淺析HGP- Ⅲ中高速重載大附加重對重架設(shè)計

孫立民

（大連尚利科技有限公司，遼寧 大連116600）

1 設(shè)計背景

自從HGP 高速重載推出以后，HGP 高速重載已經(jīng)成為市場主要梯種之一，客戶對轎廂尺寸及其裝飾要求的不同，此外，隨著各地地方政府及相關(guān)法律法規(guī)對電梯安全高度重視等關(guān)鍵因素，因此，我們就必須考慮電梯在面對大附重，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格已不能滿足市場及客戶的需求，為了提升技術(shù)優(yōu)勢和競爭力，對HGP 中高速重載的優(yōu)化設(shè)計迫在眉睫。

2 對重架作業(yè)及相關(guān)知識介紹

對重架是電梯的重量平衡系統(tǒng)的成員之一，對于曳引比為2:1的電梯，對重架上還須安裝對重反繩輪。對重架用鋼絲繩通過曳引輪與轎廂相連，對重架內(nèi)重疊多塊對重塊。對重架＋對重塊為電梯的對重部分，此部分的作用在于平衡轎廂的重量，減少曳引轎廂時電動機(jī)的動力能源。鋼絲繩與曳引輪之間的磨擦力即通常所說的曳引力。對重和轎廂一樣裝有導(dǎo)靴，且在對重架兩側(cè)增加了導(dǎo)向角鐵，以防止對重運(yùn)行脫離導(dǎo)軌；根據(jù)GB 7588-2015 中要求，當(dāng)?shù)卓酉麓_有人能到達(dá)的空間時，對重上安裝安全鉗或?qū)χ鼐彌_器安裝于一直延伸到堅固地面上的實心樁墩。對重一般配置在電梯的后側(cè)，與轎廂運(yùn)行方向相反，沿著各自的導(dǎo)軌上、下運(yùn)行。

3 設(shè)計思路及可行性分析

3.1 設(shè)計問題分析

在電梯機(jī)械系統(tǒng)中，安裝在井道內(nèi)運(yùn)動組裝部件為轎廂和對重兩大部分，而在轎廂的尺寸不能被改變的條件下，根據(jù)HGP-Ⅲ中高速重載的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格并結(jié)合客戶的要求進(jìn)行井道的布置，要應(yīng)對小井道和大附加重量唯有在不影響其強(qiáng)度的條件下改變對重架的尺寸和導(dǎo)軌強(qiáng)度，使其應(yīng)對井道深度不足、井道寬度不足；同時應(yīng)用新型木棉供油式油盅，可使對重架高度在原基礎(chǔ)上降低52mm。當(dāng)1050-150m/min 附加重量超400kg時，根據(jù)導(dǎo)軌件強(qiáng)度計算表對導(dǎo)軌件強(qiáng)度進(jìn)行核算：如下表。

項目 名稱 參數(shù) 基本參數(shù) 導(dǎo)軌規(guī)格(對重側(cè)) T5/K 對重導(dǎo)軌強(qiáng)度判定 判定 撓度 NG

從表格中可以得出應(yīng)用T-5k 導(dǎo)軌不能夠滿足x 軸方向應(yīng)力（對重）對導(dǎo)軌件強(qiáng)度的要求。

當(dāng)1050-150m/min 附加重量超400kg時，根據(jù)導(dǎo)軌件強(qiáng)度計算表對導(dǎo)軌件強(qiáng)度進(jìn)行核算，更換T75/B導(dǎo)軌：如下表。

項目 名稱 參數(shù) 基本參數(shù) 導(dǎo)軌規(guī)格(對重側(cè)) T75/B 對重導(dǎo)軌強(qiáng)度判定 判定 撓度 OK

從表中可以看出，在附重超400KG，更換導(dǎo)軌后在地震工況時也是可以滿足電梯對導(dǎo)軌強(qiáng)度的要求。

3.2 對重架設(shè)計思路

3.2.1 對重架結(jié)構(gòu)。對于對重架裝配的整體結(jié)構(gòu)而言，主要有對重架邊直梁、對重塊壓板、上下側(cè)板、支柱、底座、上下梁板裝配、繩輪組裝，對重導(dǎo)靴裝配、導(dǎo)軌潤滑裝置、緩沖座以及各裝配部件的連接連裝配（螺栓連接）組成。

