電梯導軌選型和導軌支架間距的設計與分析

1、電梯導軌選型和導軌支架間距的設計與分析摘要：根據(jù)國標規(guī)定的電梯導軌安裝技術要求，對電梯 導軌承載情況進行了分析，將分析結果運用與電梯導軌的選 型，同時，進行了導軌支架間距的計算分析，討論了導軌選 型與導軌支架間距的內在聯(lián)系，該項研究對電梯的安全、穩(wěn) 定運行具有一定的參考價值。關鍵詞：電梯；導軌；支架間距1 電梯導軌的安裝要求 導軌安裝質量的高低直接影響電梯設備運行的舒適性 與安全性，導軌安裝工藝的選擇與設計是電梯安裝工程中的 重中之重。導軌的主要作用為： （1）平衡重與轎廂裝置的導向作用； （2）支撐和保障安全裝置可靠工作。國標嚴格規(guī)定：為保 證電梯安全可靠運行，導軌和相關附件應能承受所施加的

2、合 成載荷，且單根導軌至少應有兩個導軌支架支撐，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)定導軌彎曲強度要求，并有導軌間距大于 2.5m 的計算依 據(jù)。不同的井道壁構造材料，導軌支架的固定方式有所不同， 井道壁如果是混凝土結構，通常有以下四種支架固定方法：（1）鋼板預埋法； （2）固定膨脹螺栓法； （3）當井道壁的 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構，為使導軌支架可靠固定，宜采用： （1）混凝土圈梁處固定支架； （ 2）在井道壁內，適當加裝 槽鋼支架。高質量的安裝對導軌垂直度和平行度提出了較高

3、的要 求，此外，還有導軌間距均等、接頭縫隙小等方面的精度要 求。為保證轎廂和平衡重在導軌上安全可靠、平穩(wěn)舒適的運 行，在導軌安裝標準規(guī)范中，對安裝工藝做出了很多嚴格的 精度要求。2 電梯導軌的選型電梯導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，中高速電梯不采用這兩 種形式的導軌，T型導軌適用范圍較廣，它的制造和使用已 被標準化和規(guī)范化，導軌與導靴接觸情況見圖1，從T型導軌行業(yè)標準中得知，T型導軌已經(jīng)實現(xiàn)產品系列化，主要參數(shù)包括底寬b、頂高h和工作面厚度k，材料不同、加工工 藝不同和型號不同的 T型導軌其強度和

4、剛度也不同?，F(xiàn)場安 裝中，需嚴格按照電梯安裝工藝，計算與檢驗導軌的型號配 置是否和承載能力匹配，但要想獲得更精確的導軌型號，需 對導軌承載荷情況進行計算與分析， GB7588-2003 附錄只對 導軌承載能力計算進行了簡單的定性描述。圖 1 導靴與導軌接觸情況 在校核計算時，為了簡化計算過程，對導軌的受力情況 做了適當?shù)睾喕?。如果載荷分布均勻，導軌的計算方法按如 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）安全鉗所產生的制動力均勻分布在導軌延 長線上，多根導軌或多套安全裝置同時起作用時，可假定力 是均布

5、的。導軌選型在檢驗、核算時，通常選取最不利工況下的載 荷進行分析即可， 電梯運行包括兩種工況： （ 1）正常運行時， 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附錄表 G1 中查得 2 ，核算時，最不利載荷組合和安全裝置復合作用的 工況下，應重點驗算轎廂和平衡重側的導軌強度是否滿足許 用要求，其中，常用的安全裝置運行時，沖擊系數(shù) k1 值為 2.0。3 電梯導軌支架間距的選擇與計算 對轎廂進行受力分析，可知，轎廂及附件產生的重力與 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 然轎廂運行在直線導軌上，由于導軌制造與安裝誤差，導

