappeso. Queste pulegge consentono alla cabina e al contrappeso di viaggiare alla metà della velocità della fune di un sistema 1:1, riducendo la velocità della fune richiesta e consentendo a una macchina di trazione più piccola di spostare lo stesso carico. Le pulegge della cabina devono essere progettate con un adeguato spazio libero per le funi all'interno della struttura della struttura della cabina e i loro cuscinetti devono sopportare l'intero carico sospeso della cabina più il carico nominale diviso tra i tiri della fune.

Puleggia aerea (puleggia secondaria)

Le pulegge aeree sono pulegge fisse montate nella parte superiore del vano corsa o nella struttura aerea della sala macchine che reindirizzano le funi tra la puleggia di trazione e la cabina o la puleggia di contrappeso in configurazioni multi-avvolgimento o complesse. Nei sistemi di funi 4:1 utilizzati in alcuni montacarichi a bassa velocità e ad alta capacità, più carrucole aeree completano la disposizione del paranco. Queste pulegge hanno generalmente un diametro inferiore rispetto alla puleggia di trazione e sono progettate principalmente per reindirizzare il percorso della fune piuttosto che per fornire trazione.

Carrucola di compensazione

Negli edifici alti in cui il peso delle funi diventa significativo, in genere negli edifici con un'altezza servita superiore a 30 metri, funi o catene di compensazione vengono appese sotto l'auto e il contrappeso per bilanciare il peso delle funi di sollevamento durante la corsa dell'auto. Nella fossa dell'ascensore è montata una puleggia di compensazione per guidare le funi di compensazione e mantenere la tensione adeguata. Le pulegge di compensazione sono messe in tensione per gravità e devono essere libere di muoversi verticalmente entro i limiti per consentire l'allungamento e il movimento dinamico della fune durante il funzionamento.

Profili delle scanalature della puleggia dell'elevatore e loro effetto sulla durata della fune

Il profilo della scanalatura di un puleggia dell'ascensore è uno degli aspetti tecnicamente più critici della progettazione degli ascensori, in quanto influisce direttamente sia sulle prestazioni di trazione che sul tasso di usura delle funi. Nelle pulegge degli ascensori vengono utilizzati tre profili scanalati principali, ciascuno dei quali rappresenta un diverso compromesso tra trazione, pressione della fune e durata a fatica della fune.

Scanalatura rotonda (scanalatura a U)

Una scanalatura rotonda ha una sezione trasversale circolare con un raggio leggermente maggiore del raggio della fune: in genere il raggio della scanalatura è 0,53–0,55 volte il diametro della fune. La fune entra in contatto con la scanalatura lungo un ampio arco (circa 120–150°), distribuendo uniformemente la pressione di contatto su un'ampia area. Questa bassa pressione di contatto produce una deformazione minima della fune e una durata massima a fatica della fune, rendendo le pulegge a gola tonda la scelta preferita per tutte le pulegge deflettori, le pulegge per auto e le pulegge sopraelevate dove non è richiesta la trazione. Il limite delle scanalature rotonde sulle pulegge di trazione è che forniscono una trazione (attrito) inferiore rispetto alle scanalature a sottosquadro, il che può essere insufficiente per sistemi con rapporti di contrappeso bassi o requisiti di accelerazione elevati.

Scanalatura a V sottosquadro

Una scanalatura sottosquadro combina una forma a V con un sottosquadro a raggio ridotto nella parte inferiore. I lati angolati della scanalatura comprimono la corda, generando un effetto di cuneo che aumenta significativamente la forza normale tra corda e scanalatura - e quindi aumenta la trazione disponibile - rispetto ad una scanalatura rotonda sotto la stessa tensione della corda. Il coefficiente di trazione ottenibile con una scanalatura a sottosquadro è generalmente superiore del 50–80% rispetto a quello con una scanalatura rotonda con angolo di scanalatura equivalente, motivo per cui le scanalature a sottosquadro sono il profilo standard per le pulegge di trazione nella maggior parte dei moderni impianti di ascensori. Il compromesso è una maggiore pressione di contatto sui fili della fune ai bordi della scanalatura, che accelera l'usura della fune e riduce la durata a fatica della fune. Gli angoli delle scanalature sottosquadro variano tipicamente da 90° a 105°, con sottosquadri più profondi che forniscono una maggiore trazione a scapito di un degrado più rapido della fune.

