电梯导轨选型和导轨支架间距的设计与分析

史利鹏 乐思超 陆秋容

摘 要：根据国标规定的电梯导轨安装技术要求，对电梯导轨承载情况进行了分析，将分析结果运用与电梯导轨的选型，同时，进行了导轨支架间距的计算分析，讨论了导轨选型与导轨支架间距的内在联系，该项研究对电梯的安全、稳定运行具有一定的参考价值。

关键词：电梯；导轨；支架间距

1 电梯导轨的安装要求

导轨安装质量的高低直接影响电梯设备运行的舒适性与安全性，导轨安装工艺的选择与设计是电梯安装工程中的重中之重。

导轨的主要作用为：（1）平衡重与轿厢装置的导向作用；（2）支撑和保障安全装置可靠工作。国标严格规定：为保证电梯安全可靠运行，导轨和相关附件应能承受所施加的合成载荷，且单根导轨至少应有两个导轨支架支撑，支架间距不大于2.5米，如支架间距大于2.5米，需满足GB7588-2003规定导轨弯曲强度要求，并有导轨间距大于2.5m的计算依据。

不同的井道壁构造材料，导轨支架的固定方式有所不同，井道壁如果是混凝土结构，通常有以下四种支架固定方法：（1）钢板预埋法；（2）固定膨胀螺栓法；（3）当井道壁的厚度小于0.1米时，采用对穿螺栓固定法；（4）直埋法。如果井道壁是用砖砌结构，为使导轨支架可靠固定，宜采用：（1）混凝土圈梁处固定支架；（2）在井道壁内，适当加装槽钢支架。

高质量的安装对导轨垂直度和平行度提出了较高的要求，此外，还有导轨间距均等、接头缝隙小等方面的精度要求。为保证轿厢和平衡重在导轨上安全可靠、平稳舒适的运行，在导轨安装标准规范中，对安装工艺做出了很多严格的精度要求。

2 电梯导轨的选型

电梯导轨型式按断面形状不同，分为： L型、T型和空心型。L型和空心型导轨造价较低，但其不能用于不支撑安全钳的使用，通常只用在平衡重侧，中高速电梯不采用这两种形式的导轨，T型导轨适用范围较广，它的制造和使用已被标准化和规范化，导轨与导靴接触情况见图1，从T型导轨行业标准中得知， T型导轨已经实现产品系列化，主要参数包括底宽b、顶高h和工作面厚度k，材料不同、加工工艺不同和型号不同的T型导轨其强度和刚度也不同。现场安装中，需严格按照电梯安装工艺，计算与检验导轨的型号配置是否和承载能力匹配，但要想获得更精确的导轨型号，需对导轨承载荷情况进行计算与分析， GB7588-2003附录只对导轨承载能力计算进行了简单的定性描述。

图1 导靴与导轨接触情况

在校核计算时，为了简化计算过程，对导轨的受力情况做了适当地简化。如果载荷分布均勻，导轨的计算方法按如下几点简化：（1）轿厢所能承受的额定载荷并非均匀地施加在整个轿厢平面上，而是施加在轿厢的3/4平面上（按最不利的情况）；（2）安全钳所产生的制动力均匀分布在导轨延长线上，多根导轨或多套安全装置同时起作用时，可假定力是均布的。

导轨选型在检验、核算时，通常选取最不利工况下的载荷进行分析即可，电梯运行包括两种工况：（1）正常运行时，载荷比较平稳的工况；（2）安全钳作用时，有一定冲击载荷的工况。两种工况下，合成载荷分析表可从国标附录表G1中查得[2]，核算时，最不利载荷组合和安全装置复合作用的工况下，应重点验算轿厢和平衡重侧的导轨强度是否满足许用要求，其中，常用的安全装置运行时，冲击系数k1值为2.0。

3 电梯导轨支架间距的选择与计算

对轿厢进行受力分析，可知，轿厢及附件产生的重力与轿厢作用于曳引绳的拉力并不是一对作用力与反作用力，虽然轿厢运行在直线导轨上，由于导轨制造与安装误差，导轨无法做到绝对铅垂，轿厢运行在井道内，会受到各种气流的影响，此外，由于轿厢的几何形状和悬挂方式不同，载荷会在轿厢内波动，无法使载重力与曳引绳上的拉力始终保持在铅垂的方向，轿厢必在水平方向产生分力，我们把这种水平分力定义为支反力Fb，支反力通过导轨作用导靴，再传给轿厢，导靴上的支反力Fb的反作用力将引起导轨的弯曲效应。

