電梯用鋼絲繩端接裝置(自鎖緊楔形)設(shè)計計算

(天津市六開電梯配套有限公司，天津 300402)

電梯用鋼絲繩端接裝置(自鎖緊楔形)設(shè)計計算

范學全

(天津市六開電梯配套有限公司，天津 300402)

介紹了電梯用鋼絲繩端接裝置(自鎖緊楔形)強度的概算方法及應(yīng)遵循的一般原則，可供有關(guān)人員在進行該部件強度設(shè)計計算時參考。

鋼絲繩;端接裝置;自鎖緊楔形;強度計算

0 引言

隨著城市棚戶區(qū)的改造，高層樓寓越來越多，與之配套的電梯(本文指直梯)被普遍使用。人們希望在盡短的時間內(nèi)完成在電梯轎廂內(nèi)的滯留，這就要求電梯制造廠在保證人員安全的前提下，生產(chǎn)出速度更快的電梯。電梯用鋼絲繩端接裝置是電梯常用部件，它負責將鋼絲繩與轎廂、鋼絲繩與對重連接在一起的任務(wù)。它有3種形式如下：

1）巴氏合金填充形；2）自鎖緊楔形；3）繩夾。

根據(jù)3種端接裝置的自身特點。自鎖緊楔形端接裝置被普遍使用。它的優(yōu)點是拆裝方便，舒適平穩(wěn)，但抗沖擊性能較差，如圖1所示。

圖1 自鎖緊楔形端接裝置Fig.1 Since the locking wedge clamping device

自鎖緊楔形端接裝置(為表述方便在后面的敘述中簡稱為繩頭組合)中錐套和楔塊是與鋼絲繩接觸的兩個重要零件。對這兩個零件進行機械強度方面地比較，錐套存在的失效風險更大一些。下面重點討論錐套的機械強度計算(楔塊較簡單不作重點討論)，要計算錐套的強度首先要對其進行受力分析。

1 受力分析

依據(jù)文獻[1]，如圖2所示。

圖2 繩頭組合中鋼絲繩及錐套的受力分析Fig.2 String or combination of wire rope and force analysis of taper sleeve

a) 鋼絲繩在錐套和楔塊中狀態(tài) b) 鋼絲繩的受力分析 c)錐套的受力分析。

根據(jù)圖2 b)可知

取錐套、楔塊及鋼絲繩為分離體，且鋼絲繩端未與繩體扎緊時，可得

式中：

Su—楔塊上鋼絲繩緊邊拉力S1與松邊拉力S2之差。

a —楔塊上的有效包角（徑）， α=π+φ。

f —鋼絲繩與楔子、楔套間的摩擦系數(shù)。

e —自然系數(shù)e=2.7182828……。

φ—楔套垂直側(cè)面與傾斜側(cè)面間夾角。

Q—鋼絲繩承載時的拉力。

由于H1＞H2（見表2），故H2處將是強度計算的主要對象。

2 楔角與摩擦系數(shù)的關(guān)系

由式（3）可知，摩擦系數(shù) f 與楔角φ對F2的影響是互相矛盾的，但卻共同影響著楔塊、錐套連接的自鎖性。自鎖性過大既不易拆卸，又會對錐套和楔塊產(chǎn)生較大的應(yīng)力值，取楔塊處于臨界欲退出的狀態(tài)對錐套進行分析并找出它們的相互關(guān)系，利用力的平衡方程求解，如圖3所示。

圖3 楔套與鋼絲繩接觸部分的受力分析（楔子退出狀態(tài)）Fig.3 Wedge set of contact with the steel wire rope part stress analysis (wedge exit status)

在水平平面內(nèi)

在鉛垂平面內(nèi)；

故：

公式（7）為楔角（φ）與摩擦系數(shù)（f）的關(guān)系式。

通常取f=0.1～0.15,φ=11.4°～17.1°

推薦取f=0.25，φ=12.76°。

3 曲率等截面矩形曲桿的應(yīng)力

曲桿中內(nèi)力的分布規(guī)律如圖4所示。

圖4 曲桿中內(nèi)力的分布規(guī)律Fig.4 The internal force distribution of curved bar

彎矩M引起的應(yīng)力如圖5所示。

圖5 矩形截面曲桿中的正應(yīng)力Fig.5 Rectangular cross section curve of the normal stress

經(jīng)過推導可得出定曲率等截面曲桿內(nèi)的總垂直應(yīng)力σ的公式為

式中：

N—截面的拉力。

F—截面面積。

M— 截面上受的彎矩。

S—截面面積對中性軸的靜矩。

Z—計算截面層對中性軸的距離。

P—計算層的曲率半徑 。

式（8）為定曲率等截面曲桿的應(yīng)力通式。由文獻[2]可知矩形截面曲桿的相關(guān)特性，如圖6所示。

圖6 矩形截面曲桿的計算Fig.6 The calculation of rectangular section curved bar

圖中形心層的曲率半徑為R0，外層曲率半徑為Rw，內(nèi)層曲率半徑為Rn。

由式（8）可知，彎矩M引起曲桿外層與內(nèi)層的正應(yīng)力分別為

顯然，式（9）、（10）可運用到錐套的應(yīng)力計算中去。

圖7 錐套、楔塊工作受力圖Fig.7 Taper sleeve, wedge block by trying to work

4 繩頭組合的強度計算

由于錐套構(gòu)造上的因素，如圖7圖8所示，可知：B=B1。由力的分析可知。根據(jù)GB7588-2003[3]中第9.2.3條的要求。錐套的傾斜側(cè)面是強度計算的重點。按圖7和圖8將式（9）、（10）中的符號代換，可得錐套傾斜側(cè)面彎曲部分中點（危險截面）外層和內(nèi)層的彎曲正應(yīng)力計算式：

