4∶1大噸位高速度載貨電梯的設(shè)計計算

4:1大噸位高速度載貨電梯的設(shè)計計算馬幸?！菊酷槍Ξ?dāng)前載貨電梯日益向著大噸位、高速度方向發(fā)展的現(xiàn)狀，分析了渦輪蝸桿主機(jī)與永磁同步主機(jī)的載重與速度參數(shù)的區(qū)別，設(shè)計了4:1的新型曳引比傳動方案結(jié)合電梯法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以額定載重3000kg、額定速度1.0m/s的載貨電梯設(shè)計為例，對永磁同步主機(jī)的傳動、電梯曳引條件、鋼絲繩安全系數(shù)及導(dǎo)軌強(qiáng)度4個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行校核，結(jié)果表明:采用4:1的曳引比，能夠滿足載貨電梯大噸位、高速度的設(shè)計要求.【期刊名稱】《湖南工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)》【年(卷)，期】2015(025)002【總頁數(shù)】4頁(P23-26)【關(guān)鍵詞】載貨電梯;曳引比;曳引條件;安全系數(shù);導(dǎo)軌【作者】馬幸?！咀髡邌挝弧亢想姎饴殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系湘潭411101【正文語種】中文［中圖分類】TH2隨著工業(yè)與商業(yè)的繁榮，載貨電梯在工廠、倉庫、購物中心、超級市場、物流中心、機(jī)場、車站等不同的場所得到廣泛的應(yīng)用.常規(guī)載貨電梯的特點(diǎn)是有機(jī)房結(jié)構(gòu)、采用2:1曳引比.采用渦輪蝸桿主機(jī)，具有傳動比大、載重量大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)的特性，但是速度普遍很低.渦輪蝸桿主機(jī)額定載重量一般均大于1000kg，最大載重量可達(dá)到7000kg；渦輪蝸桿主機(jī)的額定速度一般均低于0.63m/s，只有0.5m/s和0.63m/s兩種常用速度規(guī)格.隨著工作效率的提升，要求載貨電梯能實(shí)現(xiàn)貨物快速轉(zhuǎn)移，電梯運(yùn)行速度要求達(dá)到1.0m/s以上.渦輪蝸桿主機(jī)可以滿足載貨電梯大噸位的運(yùn)輸要求，但是由于受自身結(jié)構(gòu)的制約，無法提供1.0m/s的提升速度.永磁同步主機(jī)作為新型的驅(qū)動裝置，具有提升速度高的特點(diǎn)，采用2:1曳引比，電梯速度可以達(dá)到4.0m/s以上，但主機(jī)額定載重量一般低于2000kg.因此2:1曳引比的渦輪蝸桿主機(jī)、永磁同步主機(jī)都無法實(shí)現(xiàn)大噸位、高速度的載貨電梯技術(shù)要求.如果將曳引比由2:1改成4:1，主機(jī)實(shí)際載重量、運(yùn)行速度均可提高一倍，從理論上可以實(shí)現(xiàn)載貨電梯大噸位、高速度的技術(shù)要求.本文以載貨電梯額定載重3000kg、運(yùn)行速度1.0m/s設(shè)計為例，采用永磁同步主機(jī)及4:1曳引比，所需主機(jī)載重量1500kg、速度2.0m/s即可滿足要求，電梯主要性能設(shè)計參數(shù)如表1所示.4:1曳引比載貨電梯井道布置圖及傳動系統(tǒng)圖如圖1、圖2所示，轎廂有4個轎底輪，對重裝置有2個對重輪，機(jī)房承重梁上有3個導(dǎo)向輪；而傳統(tǒng)2:1曳引比結(jié)構(gòu)中，轎廂只有2個轎底輪，對重裝置只有1個對重輪，機(jī)房承重梁上無導(dǎo)向輪.2.1主機(jī)功率、速度計算主機(jī)實(shí)際功率W.廣東金泰德勝電機(jī)有限公司是一家電梯主機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家，其中型號為WTY-1600-200型永磁同步主機(jī)定額載重1600kg、額定速度2.0m/s、額定功率22kW，滿足設(shè)計需求主機(jī)其他相關(guān)參數(shù)如下：曳引比2:1、曳引輪直徑D=400mm、轉(zhuǎn)速n=191r/min、繩槽切口角B=95°、槽楔入角y=30°.