电梯用钢丝绳端接装置(自锁紧楔形)设计计算

(天津市六开电梯配套有限公司，天津 300402)

电梯用钢丝绳端接装置(自锁紧楔形)设计计算

范学全

(天津市六开电梯配套有限公司，天津 300402)

介绍了电梯用钢丝绳端接装置(自锁紧楔形)强度的概算方法及应遵循的一般原则，可供有关人员在进行该部件强度设计计算时参考。

钢丝绳;端接装置;自锁紧楔形;强度计算

0 引言

随着城市棚户区的改造，高层楼寓越来越多，与之配套的电梯(本文指直梯)被普遍使用。人们希望在尽短的时间内完成在电梯轿厢内的滞留，这就要求电梯制造厂在保证人员安全的前提下，生产出速度更快的电梯。电梯用钢丝绳端接装置是电梯常用部件，它负责将钢丝绳与轿厢、钢丝绳与对重连接在一起的任务。它有3种形式如下：

1）巴氏合金填充形；2）自锁紧楔形；3）绳夹。

根据3种端接装置的自身特点。自锁紧楔形端接装置被普遍使用。它的优点是拆装方便，舒适平稳，但抗冲击性能较差，如图1所示。

图1 自锁紧楔形端接装置Fig.1 Since the locking wedge clamping device

自锁紧楔形端接装置(为表述方便在后面的叙述中简称为绳头组合)中锥套和楔块是与钢丝绳接触的两个重要零件。对这两个零件进行机械强度方面地比较，锥套存在的失效风险更大一些。下面重点讨论锥套的机械强度计算(楔块较简单不作重点讨论)，要计算锥套的强度首先要对其进行受力分析。

1 受力分析

依据文献[1]，如图2所示。

图2 绳头组合中钢丝绳及锥套的受力分析Fig.2 String or combination of wire rope and force analysis of taper sleeve

a) 钢丝绳在锥套和楔块中状态 b) 钢丝绳的受力分析 c)锥套的受力分析。

根据图2 b)可知

取锥套、楔块及钢丝绳为分离体，且钢丝绳端未与绳体扎紧时，可得

式中：

Su—楔块上钢丝绳紧边拉力S1与松边拉力S2之差。

a —楔块上的有效包角（径）， α=π+φ。

f —钢丝绳与楔子、楔套间的摩擦系数。

e —自然系数e=2.7182828……。

φ—楔套垂直侧面与倾斜侧面间夹角。

Q—钢丝绳承载时的拉力。

由于H1＞H2（见表2），故H2处将是强度计算的主要对象。

2 楔角与摩擦系数的关系

由式（3）可知，摩擦系数 f 与楔角φ对F2的影响是互相矛盾的，但却共同影响着楔块、锥套连接的自锁性。自锁性过大既不易拆卸，又会对锥套和楔块产生较大的应力值，取楔块处于临界欲退出的状态对锥套进行分析并找出它们的相互关系，利用力的平衡方程求解，如图3所示。

图3 楔套与钢丝绳接触部分的受力分析（楔子退出状态）Fig.3 Wedge set of contact with the steel wire rope part stress analysis (wedge exit status)

在水平平面内

在铅垂平面内；

故：

公式（7）为楔角（φ）与摩擦系数（f）的关系式。

通常取f=0.1～0.15,φ=11.4°～17.1°

推荐取f=0.25，φ=12.76°。

3 曲率等截面矩形曲杆的应力

曲杆中内力的分布规律如图4所示。

图4 曲杆中内力的分布规律Fig.4 The internal force distribution of curved bar

弯矩M引起的应力如图5所示。

图5 矩形截面曲杆中的正应力Fig.5 Rectangular cross section curve of the normal stress

经过推导可得出定曲率等截面曲杆内的总垂直应力σ的公式为

式中：

N—截面的拉力。

F—截面面积。

M— 截面上受的弯矩。

S—截面面积对中性轴的静矩。

Z—计算截面层对中性轴的距离。

P—计算层的曲率半径 。

式（8）为定曲率等截面曲杆的应力通式。由文献[2]可知矩形截面曲杆的相关特性，如图6所示。

图6 矩形截面曲杆的计算Fig.6 The calculation of rectangular section curved bar

图中形心层的曲率半径为R0，外层曲率半径为Rw，内层曲率半径为Rn。

由式（8）可知，弯矩M引起曲杆外层与内层的正应力分别为

显然，式（9）、（10）可运用到锥套的应力计算中去。

图7 锥套、楔块工作受力图Fig.7 Taper sleeve, wedge block by trying to work

4 绳头组合的强度计算

由于锥套构造上的因素，如图7图8所示，可知：B=B1。由力的分析可知。根据GB7588-2003[3]中第9.2.3条的要求。锥套的倾斜侧面是强度计算的重点。按图7和图8将式（9）、（10）中的符号代换，可得锥套倾斜侧面弯曲部分中点（危险截面）外层和内层的弯曲正应力计算式：

