淺析電梯承重梁固定方式對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響*

蘭文東，徐 斌，劉治幫，楊建飛，張志宏

（1.怡達(dá)快速電梯有限公司，浙江湖州 313009；2.湖州師范學(xué)院信息與工程學(xué)院，浙江湖州 313000）

0 引言

承重梁是承托整個(gè)電梯的重要結(jié)構(gòu)件，根據(jù)電梯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，承重梁不僅承托著曳引機(jī)，還承托著整臺(tái)電梯。曳引機(jī)承重梁的受力分析需考慮到多方面的因素。在承受載荷上，它不僅承受承重梁自重和曳引機(jī)重量等總靜載荷，而且要在電梯頻繁啟動(dòng)及制停過程中，承受轎廂重量、貨物和乘客的額定載重、平衡對(duì)重及曳引鋼絲繩、補(bǔ)償繩、控制電纜重等由于電梯加速和減速而產(chǎn)生的動(dòng)載荷[1]。

1 對(duì)曳引機(jī)承重梁的技術(shù)要求

對(duì)于曳引機(jī)承重梁的選擇，GB10060-93《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》有如下具體要求：曳引機(jī)承重梁如果需要埋入承重墻內(nèi)，則支承長度應(yīng)超過墻厚中心20 mm，且不應(yīng)小于75 mm。

朱昌明一書[2]中又加上如下安裝要求：“對(duì)于磚墻、梁下應(yīng)墊以能承受其載荷的鋼筋混凝土梁或金屬梁。多根承重梁安裝后上水平面水平度不應(yīng)大于0.5/1 000，承重梁上平面相互間高度差不大于0.5 mm，且相互間平行度不得大于6 mm”。

2 承重梁的兩種物理模型及所受載荷

2.1 承重梁的兩種結(jié)構(gòu)簡化模型

圖1（a）表示簡支梁模型，該模型的實(shí)現(xiàn)是通過一端鉸接，另一端搭接支撐的的方式，使承重梁被固定下來，圖1（b）表示兩端固定模型，它是通過把承重梁兩端插到墻體內(nèi)部的方式來使支撐墻體與梁固結(jié)在一起，兩者的受力情況[3]如圖1所示。

2.2 承重梁載荷分析

圖1 兩種固定方式的梁模型

承重梁除了必須安放曳引機(jī)之外，還需安放導(dǎo)向輪及可能要安放夾繩器等部件，而曳引機(jī)又通過曳引繩吊掛著轎廂、平衡對(duì)重等許多構(gòu)件。在承受載荷上，它不僅僅要承受靜載荷曳引機(jī)重量G，又要承受在電梯頻繁啟動(dòng)及制停過程中，轎廂重量、貨物或乘客的額定載重、平衡對(duì)重及曳引鋼絲繩、補(bǔ)償繩、控制電纜重等由于電梯加速及減速而產(chǎn)生的動(dòng)載荷RD，計(jì)算公式如下：

總靜載荷：

其中：p是轎廂自重為12 t，w是平衡對(duì)重18 000 kg，G是曳引機(jī)自重1 500 kg，QL是輪子重量180 kg/個(gè)。

總動(dòng)載荷：

其中：Q是額定載重、轎廂自重、平均對(duì)重的總重量。

3 承重梁的載荷分析

校核承重梁的強(qiáng)度、剛度，有兩種方法可供選擇，其中一種是通過簡化模型的方法進(jìn)行理論校核。強(qiáng)度校核：

其中：σ是實(shí)際應(yīng)力值，Mmax是最大彎矩值，wz是抗彎截面模量，[σ]是許用應(yīng)力值。剛度校核：如圖2中梁的三維模型，部分承重梁受到三個(gè)力的作用。梁的彈性變形是三個(gè)集中力共同引起的，在承重梁受單獨(dú)的集中力作用下，分別算出梁的撓度。然后進(jìn)行剛度校核：

圖2 電梯承重梁的整體布局

其中：k是實(shí)際剛度，F(xiàn)是載荷，f是等效位移（撓度），[k]是許用剛度。

但是這種方法是在二維簡化的情況下進(jìn)行的，與實(shí)際情況并不能很好的吻合，可能存在較大的偏差。而有限元軟件ANSYS正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，它可在三維的空間中模擬承重梁的應(yīng)力場，與實(shí)際情況更為吻合，更能反映承重梁的受載情況。所以本文擬采用有限單元法進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核[5]。

由受力分析可知，A梁是所有承重梁當(dāng)中受力最大的梁，故本文采用A梁分別作兩端固定和簡支的有限元分析，承重梁的型號(hào)為40a，材料為Q235A[4]。如圖3所示，承重梁采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元來剖分，載荷和約束按實(shí)際受載情況加載，整個(gè)承重梁模型共有41 100個(gè)單元，60 720個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖3 梁的有限元模型

由計(jì)算結(jié)果分析可知，圖4、圖5所示的兩端固定模型和簡支梁模型中，A梁的最大撓度分別為1.049 mm、1.439 mm，最大應(yīng)力值分別為116.627 MPa、180.41 MPa，故不論在剛度還是強(qiáng)度方面，兩端固定模型中的梁的最大撓度和應(yīng)力值都比簡直梁模型的小。

剛度比較：圖4（a）兩端固定模型中梁的兩端部撓度幾乎為0，撓度變化最大點(diǎn)在中部附近；圖4（b）簡支梁模型中固定鉸支座受彎曲應(yīng)力時(shí)，相當(dāng)于固定端，該端的撓度變化極小，甚至為0，而滑動(dòng)鉸支座的撓度則較大。

強(qiáng)度比較：圖5（a）固定端模型中梁上的最大應(yīng)力（SMX）在端部，應(yīng)力值為116.627 MPa，

而圖5（b）簡支梁模型中梁的最大應(yīng)力也在端部，但此時(shí) SMX=180.41 MPa＞[σ]=160 MPa（σs=235 MPa），由此可見，SMX（簡支梁）＞SMX（固定端）。

圖4 撓度分析結(jié)果對(duì)照

4 結(jié)論與建議

固定端模型中承重梁的最大應(yīng)力小于簡支梁，原因是在固定端模型中，墻體起到了不可替代的作用。這雖然減小了梁的最大應(yīng)力，保護(hù)了梁的安全可靠，但與此同時(shí)帶來的一個(gè)不利影響是，在墻體與梁的搭接處，墻體承受了較大的支座反力和彎矩，這對(duì)墻體提出了更高的強(qiáng)度要求。所以在固定端模型中，在安裝過程中墻體的質(zhì)量應(yīng)做得更好，墻體寬度應(yīng)做的更厚，以保障墻體及電梯的安全運(yùn)行。

圖5 應(yīng)力分析結(jié)果對(duì)照

在簡支梁模型中（理論設(shè)計(jì)時(shí)），最大應(yīng)力值相對(duì)于兩端固定模型（實(shí)際安裝過程中）偏大，但與兩端固定模型到底存在多大的偏差，這值得電梯專家和工程師繼續(xù)深入研究和探討。

［1］鐘翔山.淺議曳引機(jī)承重梁的選擇［J］.電梯工業(yè)，2006（6）：20-24.

［2］朱昌明.電梯與自動(dòng)扶梯-原理、設(shè)計(jì)、安裝、測試［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1995.

［3］劉鴻文.材料力學(xué)Ⅰ［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［4］李兵，陳雪峰，卓頡.ANSYS工程應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［5］聞邦椿.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.