Scanalatura a V (V completa)

Una scanalatura a V completa senza sottosquadro genera la massima trazione attraverso un'azione di incuneamento estrema, ma al costo di pressioni di contatto molto elevate che causano una rapida usura della fune. Le scanalature a V complete sono utilizzate raramente nelle pulegge di trazione degli ascensori moderni, ma possono essere trovate in installazioni più vecchie o in alcune applicazioni di ascensori per merci e di servizio. L'elevata pressione di contatto tra fune e scanalatura in una scanalatura a V provoca anche una rapida usura della scanalatura stessa, richiedendo una sostituzione più frequente della puleggia di trazione rispetto ai modelli con scanalatura a sottosquadro. Laddove si riscontrino scanalature a V complete in installazioni esistenti, le loro condizioni dovrebbero essere attentamente valutate durante le ispezioni di manutenzione.

Materialei e standard di produzione per pulegge per ascensori

Le pulegge per ascensori sono realizzate con materiali selezionati per fornire la corretta combinazione di durezza, tenacità, lavorabilità e resistenza all'usura per il loro ruolo nel sistema. La tabella seguente riassume i principali materiali utilizzati e le loro caratteristiche:

Le pulegge degli ascensori devono essere conformi agli standard di sicurezza pertinenti, tra cui EN 81-20 ed EN 81-50 in Europa, ASME A17.1 in Nord America e GB 7588 in Cina. Questi standard specificano i rapporti minimi di diametro puleggia-fune (tipicamente D/d ≥ 40 per pulegge di trazione dove D è il diametro primitivo della puleggia e d è il diametro della fune), tolleranze del profilo della scanalatura, requisiti di proprietà meccaniche del materiale e criteri di ispezione. La conformità a questi standard è obbligatoria per l'approvazione del tipo di ascensore e viene verificata durante sia la produzione che le ispezioni periodiche di sicurezza.

Il rapporto D/d: perché il diametro della puleggia rispetto al diametro della fune è fondamentale

Il rapporto tra il diametro primitivo della puleggia (D) e il diametro della fune (d), universalmente scritto come D/d, è uno dei parametri più importanti nella progettazione di sistemi di funi e pulegge per ascensori. Ogni volta che una fune si piega su una puleggia, i fili esterni della fune vengono allungati in tensione mentre i fili interni vengono compressi. Quanto più piccola è la puleggia rispetto alla fune, tanto più grave è lo stress di flessione e tanto più velocemente la fune accumula danni da fatica. Un rapporto D/d di 40:1 (il minimo generalmente richiesto dagli standard di sicurezza degli ascensori per le pulegge di trazione) significa che per una fune da 13 mm, il diametro minimo del passo della puleggia è di 520 mm.

L'utilizzo di rapporti D/d maggiori prolunga significativamente la durata della fune. La ricerca e i dati sul campo mostrano costantemente che l’aumento del D/d da 40 a 60 può più che raddoppiare la durata a fatica della corda con carico equivalente. Gli impianti di ascensori ad alta velocità e con cicli elevati, come quelli negli edifici commerciali alti che effettuano centinaia di viaggi al giorno, spesso specificano rapporti D/d di 60-80 o superiori per ottenere durate di servizio accettabili della fune tra una sostituzione e l'altra. Il rapporto D/d deve essere mantenuto per tutte le pulegge del sistema, non solo per quella di trazione, poiché la fatica da flessione della fune è cumulativa su ogni puleggia con cui la fune entra in contatto durante ogni ciclo di viaggio. Le pulegge deflettori e le pulegge aeree sono talvolta specificate con diametri inferiori rispetto alla puleggia di trazione, ma il loro contributo alla fatica della fune deve essere preso in considerazione nel calcolo della durata complessiva della fune.

