電梯導軌選型和導軌支架間距的設計與分析

史利鵬 樂思超 陸秋容

摘 要：根據國標規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系，該項研究對電梯的安全、穩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規定導軌彎曲強度要求，并有導軌間距大于2.5m的計算依據。

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、平穩舒適的運行，在導軌安裝標準規范中，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范化，導軌與導靴接觸情況見圖1，從T型導軌行業標準中得知， T型導軌已經實現產品系列化，主要參數包括底寬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型導軌其強度和剛度也不同。現場安裝中，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地簡化。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。

考慮實際受力的情況，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）最大彎距作用于導軌橫截面的中性層。對于低速、輕載電梯，導軌的幾何參數只需根據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；l-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。

由兩種方法，可以獲得沖擊載荷系數：（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？棕與柔度？姿有關，它的物理意義為：

？姿=■ （3）

式中：lk-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，就有沖擊載荷系數與兩導軌支架的間距成正比，壓彎應力與沖擊載荷系數成正比，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290MPa。

4 結束語

用戶根據用途，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，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范[S].2003.

[2]標準編寫組.GB10060-2001.電梯安裝驗收規范[S].2001.

[3]郭松保.電梯安裝三字經[J].現代城市研究，2003（4）.

[4]蔡秀云.電梯安裝工程的質量安全控制與對策[J].安全與健康，2004（17）.

[5]郝蓮更.電梯安裝中的質量控制[J].山西機械，2000（7）.

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。