电梯轿厢架的工作机理和受力分析

2022-09-12

随着工业与商业的繁荣, 物流技术日益显示出其重要性。为了满足不同客户的需求, 货物电梯的种类在不断增加, 其功能也日益完善。随着经济的快速增长和工业自动化水平的大幅提升, 在工业生产的诸多领域, 对大吨位电梯的需求正日益增多。这类电梯对速度的要求往往并不高, 但其承载往往高达数十吨甚至上百吨。因此, 对电梯能否稳健可靠工作提出了更高要求。电梯轿厢架的金属结构件的强度及刚度是衡量电梯质量的重要指标, 它是确保电梯安全运行的必要保证。因此研究电梯轿厢架的工作机理和受力分析对大吨位电梯的稳定使用具有重要的现实意义。

1 电梯轿厢架概述

轿厢架是电梯的主要承载构件, 它在工作中要支撑整个电梯各构件的重量, 而且还要承受电梯运行过程中的各类工作载荷作用。轿厢是用来运送乘客及货物的直接载体, 一般人们对电梯的概念也仅局限在轿厢这一组件。轿厢由轿厢架等组成。轿厢架是固定轿厢体的承重框架, 由上梁、下梁、立柱、拉杆等构件组成 (注:坐标系内方向为X, Y, Z分别表示其空间坐标方向, X方向代表出入口横向, Y方向代表轿厢深度方向, Z方向代表轿厢高度方向。原点位于入口处床台中点位置) 。在大吨位电梯轿厢架结构设计中, 各主要承载构件主要选用标准热轧普通槽钢, 或选用标准热轧H型钢。立梁位于轿厢体两侧, 上接上梁, 下接下梁, 在Oxz平面内构成矩形框架。由于货用电梯多承受集中载荷且偏重力大, 因此轿底多采用梁式刚性结构, 轿底直接固定在下梁上, 轿厢底板则直接铺设在轿底框架上 (轿底与轿厢底板组合形成床台) 。液压电梯轿厢架与曳引电梯轿厢架在结构上因工作方式的不同, 其结构也相应有所不同。

如图1所示。

曳引电梯的工作方式主要为通过牵动固定在上梁上的曳引轮来实现电梯的上升和下降;而液压电梯的工作方式因其支承方式的不同可以分为:中心直顶式、侧顶式、多缸式等, 如图1所示。当电梯载重量、井道结构形式、轿厢有效面积和使用场合等要求不同时, 电梯轿厢架的结构和尺寸都要相应调整改变, 所以电梯轿厢架的具体结构种类很多。

2 轿厢架工作机理

如图2所示的11吨液压电梯的轿厢架为双缸直顶式结构。具体包括以下主要组件: (1) 上梁与液压缸、立梁等组件连接。主要承受液压缸施加的支承力 (作用区域位于上梁两侧伸出端) , 立梁施加的下拉力 (包括了工作载荷、门结构等设备重力以及轿厢架其他组件的重力等) 。 (2) 上横梁与上梁、立梁等组件连接。主要起到连接立梁的作用。 (许多结构中不包含该组件) 立梁与上梁、下梁等组件连接。主要起到将下梁承受的载荷传递到上梁的作用。 (3) 下梁与立梁、下横梁等组件连接。主要起到将床台承受的载荷传递给立梁的作用, 并起到一定的限制床台变形的作用。 (4) 下横梁与下梁和床台连接。在此结构中的作用是为了减小床台Oyz平面的弯曲。 (5) 床台与下横梁连接。床台是各种工作及附加载荷的直接受力体, 由框架和底板组成, 框架是由槽钢按照设计尺寸焊接而成。床台承受了电梯的工作载荷及门结构等设备的重力。 (6) 拉杆辅助支撑结构。在电梯的安装过程中, 也起到一定的调节和辅助支撑作用。 (7) 导靴安装与上梁及下梁端部。作用在于使轿门地坎、厅门地坎、井道壁及各组件之间保持相对位置。在偏载工况下承受一定的约束力, 非承载构件, 长期承受载荷会导致其失效。

3 轿厢架的受力分析

3.1 总载荷pTp[[[

电梯轿厢架的总载荷 (Kg) :PT=L×W×2850/6 (1)

式中:L—轿厢设计长度 (m) ;W—轿厢设计宽度 (m) .