Ispezione della puleggia dell'ascensore: cosa controllare e quando

L'ispezione regolare delle pulegge dell'ascensore è un elemento obbligatorio della manutenzione dell'ascensore secondo tutti i principali standard di sicurezza. L'ispezione delle pulegge ha due scopi: identificare le pulegge usurate o danneggiate prima che causino danni alla fune o guasti al sistema e verificare che il sistema di pulegge continui a fornire una trazione e una durata adeguate della fune. I seguenti elementi di ispezione dovrebbero essere inclusi in ogni visita periodica di manutenzione dell'ascensore:

• Misurazione dell'usura della scanalatura: Utilizzare un calibro per scanalature (un calibro per profili passa/non passa abbinato al profilo nominale della scanalatura) per misurare la profondità e il profilo di ciascuna scanalatura. Le scanalature che si sono usurate oltre la tolleranza del produttore (in genere un aumento superiore al 10-15% del raggio della scanalatura o un appiattimento visibile di un profilo sottosquadro) devono essere rilavorate o sostituire la puleggia. Le scanalature usurate riducono la trazione nella puleggia di trazione e aumentano la pressione di contatto della fune nelle pulegge del deflettore, accelerando l'usura della fune.
• Condizioni della superficie della scanalatura: Ispezionare le superfici delle scanalature per individuare eventuali rigature, crepe, vaiolature o corrosione. Le rigature – scanalature longitudinali tagliate nella scanalatura della puleggia da fili della fune rotti – creano concentrazioni di stress nella fune e accelerano notevolmente il degrado della fune. Qualsiasi puleggia con scanalature rigate deve essere rilavorata per ripristinare una superficie liscia della scanalatura o sostituita se la profondità della scanalatura scende al di sotto del minimo dopo la rilavorazione.
• Consistenza della profondità della scanalatura: Misurare la profondità della scanalatura su tutte le scanalature su una puleggia multiscanalatura. Profondità diverse delle scanalature causano una distribuzione diseguale del carico sulle corde: la scanalatura più bassa trasporta il carico maggiore, mentre le corde nelle scanalature più profonde sopportano meno tensione. Questo squilibrio di carico accelera l'usura della fune sovraccarica e riduce il fattore di sicurezza complessivo del sistema. Le scanalature devono essere rilavorate se la variazione di profondità supera 0,5 mm tra le scanalature sulla stessa puleggia.
• Condizioni dei cuscinetti: Controllare i cuscinetti della puleggia per eventuali rumori, ruvidità o gioco eccessivo ruotando manualmente la puleggia con le funi rimosse. I cuscinetti ruvidi, rumorosi o allentati indicano un'interruzione della lubrificazione o l'usura dei cuscinetti e devono essere sostituiti tempestivamente. I cuscinetti difettosi della puleggia consentono un disallineamento della puleggia che causa un'usura accelerata della fune e un carico anomalo sull'albero della puleggia e sulla struttura di supporto.
• Allineamento della puleggia: Verificare che la puleggia sia correttamente allineata con il percorso della fune: le pulegge disallineate fanno sì che la fune scorra ad angolo attraverso la scanalatura, generando forze laterali che usurano la fune e la scanalatura in modo asimmetrico e possono far saltare la fune nella scanalatura ad alte velocità. L'allineamento viene controllato utilizzando un bordo dritto o uno strumento di allineamento laser sulle facce della puleggia.
• Condizioni della protezione della puleggia: Verificare che tutte le protezioni delle pulegge siano a posto, non danneggiate e posizionate correttamente per evitare il deragliamento della fune. Gli standard di sicurezza richiedono che su tutte le pulegge dell'ascensore siano presenti protezioni per trattenere la fune nella scanalatura in caso di improvvisa perdita di tensione.