最后的應(yīng)力滿足強度要求

若F2=4.5Q不滿足強度要求，可按GB6067的間距要求，采用至少有3個繩夾來固緊鋼絲繩探出錐套部分。取F2=2.0636Q，再次核算并要滿足強度要求。

由載荷Q引起的應(yīng)力滿足式（13）、（14）時，則該載荷稱為自鎖楔型繩頭組合錐套的許可載荷Qn。該載荷至少應(yīng)能承受鋼絲繩最小破斷負荷的80%。鋼絲繩的許用靜拉力Qj由鋼絲繩的結(jié)構(gòu)來決定：

式中：

Sp—鋼絲繩的整體最小破斷拉力 ；

n—安全系數(shù)。

根據(jù)GB7588-2003中第9.2.2的規(guī)定，安全系數(shù)為12

安全系數(shù)n是指裝有額定載荷的轎廂?？吭谧畹蛯訒r，一根鋼絲繩的最小破斷負荷(N)與這根鋼絲繩所受的最大力(F)之間的比值。

因彎折、磨損及銹蝕等原因出現(xiàn)的斷絲，將導致整繩承載能力下降，因而不必將楔形接頭設(shè)計成與新鋼絲繩等強度。

楔塊側(cè)面擠壓強度：

5 錐套與楔塊的材料匹配

錐套、楔塊的常用材料及其合理匹配見表1 。按具體的強度計算，選取相應(yīng)的組合。

調(diào)質(zhì)處理后的硬度應(yīng)控制在229HB～269HB，其分鑄試棒的調(diào)質(zhì)試件。錐套應(yīng)經(jīng)檢驗。成品錐套不允許有裂紋等缺陷，也不允許補焊。

圖8 錐套構(gòu)造的主要尺寸Fig.8 The main dimensions of the taper sleeve structure

圖9 楔塊構(gòu)造尺寸Fig.9 Wedge structure size

表1 錐套與楔塊材料的對應(yīng)匹配推薦狀況Table 1 Taper sleeve and corresponding matching recommended wedge material conditions

6 推薦的錐套及楔塊的結(jié)構(gòu)尺寸

在繩頭組合設(shè)計中常取 f =0.125，φ=12.76°。錐套、楔塊結(jié)構(gòu)尺寸推薦值參見圖8圖9和表2表3。

表2 以鋼絲繩直徑ds為基準計量的錐套相關(guān)尺寸Table 2 Based on wire rope diameter dsmeasurement are related to the taper sleeve size

表3 以鋼絲繩直徑為基準計量的楔塊相關(guān)尺寸Table 3 Based on wire diameter measurement are related to the wedge block size

7 自鎖緊楔形端接裝置的安全使用

電梯是被國家按特種設(shè)備進行監(jiān)察和管理，尤其重視其安全性。通常將楔形接頭直接用于升降機構(gòu)中，保證機構(gòu)的安全。這就要求繩頭組合的設(shè)計圖樣和選用資料中，必須提供鋼絲繩在相應(yīng)材料匹配的條件下的最小破斷載荷。

8 結(jié)束語

通過對繩頭組合中構(gòu)件的受力分析，找出錐套的最大受力處作為強度計算的重點，并運用曲桿理論相關(guān)公式得出強度概算方法。經(jīng)推導，得出鋼絲繩、連接件間的摩擦系數(shù) f 與楔角φ之間的內(nèi)在聯(lián)系。最后，歸納出常用材料的匹配狀況、錐套和楔塊的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，供讀者參考。這些內(nèi)容具體還需在設(shè)計、制造及使用中進一步總結(jié)、完善和提高。

［1］ M·舍費爾等著．起重運輸·機械設(shè)計基礎(chǔ)．第六版[M]．北京：機械工業(yè)出版社．

［2］ 別遼耶夫等著．材料力學下冊．第一分冊[M]．商務(wù)印書館,1953．

［3］ GB7588-2003．電梯制造與安裝安全規(guī)范．

［4］ GB8903-2005．電梯用鋼絲繩．

［5］ GB/T5973-86．鋼絲繩楔形接頭．

［6］ GB/T5976-86．鋼絲繩夾．

［7］ GB10058-88．電梯技術(shù)條件．

The Elevator Wire Rope Clamping Device (Self Locking Wedge) Design Calculation

Fan Xuequan
（Tianjin Six Open Elevator Co., LTD Tianjin 300402,China）

Introduced the elevator wire rope clamping device (self locking wedge) strength estimate method and should follow the general principles of available to relevant personnel in the strength of the part as a reference for design and calculation.

thermowell;natural frequency;strouhal frequency;validation;sympathetic vibration

TH123+<.3 文獻標識碼：A 文章編號： class="emphasis_bold">.3 文獻標識碼：A 文章編號：Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007.3 文獻標識碼：A 文章編號：

10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

A 文章編號：Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

2014-3-20

范學全,男,本科,工程師。