電梯導(dǎo)軌選型和導(dǎo)軌支架間距的設(shè)計與分析

史利鵬 樂思超 陸秋容

摘 要：根據(jù)國標(biāo)規(guī)定的電梯導(dǎo)軌安裝技術(shù)要求，對電梯導(dǎo)軌承載情況進(jìn)行了分析，將分析結(jié)果運(yùn)用與電梯導(dǎo)軌的選型，同時，進(jìn)行了導(dǎo)軌支架間距的計算分析，討論了導(dǎo)軌選型與導(dǎo)軌支架間距的內(nèi)在聯(lián)系，該項研究對電梯的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：電梯；導(dǎo)軌；支架間距

1 電梯導(dǎo)軌的安裝要求

導(dǎo)軌安裝質(zhì)量的高低直接影響電梯設(shè)備運(yùn)行的舒適性與安全性，導(dǎo)軌安裝工藝的選擇與設(shè)計是電梯安裝工程中的重中之重。

導(dǎo)軌的主要作用為：（1）平衡重與轎廂裝置的導(dǎo)向作用；（2）支撐和保障安全裝置可靠工作。國標(biāo)嚴(yán)格規(guī)定：為保證電梯安全可靠運(yùn)行，導(dǎo)軌和相關(guān)附件應(yīng)能承受所施加的合成載荷，且單根導(dǎo)軌至少應(yīng)有兩個導(dǎo)軌支架支撐，支架間距不大于2.5米，如支架間距大于2.5米，需滿足GB7588-2003規(guī)定導(dǎo)軌彎曲強(qiáng)度要求，并有導(dǎo)軌間距大于2.5m的計算依據(jù)。

不同的井道壁構(gòu)造材料，導(dǎo)軌支架的固定方式有所不同，井道壁如果是混凝土結(jié)構(gòu)，通常有以下四種支架固定方法：（1）鋼板預(yù)埋法；（2）固定膨脹螺栓法；（3）當(dāng)井道壁的厚度小于0.1米時，采用對穿螺栓固定法；（4）直埋法。如果井道壁是用磚砌結(jié)構(gòu)，為使導(dǎo)軌支架可靠固定，宜采用：（1）混凝土圈梁處固定支架；（2）在井道壁內(nèi)，適當(dāng)加裝槽鋼支架。

高質(zhì)量的安裝對導(dǎo)軌垂直度和平行度提出了較高的要求，此外，還有導(dǎo)軌間距均等、接頭縫隙小等方面的精度要求。為保證轎廂和平衡重在導(dǎo)軌上安全可靠、平穩(wěn)舒適的運(yùn)行，在導(dǎo)軌安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，對安裝工藝做出了很多嚴(yán)格的精度要求。

2 電梯導(dǎo)軌的選型

電梯導(dǎo)軌型式按斷面形狀不同，分為： L型、T型和空心型。L型和空心型導(dǎo)軌造價較低，但其不能用于不支撐安全鉗的使用，通常只用在平衡重側(cè)，中高速電梯不采用這兩種形式的導(dǎo)軌，T型導(dǎo)軌適用范圍較廣，它的制造和使用已被標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，導(dǎo)軌與導(dǎo)靴接觸情況見圖1，從T型導(dǎo)軌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中得知， T型導(dǎo)軌已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品系列化，主要參數(shù)包括底寬b、頂高h(yuǎn)和工作面厚度k，材料不同、加工工藝不同和型號不同的T型導(dǎo)軌其強(qiáng)度和剛度也不同。現(xiàn)場安裝中，需嚴(yán)格按照電梯安裝工藝，計算與檢驗導(dǎo)軌的型號配置是否和承載能力匹配，但要想獲得更精確的導(dǎo)軌型號，需對導(dǎo)軌承載荷情況進(jìn)行計算與分析， GB7588-2003附錄只對導(dǎo)軌承載能力計算進(jìn)行了簡單的定性描述。