我國電梯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1-2］規(guī)定，電梯實(shí)際運(yùn)行速度必須在額定速度的92%~105%范圍內(nèi).4:1大噸位載貨電梯實(shí)際運(yùn)行速度=0.99m/s，為額定速度的96%，滿足速度設(shè)計要求.2.2曳引條件計算電梯曳引系統(tǒng)傳動圖中T1、T2分別為主機(jī)兩側(cè)鋼絲繩的拉力，T1、T2的值跟電梯在井道中所處的位置以及轎廂的實(shí)際裝載情況有關(guān)，設(shè)T1為較大的值.鋼絲繩在主機(jī)上纏繞接觸的角度a稱為電梯的包角，f為鋼絲繩與曳引輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)，efa為電梯的曳引系數(shù)，曳引系數(shù)越大，說明曳引能力越大.額定載重量3000kg的載貨電梯，考慮叉車的重量，電梯轎廂的重量會達(dá)到5500kg，對曳引能力有嚴(yán)格要求.既需要保證曳引能力足夠大，即要求T1/T2<efa，以防“滿載轎廂蹲底”、“空載轎廂沖頂”事故發(fā)生；又要求曳引系數(shù)又不能過大，即要求T1/T2>efa，以防〃對重蹲底”時提升空轎廂.轎廂裝載工況靜態(tài)曳引條件計算轎廂裝載125%倍額定載荷位于最低層時，要求轎廂保持平層狀態(tài)不打滑.efa=e0.216x3.14=1.97T1=(G+1.25Q+G1)/i=1606kgT2=(G+kQ)/i=987.5kgT1/T2=1.626<efa由計算結(jié)果可知，轎廂裝有125%額定載荷位于最低層時曳引系數(shù)足夠大，鋼絲繩與曳引輪之間不會發(fā)生打滑現(xiàn)象，轎廂不會發(fā)生超重蹲入底坑現(xiàn)象.轎廂空載位于最高層時，要求轎廂保持平層狀態(tài)不打滑.T1=(G+kQ+G1)/i=1008kgT2=(G+G2)/i=652.75kgT1/T2=1.544<efa由計算結(jié)果可知，轎廂空載位于最高層時，鋼絲繩與曳引輪之間不會發(fā)生打滑現(xiàn)象，對重裝置不會發(fā)生超重蹲入底坑現(xiàn)象.轎廂緊急制動工況動態(tài)曳引條件計算轎廂緊急制動指電梯以額定速度上行或下行時，電梯突然斷電，電梯緊急制動停止，要求電梯鋼絲繩與曳引輪間不發(fā)生打滑[3].需考慮電梯緊急制動減速度及重力加速度對電梯曳引能力的動態(tài)影響，取減速度a=0.5m/s2，與轎廂額定速度對應(yīng)的鋼絲繩線速度為Vc=Vxi=4m/s,摩擦系數(shù)p1=M/(1+Vc/10)=0.107，當(dāng)量摩擦系數(shù)f1=|j1xf/|j=0.177,ef1a=1.744.轎廂裝載額定載荷位于最低層緊急制動時：T1=(G+Q+G1)(g+a)/i=14631.17kgT2=(G+kQ)(g-a)/i=9183.75kgT1/T2=1.593<efa轎廂空載位于最高層緊急制動時：T1=(G+kQ+G1)(g+a)/i=10382.4kgT2=(G+G2)(g-a)/i=6070.57kgT1/T2=1.71<ef1a轎廂緊急制動工況動態(tài)曳引條件滿足要求.對重裝置蹲底靜態(tài)工況曳引條件計算對重裝置蹲入底坑壓在緩沖器上時，要求曳引機(jī)空轉(zhuǎn)不能提升空轎廂，防止轎廂沖頂事故.摩擦系數(shù)p2=0.2，當(dāng)量摩擦系數(shù)為：T1=(G+G2)/i=652.75kg,T2=G1/i=20.5kgT1/T2=652.75/20.5=31.8>ef2a由計算結(jié)果可知，此時曳引機(jī)發(fā)生空轉(zhuǎn)，鋼絲繩與曳引輪發(fā)生打滑，產(chǎn)生的曳引能力不足以提升空轎廂，保證電梯安全.2.3鋼絲繩安全系數(shù)計算電梯系統(tǒng)的運(yùn)行是通過主機(jī)與鋼絲繩之間的摩擦力進(jìn)行提升傳動，對于3根以上鋼絲繩的曳引驅(qū)動電梯的安全系數(shù)最小為12.鋼絲繩參數(shù)本電梯主機(jī)配置8條鋼絲繩.