Quando sostituire una puleggia dell'elevatore

Decidere quando sostituire una puleggia di un ascensore piuttosto che continuare a utilizzarla o rilavorare le scanalature è un giudizio che deve bilanciare sicurezza, durata della fune e costi di manutenzione. Le seguenti condizioni richiedono la sostituzione della puleggia o la rilavorazione della scanalatura e devono essere trattate come azioni obbligatorie quando identificate durante l'ispezione:

• Usura della scanalatura oltre la tolleranza: Quando le misurazioni del misuratore di usura della scanalatura mostrano che le scanalature si sono usurate al di fuori della tolleranza specificata dal produttore per il raggio della scanalatura o la geometria del sottosquadro e quando rimane materiale sufficiente per consentire la rilavorazione senza ridurre la base della scanalatura al di sotto dello spessore minimo della parete, le scanalature devono essere rilavorate. Se rimane materiale insufficiente per la rilavorazione, sostituire la puleggia.
• Crepe o fratture: Eventuali crepe visibili nel corpo della puleggia, nel mozzo o nel bordo richiedono la sostituzione immediata della puleggia. Le crepe nelle pulegge in ghisa si propagano rapidamente sotto carico ciclico e possono provocare fratture catastrofiche. Non tentare di riparare le pulegge incrinate mediante saldatura o altri mezzi.
• Intaccatura della scanalatura della fune che non può essere lavorata: Se la rigatura è sufficientemente profonda da far sì che una rilavorazione per rimuovere i segni ridurrebbe la scanalatura al di sotto della profondità minima, è necessaria la sostituzione.
• Danni da corrosione: Una significativa vaiolatura da corrosione sulle superfici delle scanalature o sul corpo della puleggia in ambienti con elevata umidità, esposizione chimica o aria salmastra costiera può richiedere la sostituzione quando la profondità della vaiolatura compromette l'integrità strutturale della puleggia o la levigatezza della superficie di contatto della fune.
• Usura dell'alloggiamento del cuscinetto: Se il foro dell'alloggiamento del cuscinetto è usurato o danneggiato al punto che la pista esterna del cuscinetto non può essere tenuta saldamente, la puleggia deve essere sostituita: tentare di utilizzare cuscinetti sovradimensionati o composti adesivi per la riparazione in un alloggiamento usurato non è una pratica di sicurezza accettabile nei sistemi di ascensori.

Pulegge per ascensori nei moderni sistemi MRL e ad alta velocità

La tecnologia degli ascensori senza locale macchina (MRL), che è diventata la tipologia di installazione dominante per gli edifici di altezza medio-bassa dalla fine degli anni '90 in poi, ha introdotto nuove sfide e configurazioni per i sistemi di pulegge degli ascensori. Nelle installazioni MRL, la macchina di trazione è montata all'interno del vano corsa, generalmente nella parte superiore, e la geometria della fune deve essere stabilita utilizzando pulegge deflettori posizionate all'interno dello spazio ristretto della struttura del vano corsa. Ciò pone requisiti molto maggiori in termini di precisione di posizionamento delle pulegge, progettazione del supporto strutturale e pianificazione degli accessi per la manutenzione rispetto alle installazioni convenzionali della sala macchine. Le pulegge del deflettore MRL sono spesso integrate nel gruppo basamento della macchina o montate su staffe in acciaio dedicate saldate o imbullonate alla struttura del vano corsa.

Gli ascensori ad alta velocità che servono edifici alti – quelli che viaggiano a 4 m/s e oltre – impongono severi requisiti alle prestazioni delle pulegge di trazione. A velocità elevate, le vibrazioni della fune, gli effetti aerodinamici e le forze di impatto dinamico nei punti di entrata e di uscita della puleggia della fune aumentano sostanzialmente. Le pulegge di trazione ad alta velocità sono invariabilmente acciaio forgiato o ghisa duttile ad alta resistenza, bilanciate con precisione per ridurre al minimo le vibrazioni, dotate di cuscinetti ad alta precisione e progettate con profili scanalati attentamente ottimizzati che riducono al minimo l'affaticamento della fune mantenendo una trazione adeguata. L'emergere di sistemi di cinghie piatte in acciaio rivestito (come Multibelt di Schindler e Gen2 di Otis) per velocità fino a 4 m/s ha introdotto le pulegge rivestite in poliuretano come alternativa alle pulegge in ferro scanalate, garantendo un funzionamento più silenzioso e una maggiore durata della cinghia nelle applicazioni di media altezza, semplificando al contempo la produzione delle pulegge rispetto alle pulegge di trazione scanalate di precisione.