圖1 導(dǎo)靴與導(dǎo)軌接觸情況

在校核計算時，為了簡化計算過程，對導(dǎo)軌的受力情況做了適當(dāng)?shù)睾喕?。如果載荷分布均勻，導(dǎo)軌的計算方法按如下幾點簡化：（1）轎廂所能承受的額定載荷并非均勻地施加在整個轎廂平面上，而是施加在轎廂的3/4平面上（按最不利的情況）；（2）安全鉗所產(chǎn)生的制動力均勻分布在導(dǎo)軌延長線上，多根導(dǎo)軌或多套安全裝置同時起作用時，可假定力是均布的。

導(dǎo)軌選型在檢驗、核算時，通常選取最不利工況下的載荷進(jìn)行分析即可，電梯運(yùn)行包括兩種工況：（1）正常運(yùn)行時，載荷比較平穩(wěn)的工況；（2）安全鉗作用時，有一定沖擊載荷的工況。兩種工況下，合成載荷分析表可從國標(biāo)附錄表G1中查得[2]，核算時，最不利載荷組合和安全裝置復(fù)合作用的工況下，應(yīng)重點驗算轎廂和平衡重側(cè)的導(dǎo)軌強(qiáng)度是否滿足許用要求，其中，常用的安全裝置運(yùn)行時，沖擊系數(shù)k1值為2.0。

3 電梯導(dǎo)軌支架間距的選擇與計算

對轎廂進(jìn)行受力分析，可知，轎廂及附件產(chǎn)生的重力與轎廂作用于曳引繩的拉力并不是一對作用力與反作用力，雖然轎廂運(yùn)行在直線導(dǎo)軌上，由于導(dǎo)軌制造與安裝誤差，導(dǎo)軌無法做到絕對鉛垂，轎廂運(yùn)行在井道內(nèi)，會受到各種氣流的影響，此外，由于轎廂的幾何形狀和懸掛方式不同，載荷會在轎廂內(nèi)波動，無法使載重力與曳引繩上的拉力始終保持在鉛垂的方向，轎廂必在水平方向產(chǎn)生分力，我們把這種水平分力定義為支反力Fb，支反力通過導(dǎo)軌作用導(dǎo)靴，再傳給轎廂，導(dǎo)靴上的支反力Fb的反作用力將引起導(dǎo)軌的彎曲效應(yīng)。

影響支反力的三個重要因素為：（1）轎廂和平衡配重的懸掛方式；（2）轎廂與平衡配重作用于導(dǎo)軌的位置；（3）轎廂內(nèi)載重分布的均勻性。

考慮實際受力的情況，在計算導(dǎo)軌彎曲應(yīng)力時，為簡化計算，做如下假設(shè)：（1）將導(dǎo)軌視為為的柔性支撐的連續(xù)梁；（2）合成力作用點的位置在兩相鄰支架中間；（3）最大彎距作用于導(dǎo)軌橫截面的中性層。對于低速、輕載電梯，導(dǎo)軌的幾何參數(shù)只需根據(jù)彎曲應(yīng)力的大小來確定。但是，當(dāng)安全裝置作用于導(dǎo)軌時，必須考慮彎曲應(yīng)力和壓彎應(yīng)力的聯(lián)合作用效應(yīng)，來確定導(dǎo)軌尺寸。計算彎曲應(yīng)力時，采用如下方法：

？滓m=■，且Mm=■ （1）

式中：？滓m-抗彎應(yīng)力，N/mm2；Mm-彎曲矩，Nmm；W-抗彎截面模量，mm3；Fb-導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的作用力，N；l-兩導(dǎo)軌支架的間距，mm。

由（1）式可知，抗彎應(yīng)力和導(dǎo)軌支架間距成正比，它與抗彎截面模量成反比，所以，導(dǎo)軌支架間距增大，導(dǎo)軌的抗彎應(yīng)力也增大，支架間距不能太大，抗彎截面模量W由導(dǎo)軌材質(zhì)和型號決定，適當(dāng)增大W，也是增大支架間距的一種方法，如果考慮安全裝置的作用，則必須同時考慮抗彎應(yīng)力和壓彎應(yīng)力共同影響，計算公式如下：