最后的应力满足强度要求

若F2=4.5Q不满足强度要求，可按GB6067的间距要求，采用至少有3个绳夹来固紧钢丝绳探出锥套部分。取F2=2.0636Q，再次核算并要满足强度要求。

由载荷Q引起的应力满足式（13）、（14）时，则该载荷称为自锁楔型绳头组合锥套的许可载荷Qn。该载荷至少应能承受钢丝绳最小破断负荷的80%。钢丝绳的许用静拉力Qj由钢丝绳的结构来决定：

式中：

Sp—钢丝绳的整体最小破断拉力 ；

n—安全系数。

根据GB7588-2003中第9.2.2的规定，安全系数为12

安全系数n是指装有额定载荷的轿厢停靠在最低层时，一根钢丝绳的最小破断负荷(N)与这根钢丝绳所受的最大力(F)之间的比值。

因弯折、磨损及锈蚀等原因出现的断丝，将导致整绳承载能力下降，因而不必将楔形接头设计成与新钢丝绳等强度。

楔块侧面挤压强度：

5 锥套与楔块的材料匹配

锥套、楔块的常用材料及其合理匹配见表1 。按具体的强度计算，选取相应的组合。

调质处理后的硬度应控制在229HB～269HB，其分铸试棒的调质试件。锥套应经检验。成品锥套不允许有裂纹等缺陷，也不允许补焊。

图8 锥套构造的主要尺寸Fig.8 The main dimensions of the taper sleeve structure

图9 楔块构造尺寸Fig.9 Wedge structure size

表1 锥套与楔块材料的对应匹配推荐状况Table 1 Taper sleeve and corresponding matching recommended wedge material conditions

6 推荐的锥套及楔块的结构尺寸

在绳头组合设计中常取 f =0.125，φ=12.76°。锥套、楔块结构尺寸推荐值参见图8图9和表2表3。

表2 以钢丝绳直径ds为基准计量的锥套相关尺寸Table 2 Based on wire rope diameter dsmeasurement are related to the taper sleeve size

表3 以钢丝绳直径为基准计量的楔块相关尺寸Table 3 Based on wire diameter measurement are related to the wedge block size

7 自锁紧楔形端接装置的安全使用

电梯是被国家按特种设备进行监察和管理，尤其重视其安全性。通常将楔形接头直接用于升降机构中，保证机构的安全。这就要求绳头组合的设计图样和选用资料中，必须提供钢丝绳在相应材料匹配的条件下的最小破断载荷。

8 结束语

通过对绳头组合中构件的受力分析，找出锥套的最大受力处作为强度计算的重点，并运用曲杆理论相关公式得出强度概算方法。经推导，得出钢丝绳、连接件间的摩擦系数 f 与楔角φ之间的内在联系。最后，归纳出常用材料的匹配状况、锥套和楔块的结构尺寸关系，供读者参考。这些内容具体还需在设计、制造及使用中进一步总结、完善和提高。

［1］ M·舍费尔等著．起重运输·机械设计基础．第六版[M]．北京：机械工业出版社．

［2］ 别辽耶夫等著．材料力学下册．第一分册[M]．商务印书馆,1953．

［3］ GB7588-2003．电梯制造与安装安全规范．

［4］ GB8903-2005．电梯用钢丝绳．

［5］ GB/T5973-86．钢丝绳楔形接头．

［6］ GB/T5976-86．钢丝绳夹．

［7］ GB10058-88．电梯技术条件．

The Elevator Wire Rope Clamping Device (Self Locking Wedge) Design Calculation

Fan Xuequan
（Tianjin Six Open Elevator Co., LTD Tianjin 300402,China）

Introduced the elevator wire rope clamping device (self locking wedge) strength estimate method and should follow the general principles of available to relevant personnel in the strength of the part as a reference for design and calculation.

thermowell;natural frequency;strouhal frequency;validation;sympathetic vibration

TH123+<.3 文献标识码：A 文章编号： class="emphasis_bold">.3 文献标识码：A 文章编号：Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007.3 文献标识码：A 文章编号：

10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

A 文章编号：Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.007

2014-3-20

范学全,男,本科,工程师。