升降机平移运动设计及验算.pdf

38|电梯工业升降机平移运动设计及验算DESIGN&FORCE CALCULATION OF TRANSLATION MOTION OF HOIST文|余黎明 王雪冬安利马赫垂直输送设备(常熟)有限公司本文介绍了升降机平移运行的结构特点，阐述了升降机从垂直运行转换为平移运动过程中要解决的问题，如何解决标准节的热胀冷缩问题，平移运动吊笼平移支架如何精确地对接到后面的垂直运行标准节上等问题。本文比较详细计算了平移运行的各种参数：导轨架及平移支架设计计算，正压轮与侧压轮设计计算，旋转轴设计计算等，本文较详细且巧妙地解决了各种问题。摘 要：关键词：升降机 齿轮齿条 滚轮 平移支架 导轨支架 应力 旋转轴 限位开关我们经常看到复杂的建筑物，比较代表性的建筑物有下面大，上面小，升降机上升到一定程度，有时最好就要能够水平移动，以便提高工作效率，然后再垂直运动。某工地，楼层总高300米，从地面向上100米以后，楼层内凹入7米；再上100米，楼层再内凹7米；再上100米，楼层到顶。如图1。为了解决平移运动，我们考虑了很多种方法，下面是一种行之有效的方法。原理如下：见图2。客户选用SC200/SC200双笼升降机，标准节采用市场上通用的标准节650 x650。首先，升降机垂直向上运行100米，再向上运行约4米，吊笼挡板碰到行程开关1后，吊笼随即停止运行并挂到平移支架工装上，见图3。停等2s时间后。平移支架工装底部的2个定位销随即解开，向上弹出；接着，吊笼带着平移支架工装沿着水平导轨向建筑物左边运行约7米，平移是靠工装内部的2KW电机工作的，其整个吊笼沿着齿条向左方向平移，运行到位后，工装挡板碰到行程开关2，平移支架工装带着吊笼停止运行，见图4。再停等2s时间后，固定平移支架工装顶部的2个定位销向上弹出锁住，连接上面的标准节。吊笼继续往上运行约4米后，吊笼挡板碰到行程开关3，见图5。这样，吊笼继续沿着建筑物向上运行100米，再继续重复上述的全部过程，再沿着建筑物向上运行100米，直到顶部。过1s时间后，固定平移支架顶部的2个定位销向下弹出而解开，此时平移支架已经脱开了其上面的标准节，此时的平移支架已不带吊笼。再过1s时间，2KW电机反方向旋转，平移支架沿着齿条向右平移运行，运行到位后，吊笼碰到行程开关4，见图3，平移支架回到了原始位置。再过1s时间，固定平移支架底部的2个定位销向下弹出锁住，连接下面的标准节。平面图见图6。图1 图2 ELEVATOR INDUSTRY|39由于实际现场以双笼为主，每个吊笼重W=40000N。这里只对双笼进行设计及验算，由于单笼另一侧可以支撑，就容易简化设计，这里不赘述。从导轨架（含76导轨），吊笼平移支架（含电机及滚轮），导轨架固定支架（含销轴），附件设计，安装定位板等方面来阐述。主要金属材料的机械性能图3图5图8图 9图4图6为了使支架带着吊笼平移，必须有个导轨架。导轨架是“”字形的，“。”代表铰支点（其作用后面有介绍）。首先吊笼垂直向上运行，为了保证这个导轨架受压稳定，受P3正压力部位要在稍高于吊笼中心的位置。P1与P3是侧向力，它们的受力部位在上下两处位置。由于吊笼顶部正滚轮在靠近导轨架内侧运行，而导轨架的钢管尺寸为d76x4.2 Q420，为了防止干涉，需要设计成较小宽度的导轨架，在没有滚轮的地方，设计成较大宽度的导轨架。见下图7。一，导轨架设计：根据规范GB26557，最大风速为20m/s时，风压是50N/m2，吊笼的面积是3.44mx4m，这时计算出的总分压Q=3440N。整个导轨架有左边支撑架X方向和右边支撑架Y方向两个约束来防止导轨架翻转。1，支撑架的应力验算如下：支撑架的许用应力=345MPa，M为导轨架力矩，WZ为抗弯截面系数，WZ=(BH3-bh3)/(6H)，支撑架截面图，见图8。经过计算，M=43440 x975=42354Nm，WZ=Wz1+Wz2=3325507mm3=M/W=12.8MPa这说明这两个支撑架能支撑导轨架，满足要求。2，导轨架的滚轮验算如下：同 时，可 以 计 算 出 每 个 滚 轮 的 正 压 力=40000/4=10000N，见图9。由于每个滚轮内有2个轴承，每个轴承能承受13KN径向力，所以每边至少要1个正滚轮，设计时给出4个。滚轮数量是满足的。3，导轨架338x700的的垂直抗弯应力验算：许用应力=420MPa，M为力矩（40000*L Nm），其截面见图10，W为抗弯截面系数（1203536mm3）=M/W=420MPa计算得出该导轨允许的长度L=12.3m，可见如果导轨架受力部分总长=7m，是满足的。