影响支反力的三个重要因素为：（1）轿厢和平衡配重的悬挂方式；（2）轿厢与平衡配重作用于导轨的位置；（3）轿厢内载重分布的均匀性。

考虑实际受力的情况，在计算导轨弯曲应力时，为简化计算，做如下假设：（1）将导轨视为为的柔性支撑的连续梁；（2）合成力作用点的位置在两相邻支架中间；（3）最大弯距作用于导轨横截面的中性层。对于低速、轻载电梯，导轨的几何参数只需根据弯曲应力的大小来确定。但是，当安全装置作用于导轨时，必须考虑弯曲应力和压弯应力的联合作用效应，来确定导轨尺寸。计算弯曲应力时，采用如下方法：

？滓m=■，且Mm=■ （1）

式中：？滓m-抗弯应力，N/mm2；Mm-弯曲矩，Nmm；W-抗弯截面模量，mm3；Fb-导靴与导轨之间的作用力，N；l-两导轨支架的间距，mm。

由（1）式可知，抗弯应力和导轨支架间距成正比，它与抗弯截面模量成反比，所以，导轨支架间距增大，导轨的抗弯应力也增大，支架间距不能太大，抗弯截面模量W由导轨材质和型号决定，适当增大W，也是增大支架间距的一种方法，如果考虑安全装置的作用，则必须同时考虑抗弯应力和压弯应力共同影响，计算公式如下：

？滓k=■ （2）

式中：？滓k-压弯应力，MPa；A-导轨横截面积，mm2；Fk-轿厢作用于单根导轨的力，N；M-平衡配重作用于单根导轨的力，N；K3-附件作用于单根导轨的力，N；？棕-冲击载荷系数。

由两种方法，可以获得冲击载荷系数：（1）查国标表法；（2）公式推导法，查国标表法仅能适用于低抗拉强度的导轨， 公式推导法可用于抗拉强度大于370MPa，且小于520MPa的导轨，由公式推导法可知，冲击载荷系数？棕与柔度？姿有关，它的物理意义为：

？姿=■ （3）

式中：lk-两导轨支架的间距，mm；i-轴惯性半径。

由（3）式而知，柔度与冲击载荷系数成正比，柔度又与两导轨支架的间距成正比，就有冲击载荷系数与两导轨支架的间距成正比，压弯应力与冲击载荷系数成正比，因此，支架间距增大，必会引起压弯应力增大，设计中，要适当控制导轨支架间距的大小，复合应力计算方法为：

？滓c=？滓m+？滓k （4）

判定或检验导轨选型是否成功，就是要保证？滓c？燮[？滓]，其中，[？滓]—许用应力，它的判定方法如下：

[？滓]=■ （5）

由（5）可知，如果选用最常用的抗拉强度Rm为520MPa的导轨，在安全钳的工作下，导轨的许用应力不会超过290MPa。

4 结束语

用户根据用途，定购电梯，需先确定额定载重与额定速度等电梯基本运行参数，井道壁结构决定了导轨的安装位置，以及轿厢与平衡配重的悬挂方案。综合分析而知，抗弯截面模量与合成应力成反比，安全装置工作时，导轨抗弯截面模量越大，合成应力越小，但导轨横截面尺寸增大，会使井道内空間增大，电梯安装制造成本将增高，提高导轨材料的综合机械性能，将成为未来电梯导轨研制的发展趋势。

导轨所受合成应力随着支架间距的增大而增大，安装支架数量增加，则支架间距变小，所受合成应力也减小，导轨弯曲效应减弱，但是安装导轨支架太多，将使成本增高。通常采用倒推的方式进行导轨选型，先按最大支架间距，推算所对应的最大复合应力值，并在满足国标要求的条件下，选用既能安全使用，又能适当降低制造和安装成本的导轨，这是一个优化的过程，在导轨的实际安装中，导轨支架间距大于2.5m也可以进行设计，但必须进行导轨材料升级和横截面形状改进，同时也必须进行导轨的弯曲强度校核。

参考文献

[1]标准编写组.GB7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S].2003.

[2]标准编写组.GB10060-2001.电梯安装验收规范[S].2001.

[3]郭松保.电梯安装三字经[J].现代城市研究，2003（4）.

[4]蔡秀云.电梯安装工程的质量安全控制与对策[J].安全与健康，2004（17）.

[5]郝莲更.电梯安装中的质量控制[J].山西机械，2000（7）.

作者简介：史利鹏（1971-），男，浙江舟山人，工程师，研究方向：电梯安装与检测。