3.2 自重载荷PG

自重载荷是指电梯轿厢架全部构件的重力之合:P G=G U+G E+G L+G T+G H u+Ghl+GB (2)

式中:GU为上梁的自重;GE为立梁的自重;GL为下梁的自重;GT为拉杆的自重;G H u为上横梁的自重;G h l为下横梁的自重;GB为床台梁的自重。

自重载荷由轿厢架的每个构件决定, 它的大小直接影响到电梯的承载能力, 且对固有频率有一定影响。故在设计过程中, 在满足强度和刚度的前提下, 尽可能的减小自重载荷对整体结构是非常有利的。

3.3 附加载荷PA

附加载荷包括了门系统的重力、轿厢的重力以及其他所有连接在轿厢架上设备的重力。这部分的载荷往往是固定的, 并属于总载荷的一部分, 因此, 在分析计算时, 将此载荷均布在床台平面。

3.4 额定载荷PR

额定载荷为电梯在一定的安全系数下所能承受的载荷 (一般情况下即为客户要求的电梯最大承受载荷) 。此载荷在工作状态下, 体现为工作载荷。

3.5 工况载荷

工况载荷为电梯在工作状态下所承受的外加载荷。一般电梯设计中考虑的工况分为以下几种:均载荷工况额定载荷平均分布在床台表面的状态;偏载荷工况额定载荷非均匀分布在床台表面, 一般要求考虑最不利的载荷分布状况;制动工况当电梯因异常而超速运动时, 安全钳开始工作, 产生制动力, 使电梯停止运动, 此制动过程即为制动工况。 (液压电梯一般不安装安全钳, 即不必考虑制动工况) 启动工况当电梯启动时, 由于加速度作用, 使得电梯承受了相应的惯性力, 将经历一段超重过程, 此即为启动工况。 (在电梯设计过程中, 己经针对此类情况在设计安全系数时做了考虑, 因此在强度及刚度分析时, 无须再讨论此工况) 停止工况当电梯停止时, 由于加速度作用, 使得电梯承受了相应的惯性力, 将经历一段失重过程, 此即为停止工况。 (当电梯处于此工况时, 所受载荷均有减小, 因此, 若电梯可以满足其他工况的强度及刚度要求, 则无须再讨论此工况下的强度及刚度)

4 轿厢架的约束分析

液压电梯轿厢架关于气平面对称, 如图2中坐标系所示, 其长度方向 (v方向) 无位移约束。在实际工作中, 能够起到约束作用的有两个方面:一、液压缸给予一定约束;二、轿厢偏斜后, 导靴与导轨接触, 产生约束 (在超大吨位电梯安装时, 电梯导靴与固定在井道壁的导轨之间预留1mm~2mm的间隙, 所以当电梯轿厢的变形不大时, 导靴与导轨实际无法起到约束作用) 。在实际分析时, 对其约束进行简化:考虑结构对称, 故在两上梁中点处施加大小为“0”的Y方向位移约束及x, y, z方向角位移约束。

在宽度方向 (x方向) 上, 电梯轿厢架也没有专门的约束组件, 在实际工作中, 能够起到约束作用的有两个方面:一、液压缸给予一定约束;二、轿厢偏斜后, 导靴与导轨接触, 产生约束。在实际分析时, 对其约束进行简化:考虑结构对称, 故在两上横梁中点处施加大小为“0”的x方向位移约束及x, y, z方向角位移约束。

在高度方向 (z方向) 上, 电梯轿厢架完全依赖液压缸进行约束。在实际分析时, 对其约束进行简化:于上梁端部施加大小为“0”的z方向位移约束及x, y, z方向角位移约束。

摘要：轿厢架在保证电梯的使用寿命和可靠性方面起着决定性的作用, 本文首先对电梯轿厢架进行了概述, 分析了不同支撑方式的液压电梯剖面图, 然后研究了11吨液压电梯的轿厢架的组成和工作机理, 最后深入探讨了轿厢架的受力分析和约束分析情况, 为设计出安全、合理、经济的轿厢架结构提供了基础。

关键词：电梯轿厢架,工作机理,受力分析