選用鋼絲繩型號為：8x19S+NF-10-1500(雙)，鋼絲繩直徑10mm,由8條繩股捻制而成，采用天然麻芯，具有貯存潤滑劑功能，適當(dāng)減少鋼絲繩與主機(jī)輪盤之間的摩擦.查10mm繩頭組合型式試驗報告：繩頭組合承受鋼絲繩80%的標(biāo)稱破斷載荷為54.08kN.則10mm鋼絲繩最小破斷負(fù)荷為54.08/0.8=67.6kN.鋼絲繩安全系數(shù)按照電梯標(biāo)準(zhǔn)要求，主機(jī)輪的直徑與鋼絲繩的直徑比值必須大于40倍，以減少鋼絲繩的彎曲程度，減少鋼絲繩內(nèi)的彎曲應(yīng)力，提高鋼絲繩的使用壽命.本文中主機(jī)輪直徑為400mm,400/10=40，符合標(biāo)準(zhǔn)要求.鋼絲繩安全系數(shù)：式中：fs為單根鋼絲繩的最小破斷載荷，N為鋼絲繩的根數(shù)，T1為鋼絲繩承受的最大載荷.由計算結(jié)果可知，安全系數(shù)S>12，滿足電梯標(biāo)準(zhǔn)要求.2.4導(dǎo)軌計算電梯導(dǎo)軌承受安全鉗動作時的制動力及電梯載重偏載力的作用[4-5],需要對導(dǎo)軌的彎曲應(yīng)力、壓彎應(yīng)力、復(fù)合應(yīng)力、翼緣應(yīng)力、撓度進(jìn)行綜合計算.本梯選用國家標(biāo)準(zhǔn)T90型實(shí)心導(dǎo)軌，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如表2所示.(1)彎曲應(yīng)力計算額定載重量在每側(cè)導(dǎo)軌X軸方向的作用力Fx=k1gQxQ/(nh)=3650N.其中xQ為額定載重分布在3/4轎廂面積上X方向的偏心距，計算得xQ=312mm.Fx在Y軸方向產(chǎn)生的彎矩My=3Fxl/16=1095N-m;fx在Y軸方向的彎曲應(yīng)力ay=My/Wy=92MPa.額定載重在每側(cè)導(dǎo)軌Y軸方向的作用力Fy=k1gQyQ/(nh/2)=5849N.其中yQ為額定載重分布在3/4轎廂面積上Y方向的偏心距，計算得yQ=250mm.Fy在X軸方向的彎矩Mx=3Fyl/16=1555N-m;Fy在X軸方向的彎曲應(yīng)力ax=Mx/Wx=74MPa.復(fù)合應(yīng)力計算安全鉗動作時，鉗體夾緊導(dǎo)軌工作面，對導(dǎo)軌的作用力：Fk=k1g(G+Q)/n=5684N;壓彎應(yīng)力ok=Fxw/A=49.9MPa.安全鉗動作時，對導(dǎo)軌工作面產(chǎn)生的復(fù)合彎曲應(yīng)力om=ox+oy=166MPa＜［。］,復(fù)合彎曲和壓縮應(yīng)力o=om+Fk/A=199MPa＜［。］,復(fù)合壓彎和彎曲應(yīng)力oc=ok+0.9om=199.3MPa＜［。］,翼緣彎曲應(yīng)力oF=1.85Fx/c2=67MPa＜［。］.撓度計算額定載重量在兩檔導(dǎo)軌支架之間的導(dǎo)軌X軸方向產(chǎn)生的撓度=3.9mm＜8per,Y軸方向產(chǎn)生的撓度.由以上計算結(jié)果可知，在安全鉗動作工況下，導(dǎo)軌的應(yīng)力及撓度均滿足設(shè)計要求.由以上電梯主機(jī)功率、速度計算、電梯曳引條件計算、鋼絲繩安全系數(shù)計算及導(dǎo)軌受力計算結(jié)果可知，對于大噸位、高速度的載貨電梯設(shè)計，采用新型的4:1曳引比傳動方式，電梯各項主要技術(shù)指標(biāo)均滿足電梯標(biāo)準(zhǔn)要求，為電梯產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù).在此基礎(chǔ)上，對于超重型的載貨電梯的開發(fā)，如載重量達(dá)到7000kg,甚至高達(dá)10000kg，可以通過采用6:1或8:1的曳引比傳動方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn).【相關(guān)文獻(xiàn)】［1］顧鑫，康紅，張廣健.GB7588-2003電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出