6、軌 無法做到絕對鉛垂，轎廂運行在井道內，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,支反力通過導軌作用導靴，再傳給轎 廂，導靴上的支反力Fb的反作用力將引起導軌的彎曲效應。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軌的位置； （3）轎 廂內載重分布的均勻性?？紤]實際受力的情況，在計算導軌彎曲應力時，為簡化 計算， 做如下假設：（1）將導軌視為為的柔性支撐的連續(xù)梁；（2）合成力作用點的位置

7、在兩相鄰支架中間； （3）最大彎 距作用于導軌橫截面的中性層。對于低速、輕載電梯，導軌 的幾何參數(shù)只需根據(jù)彎曲應力的大小來確定。但是，當安全 裝置作用于導軌時，必須考慮彎曲應力和壓彎應力的聯(lián)合作 用效應，來確定導軌尺寸。 計算彎曲應力時， 采用如下方法：?滓 m= ，且 Mm= （ 1）式中：？滓 m-抗彎應力，N/mm2 ； Mm-彎曲矩，Nmm ；W-抗彎截面模量，mm3 ； Fb-導靴與導軌之間的作用力，N；I-兩導軌支架的間距， mm。由（ 1 ）式可知，抗彎應力和導軌支架間距成正比，它 與抗彎截面模量成反比，所以，導軌支架間距增大，導軌的 抗彎應力也增大，支架間距不能太大，抗彎截面模

8、量 W由導 軌材質和型號決定，適當增大 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力 和壓彎應力共同影響，計算公式如下：?滓k=（2）式中：？滓k-壓彎應力，MPa; A-導軌橫截面積，mm2 ；Fk-轎廂作用于單根導軌的力，N; M-平衡配重作用于單根導 軌的力，N； K3-附件作用于單根導軌的力，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）查國標表法;（ 2）公式推導法，查國標表法僅能適用于低抗拉強度的導軌，公式推導法可用于抗拉強度大于 370MPa，且小于520MPa的導軌，由公式推導法可知，沖擊載荷系數(shù)？棕與柔度？姿有關，它的

9、物理意義為：?姿=（ 3）式中：Ik-兩導軌支架的間距，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 軌支架的間距成正比，就有沖擊載荷系數(shù)與兩導軌支架的間 距成正比，壓彎應力與沖擊載荷系數(shù)成正比，因此，支架間 距增大，必會引起壓彎應力增大，設計中，要適當控制導軌 支架間距的大小，復合應力計算方法為：?滓 c=？滓 m+ ?滓 k （ 4）判定或檢驗導軌選型是否成功，就是要保證？滓c?燮?滓，其中，?滓許用應力，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度 Rm為520MPa 的導軌，在安全鉗的工作下，導軌的許用應力不會超過 290

10、MPa。4 結束語 用戶根據(jù)用途，定購電梯，需先確定額定載重與額定速 度等電梯基本運行參數(shù)，井道壁結構決定了導軌的安裝位置， 以及轎廂與平衡配重的懸掛方案。綜合分析而知，抗彎截面 模量與合成應力成反比，安全裝置工作時，導軌抗彎截面模 量越大，合成應力越小，但導軌橫截面尺寸增大，會使井道 內空間增大，電梯安裝制造成本將增高，提高導軌材料的綜 合機械性能，將成為未來電梯導軌研制的發(fā)展趨勢。導軌所受合成應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，所受合成應力也減小，導軌 彎曲效應減弱，但是安裝導軌支架太多，將使成本增高。通 常采用倒推的方式進行導軌選型，先按最大支架間距，推算 所對應的最大復合應力值，并在滿足國標要求的條件下，選 用既能安全使用，又能適當降低制造和安裝成本的導軌，這 是一個優(yōu)化的過程，在導軌的實際安裝中，導軌支架間距大 于 2.5m 也可以進行設計，但必須進行導軌材料升級和橫截 面形狀改進，同時也必須進行導軌的彎曲強度校核。參考文獻1 標準編寫組.GB7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范 S.2003.2 標準編寫組.GB10060-2