淺談轎架和轎底結(jié)構(gòu)分析*

王勤思，趙海燕

(1．快速電梯有限公司，江蘇蘇州 215006;2．蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

隨著房地產(chǎn)行業(yè)的繁榮和城市化的進(jìn)展，電梯已成為日常生活中不可或缺的工業(yè)設(shè)備。電梯的安全關(guān)系著千家萬戶的幸福，因此電梯設(shè)計(jì)人員對(duì)電梯強(qiáng)度的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證非常重要。隨著市場(chǎng)的激烈競爭，電梯廠家需要快速地推出有競爭力的產(chǎn)品，借助有限元軟件可快速的驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)客梯轎架轎底設(shè)計(jì)人員，定義最低限度結(jié)構(gòu)分析要求。使用環(huán)境不同、標(biāo)準(zhǔn)不同、客戶的要求不同，對(duì)可接受應(yīng)力要求、變形大小的程度也不盡相同。

1 工況介紹

電梯運(yùn)行主要分靜載、正常運(yùn)行、層站加載、緊急情況運(yùn)行(緊急制停、安全鉗動(dòng)作、撞擊緩沖器等)［1］。對(duì)于常用客用電梯，我們計(jì)算分析時(shí)主要考慮靜載和緊急情況運(yùn)行。

對(duì)不同的工況，我們?cè)O(shè)立系數(shù)K，在計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析時(shí)，均要乘以這個(gè)系數(shù)K:

式中:γ為等效加速度或減速度，m/s2;g為重力加速度 9．81 m/s2。

1．1靜 載

當(dāng)電梯停在最高層站時(shí)，轎廂轎架不僅要受到額定載荷所施加的力，同時(shí)還受到補(bǔ)償鏈/補(bǔ)償繩和隨行電纜所加的力(靜載時(shí)γ=0，即K=1)。

式中:WCC為補(bǔ)償鏈/補(bǔ)償繩重量，N;WTC為隨行電纜重量，N;R為提升高度，m;CC為補(bǔ)償鏈/補(bǔ)償繩單位質(zhì)量，kg/m;TC為隨行電纜單位質(zhì)量，kg/m。

1．1．1 載荷分布

載荷是要分布在轎底上的，我們分析是經(jīng)常用到的就是100%載荷和50%載荷，后者主要考慮到偏載時(shí)對(duì)構(gòu)件的影響。(在GB7588-2003付錄G導(dǎo)軌驗(yàn)算中，100%載荷按最不利的情況均勻分布在3/4轎廂面積上，此要求也是考慮偏載對(duì)導(dǎo)軌的影響)

式中:W100為100%載荷，N/mm2;W50為50%載荷，N/mm2;Q為額定載荷，kg;CW為轎廂寬度，mm;CD為轎廂深度，mm。

1．1．2 集中載荷

分析轎底要考慮集中應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的影響。筆者工作中就碰到因集中應(yīng)力造成轎底面破壞的投訴。客梯在交付后，業(yè)主都會(huì)裝修，經(jīng)常利用電梯用手推車運(yùn)一些重物(如水泥、黃沙、石子等建材)，經(jīng)過多次碾壓后，轎底面變成了波浪形?？吞菡５挠猛局皇沁\(yùn)輸人員，不會(huì)應(yīng)用到運(yùn)輸建材，但實(shí)際情況還是會(huì)發(fā)生。再加上電梯有1～2年免費(fèi)保養(yǎng)期，因業(yè)主的使用不規(guī)范，導(dǎo)致的電梯的損壞，最終還是由電梯公司買單。所以有時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)不一定能滿足客戶的需求，是否滿足由客戶最終確定。

在驗(yàn)證集中應(yīng)力時(shí)，需考慮三種位置情況:①地坎位置;②位于轎底中心，車輪壓于加強(qiáng)筋上;③位于轎底中心，車輪壓于加強(qiáng)筋之間。

其它分析約定:車輪之間的距離300～500 mm;每個(gè)車輪的載荷0．1×Q×g(對(duì)于額定載重量小于2 500 kg的私人住宅、辦公樓、賓館、醫(yī)院等處使用的電梯最大不超過0．2×Q ×g［2］);每個(gè)輪子的施力面積建議最小為25 mm×25 mm，最大為50 mm×50 mm。

1．2 緊急情況運(yùn)行

1．2．1 緊急制停

最不利的工況是電梯125%額定載荷在層站最高處發(fā)生緊急制停情況。此時(shí)125%額定載荷的力要均勻分布在轎底上，減速度γ=1．25×α。

式中:W125為125%載荷，N/mm2;α為額定電梯系統(tǒng)加減速度，m/s2。

1．2．2 安全鉗動(dòng)作

最不利的工況同樣發(fā)生在層站最高處。

1．2．2．1 安全鉗均衡受力

此種情況假設(shè)轎架水平約束由導(dǎo)靴提供，垂直約束由安全鉗提供。此處考慮3種情況:一是125%額定載荷作用在轎底上;二是50%載荷作用在轎底左側(cè)或右側(cè);三是50%載荷作用在轎底前側(cè)或后側(cè)。

安全鉗制停力FS，F(xiàn)S/2分別作用在安全鉗體上。

式中:P為轎廂質(zhì)量，kg。

整個(gè)轎廂受K×g向下加速度。

當(dāng)50%載荷作用在轎底左側(cè)時(shí)，此工況FS計(jì)算同上，此時(shí)的加速度

對(duì)于50%載荷作用在轎底前側(cè)/后側(cè)的工況，此時(shí)的加速度γ計(jì)算同上。

1．2．2．2 安全鉗不均衡受力

考慮到轎架在實(shí)際運(yùn)行時(shí)不是均衡的，安全鉗的制動(dòng)力也不是相等的，假設(shè)此工況載荷為100%額定載荷，γ=9．81 m/s2，轎廂位于層站最高處，安全鉗一邊承受40%FS，另外一邊承受60%FS，當(dāng)然如果情況比40:60還惡劣，可以按30:70比例也是可以的。加速度γ計(jì)算同上。

1．2．3 緩沖器撞擊

緩沖器撞擊發(fā)生在層站最底處，這時(shí)補(bǔ)償鏈/補(bǔ)償繩、隨行電纜的對(duì)轎廂的影響可以忽略不計(jì)。此處我們同樣考慮3種情況:一是125%額定載荷作用在轎底上;二是50%載荷作用在轎底左側(cè)或右側(cè);三是50%載荷作用在轎底前側(cè)或后側(cè)。緩沖器撞擊3種情況 γ 均為9．81 m/s2，即 K=2。

2 許用應(yīng)力及變形

ASME A17．1-2004［3］給我們提供了參考標(biāo)準(zhǔn):靜載工況(不包含集中載荷工況)，轎架和轎底許用應(yīng)力建議為材料許用應(yīng)力δS的0．4倍，此文中其它工況建議為材料許用應(yīng)力δS的0．8倍。對(duì)于變形，在靜載工況下，許用變形最大不超過構(gòu)件跨距的1/960。

3 結(jié)語

考慮了多種狀況對(duì)結(jié)構(gòu)分析時(shí)的影響，同時(shí)還考慮集中載荷、偏載對(duì)結(jié)構(gòu)分析的影響，能較全面的驗(yàn)證轎架及轎底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為電梯從業(yè)者提供了參考。

［1］ 包繼虎．船用電梯轎廂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析［J］．中國電梯，2009(19):30-33．

［2］ GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］．

［3］ ASME A17．1-2004，Safety Code for Elevators and Escalators［S］．