？滓k=■ （2）

式中：？滓k-壓彎應(yīng)力，MPa；A-導(dǎo)軌橫截面積，mm2；Fk-轎廂作用于單根導(dǎo)軌的力，N；M-平衡配重作用于單根導(dǎo)軌的力，N；K3-附件作用于單根導(dǎo)軌的力，N；？棕-沖擊載荷系數(shù)。

由兩種方法，可以獲得沖擊載荷系數(shù)：（1）查國標(biāo)表法；（2）公式推導(dǎo)法，查國標(biāo)表法僅能適用于低抗拉強(qiáng)度的導(dǎo)軌， 公式推導(dǎo)法可用于抗拉強(qiáng)度大于370MPa，且小于520MPa的導(dǎo)軌，由公式推導(dǎo)法可知，沖擊載荷系數(shù)？棕與柔度？姿有關(guān)，它的物理意義為：

？姿=■ （3）

式中：lk-兩導(dǎo)軌支架的間距，mm；i-軸慣性半徑。

由（3）式而知，柔度與沖擊載荷系數(shù)成正比，柔度又與兩導(dǎo)軌支架的間距成正比，就有沖擊載荷系數(shù)與兩導(dǎo)軌支架的間距成正比，壓彎應(yīng)力與沖擊載荷系數(shù)成正比，因此，支架間距增大，必會引起壓彎應(yīng)力增大，設(shè)計中，要適當(dāng)控制導(dǎo)軌支架間距的大小，復(fù)合應(yīng)力計算方法為：

？滓c=？滓m+？滓k （4）

判定或檢驗導(dǎo)軌選型是否成功，就是要保證？滓c？燮[？滓]，其中，[？滓]—許用應(yīng)力，它的判定方法如下：

[？滓]=■ （5）

由（5）可知，如果選用最常用的抗拉強(qiáng)度Rm為520MPa的導(dǎo)軌，在安全鉗的工作下，導(dǎo)軌的許用應(yīng)力不會超過290MPa。

4 結(jié)束語

用戶根據(jù)用途，定購電梯，需先確定額定載重與額定速度等電梯基本運(yùn)行參數(shù)，井道壁結(jié)構(gòu)決定了導(dǎo)軌的安裝位置，以及轎廂與平衡配重的懸掛方案。綜合分析而知，抗彎截面模量與合成應(yīng)力成反比，安全裝置工作時，導(dǎo)軌抗彎截面模量越大，合成應(yīng)力越小，但導(dǎo)軌橫截面尺寸增大，會使井道內(nèi)空間增大，電梯安裝制造成本將增高，提高導(dǎo)軌材料的綜合機(jī)械性能，將成為未來電梯導(dǎo)軌研制的發(fā)展趨勢。

導(dǎo)軌所受合成應(yīng)力隨著支架間距的增大而增大，安裝支架數(shù)量增加，則支架間距變小，所受合成應(yīng)力也減小，導(dǎo)軌彎曲效應(yīng)減弱，但是安裝導(dǎo)軌支架太多，將使成本增高。通常采用倒推的方式進(jìn)行導(dǎo)軌選型，先按最大支架間距，推算所對應(yīng)的最大復(fù)合應(yīng)力值，并在滿足國標(biāo)要求的條件下，選用既能安全使用，又能適當(dāng)降低制造和安裝成本的導(dǎo)軌，這是一個優(yōu)化的過程，在導(dǎo)軌的實際安裝中，導(dǎo)軌支架間距大于2.5m也可以進(jìn)行設(shè)計，但必須進(jìn)行導(dǎo)軌材料升級和橫截面形狀改進(jìn)，同時也必須進(jìn)行導(dǎo)軌的彎曲強(qiáng)度校核。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：史利鵬（1971-），男，浙江舟山人，工程師，研究方向：電梯安裝與檢測。