浅析电梯承重梁固定方式对结构性能的影响*

2014-03-26兰文东刘治帮杨建飞张志宏

机电工程技术 2014年4期

兰文东，徐斌，刘治帮，杨建飞，张志宏

（1.怡达快速电梯有限公司，浙江湖州 313009；2.湖州师范学院信息与工程学院，浙江湖州 313000）

0 引言

承重梁是承托整个电梯的重要结构件，根据电梯的结构特点可知，承重梁不仅承托着曳引机，还承托着整台电梯。曳引机承重梁的受力分析需考虑到多方面的因素。在承受载荷上，它不仅承受承重梁自重和曳引机重量等总静载荷，而且要在电梯频繁启动及制停过程中，承受轿厢重量、货物和乘客的额定载重、平衡对重及曳引钢丝绳、补偿绳、控制电缆重等由于电梯加速和减速而产生的动载荷[1]。

1 对曳引机承重梁的技术要求

对于曳引机承重梁的选择，GB10060-93《电梯安装验收规范》有如下具体要求：曳引机承重梁如果需要埋入承重墙内，则支承长度应超过墙厚中心20 mm，且不应小于75 mm。

朱昌明一书[2]中又加上如下安装要求：“对于砖墙、梁下应垫以能承受其载荷的钢筋混凝土梁或金属梁。多根承重梁安装后上水平面水平度不应大于0.5/1 000，承重梁上平面相互间高度差不大于0.5 mm，且相互间平行度不得大于6 mm”。

2 承重梁的两种物理模型及所受载荷

2.1 承重梁的两种结构简化模型

图1（a）表示简支梁模型，该模型的实现是通过一端铰接，另一端搭接支撑的的方式，使承重梁被固定下来，图1（b）表示两端固定模型，它是通过把承重梁两端插到墙体内部的方式来使支撑墙体与梁固结在一起，两者的受力情况[3]如图1所示。

2.2 承重梁载荷分析

图1 两种固定方式的梁模型

承重梁除了必须安放曳引机之外，还需安放导向轮及可能要安放夹绳器等部件，而曳引机又通过曳引绳吊挂着轿厢、平衡对重等许多构件。在承受载荷上，它不仅仅要承受静载荷曳引机重量G，又要承受在电梯频繁启动及制停过程中，轿厢重量、货物或乘客的额定载重、平衡对重及曳引钢丝绳、补偿绳、控制电缆重等由于电梯加速及减速而产生的动载荷RD，计算公式如下：

总静载荷：

其中：p是轿厢自重为12 t，w是平衡对重18 000 kg，G是曳引机自重1 500 kg，QL是轮子重量180 kg/个。

总动载荷：

其中：Q是额定载重、轿厢自重、平均对重的总重量。

3 承重梁的载荷分析

校核承重梁的强度、刚度，有两种方法可供选择，其中一种是通过简化模型的方法进行理论校核。强度校核：

其中：σ是实际应力值，Mmax是最大弯矩值，wz是抗弯截面模量，[σ]是许用应力值。刚度校核：如图2中梁的三维模型，部分承重梁受到三个力的作用。梁的弹性变形是三个集中力共同引起的，在承重梁受单独的集中力作用下，分别算出梁的挠度。然后进行刚度校核：

图2 电梯承重梁的整体布局

其中：k是实际刚度，F是载荷，f是等效位移（挠度），[k]是许用刚度。

但是这种方法是在二维简化的情况下进行的，与实际情况并不能很好的吻合，可能存在较大的偏差。而有限元软件ANSYS正好弥补了这一缺点，它可在三维的空间中模拟承重梁的应力场，与实际情况更为吻合，更能反映承重梁的受载情况。所以本文拟采用有限单元法进行强度和刚度校核[5]。

由受力分析可知，A梁是所有承重梁当中受力最大的梁，故本文采用A梁分别作两端固定和简支的有限元分析，承重梁的型号为40a，材料为Q235A[4]。如图3所示，承重梁采用8节点六面体单元来剖分，载荷和约束按实际受载情况加载，整个承重梁模型共有41 100个单元，60 720个节点，计算结果如图4、图5所示。

图3 梁的有限元模型

由计算结果分析可知，图4、图5所示的两端固定模型和简支梁模型中，A梁的最大挠度分别为1.049 mm、1.439 mm，最大应力值分别为116.627 MPa、180.41 MPa，故不论在刚度还是强度方面，两端固定模型中的梁的最大挠度和应力值都比简直梁模型的小。

刚度比较：图4（a）两端固定模型中梁的两端部挠度几乎为0，挠度变化最大点在中部附近；图4（b）简支梁模型中固定铰支座受弯曲应力时，相当于固定端，该端的挠度变化极小，甚至为0，而滑动铰支座的挠度则较大。

强度比较：图5（a）固定端模型中梁上的最大应力（SMX）在端部，应力值为116.627 MPa，

而图5（b）简支梁模型中梁的最大应力也在端部，但此时 SMX=180.41 MPa＞[σ]=160 MPa（σs=235 MPa），由此可见，SMX（简支梁）＞SMX（固定端）。

图4 挠度分析结果对照

4 结论与建议

固定端模型中承重梁的最大应力小于简支梁，原因是在固定端模型中，墙体起到了不可替代的作用。这虽然减小了梁的最大应力，保护了梁的安全可靠，但与此同时带来的一个不利影响是，在墙体与梁的搭接处，墙体承受了较大的支座反力和弯矩，这对墙体提出了更高的强度要求。所以在固定端模型中，在安装过程中墙体的质量应做得更好，墙体宽度应做的更厚，以保障墙体及电梯的安全运行。