4，导轨架338x700的侧翻抗弯应力验算（尺寸及受力分析见图10）：SteelCodePropertyfyH(N/mm2)fu(N/mm2)Q235GB700-2011235370-500Q345GB/T1591-201834570-630Q420GB/T1591-2018420480-620Bolt class 8.8ISO898-1-800图7“”字形导轨架40|电梯工业图12图13图10图11二，吊笼平移支架的设计：的标准节热膨胀延伸或收缩时，左右两边的旋转轴（铰支点）就能在Y方向补偿其变形（接近0.5），对电机平移几乎无影响。平移支架工装体左右移动时，始终是对准的，确保对接在准确位置。为此，将支撑架设计成水平放置的“”字形导轨，两端与650 x650正常标准节连接（焊接）为一体，见图12。旋转轴有100的轴与铜套使其能够转动，见图13。为了使平移支架带着吊笼沿着水平导轨移动，就需要有带变速箱的电机带动，为了达到精确的位置，可以选择变频控制的电机，当接近目标位置约100mm时，电机速度减少到原来的1/4，缓慢碰到限位开关后，电机停止转动并制动。1，吊笼平移运动所需电机功率计算：吊笼平移速度V=0.36m/s，电机输出小齿轮与齿条的模数M=5mm,小齿轮分度圆直径D为115mm，轮毂线是渐开线，小齿轮为23个齿，转速n=V/(D)=1rad，钢管与滚轮之间的摩擦系数0.030.10。电机功率W=PxV/=Wx0.1x0.36/0.9=1600W，选择2KW变频电机。2，平移支架设计及验算：这个平移支架是套在特制导轨架外面的，内部有16个滚轮，左右对称分布有8个滚轮，其中正压力滚轮各4扭矩平衡方程得出：1249xP2+1827xP1=975x40000(Nmm)P1与P2是一对扭矩，用来平衡吊笼总重G。经过计算得出，P1=P2=12679N这说明侧向受力P1与P2都不大。每个滚轮内有2个轴承，每个轴承能承受13KN，所以每边要有2个侧滚轮，见图11，就能满足条件。5，导轨架的76x4.2 Q420钢管导轨受的挤压力，垂直向下正压力应力验算：许用应力=345MPa，P3为压在导轨上的力，P3=4XF,F为一个滚轮的受力（10000N），S为受压面积（948mm2）=F/S=10.5MPa，所以符合要求。6，热膨胀计算:热胀冷缩系数=0.012mm/m/C，如果考虑温差变化25C，其延伸量为=0.012x25=0.3mm/m。其支撑架的延伸约8mx0.3=2.4mm，这数值很小，可以忽略。由于其下部100m标准节要考虑其温度变化产生的延伸量为100mx0.3=30mm，是不能忽略的。当100m长ELEVATOR INDUSTRY|41个，见图14，左边两个图。右图P1是侧轮对平移支架的一侧的压力（P1=12679N）。侧轮对平移支架的一侧的压力的应力验算：许用应力=345MPa，M为力矩，W为抗弯截面系数（555071mm3）。如果不考虑底部的定位销（20）将上面的平移支架与下面的导轨支架标准节相联，那么其单侧标准节就是悬臂状态，支点在上部，悬臂长度是3164mm。其扭矩M为P1x3.164Nm。其受的应力如下，=M/W=(12679x3.164)/W=72.2MPa如果考虑定位销的作用，应力会更小，是满足要求的。图14图15图16三，附件设计：1，定位销位置设计:左边的限位开关头部与定位销连接在一起，见图15，左图上部定位销联结，中间图为下部定位销联结及平面图，最右边的图是定位销尺寸图。当行程开关接到指令后，弹出并锁住上（或下）标准节及上（或）下部支撑架的标准节。3，导轨架左上部标准节用受力附墙架拉住，该附墙架内部设计有弹性原件，上部的100m长的全部标准节热胀冷缩只能向上方变动。导轨架右下部标准节可用一般附墙架连接即可，以便热胀冷缩可以上下两个方向都能变动。4，导轨架左上部标准节与下面导轨架的定位板设计：随着吊笼平移到左边，为了保证上部固定标准节与平移支架标准节位置保持一致，以便对准齿条。在安装导轨支撑架时，需要设计导轨架的定位板，定位后，再用化学螺栓固定左侧导轨支撑架及上部标准节。结论：该平移设计结构简单实用，可以解决吊笼需要平移的工况。2，斜口设计：为了使平移支架工装体能顺利接入已经固定在建筑物上的标准节，平移支架工装体采用这个斜口设计，当其中有个物件有少量变形或有垃圾掉在上面时，也能将齿条与齿条对准。见图16，左图上部斜口，中间图为下部斜口，最右边的图是斜口设计详图。参考文献1EN81-1:2019,Safety rules for the construction and installation of liftsS,ICS 91.140.902GB26557-2011,吊笼有垂直导向的人货两用施工升降机S,ICS 91.140.90 J803GB/T3811-2008，起重机设计规范S，ICS 53.030 J80