3.2.2 對重架設(shè)計。對重架設(shè)計方案。參考輕載薄型對重架方式，結(jié)合重載對重架導(dǎo)靴放置方式，首先，對重架整體結(jié)構(gòu)變化不大，其次，保證高速重載的對重導(dǎo)軌距為RG保持不變，可減少井道土建圖的非標(biāo)設(shè)計，并采用薄型對重架，可以使井道尺寸減小，可以在同行業(yè)中提升一定的競爭力，同時也減少與對重架相關(guān)部件的設(shè)計。

綜合上述：對重架設(shè)計思路是以輕載對重架為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，部件尺寸變薄，那么他們的強(qiáng)度也隨之降低，高速重載梯種對各部件的強(qiáng)度要求極為嚴(yán)格，既要有足夠的強(qiáng)度，也需要合理的加工工藝及精度，所以綜合以上幾點要求我們就需對對重架及對重架各部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，使電梯在安全穩(wěn)定的前提下運(yùn)行。

4 對重架變薄優(yōu)化設(shè)計

4.1 設(shè)計原則

設(shè)計的主要思路以HGP-Ⅲ中高速重載標(biāo)準(zhǔn)對重架為依據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上尋求最優(yōu)設(shè)計，在設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下幾點原則：（1）設(shè)計過程要結(jié)合HGP-Ⅲ中高速重載對重架與低速輕載對重架的結(jié)構(gòu)為設(shè)計依據(jù)。（2）盡量減少部件的修改數(shù)量。（3）盡量減少新部件的設(shè)計，可在原有的部件上尋求最優(yōu)設(shè)計。

通過以上設(shè)計原則的指，下面對具體的部件及尺寸進(jìn)行探討設(shè)計。

4.2 對重架各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

對重架邊直梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。對重架邊直梁是直接與對重塊安裝的部件，也是對重架的主要裝配部件，故對重架邊直梁的尺寸取決于對重塊的安裝尺寸。新設(shè)計的對重架需要把對重導(dǎo)靴安裝在對重架邊直梁上面，所以需要對新增一塊邊直梁蓋板用以安裝對重導(dǎo)靴。

4.3 設(shè)計總結(jié)

綜合以上設(shè)計過程可看出，此設(shè)計是在HGP 高速重載對重架的基礎(chǔ)上并參照HGP 低速輕載對重架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的，通過取消一些部件的制作及優(yōu)化一些部件的結(jié)構(gòu)及尺寸來達(dá)到設(shè)計目的，至此所有的部件優(yōu)化設(shè)計完畢，對于無變動的部件可參照標(biāo)準(zhǔn)的HGP 高速重載和低速輕載對重架裝配。

5 對重架主要部件強(qiáng)度校核

因?qū)χ丶転閷χ貍?cè)的重要承載裝置，必須對其的部分關(guān)鍵部件進(jìn)行一系列的強(qiáng)度校核，以確認(rèn)其安全及可行性。

主要承載部件為：

（1）對重架邊直梁（主要受軸向拉伸應(yīng)力）。（2）上梁板裝配（主要受彎曲應(yīng)力）。（3）上梁板與對重架邊直梁連接的螺栓組件（主要承受剪切應(yīng)力）。（4）繩輪軸承（主要考慮壽命問題）。

考慮到校核的范圍，因此在校核強(qiáng)度時取最大規(guī)格作為校核的對象，并且附加重取到可能的最大值, 當(dāng)電梯轎廂在最低層站時，對重架受力最大。

5.1 對重架的強(qiáng)度校核

當(dāng)（載重為1050kg，V=150m/min）時：

對重側(cè)總重：G 對重側(cè)=1670（轎廂自重）+500（附加重量）+140×1.49（補(bǔ)償鏈單位重量）×2+1050（額定載重）×0.5＝3113kg

對重架邊直梁受力情況分析：

對重架邊直梁主要受的是軸向拉伸應(yīng)力，根據(jù)設(shè)計要求安全系數(shù)應(yīng)按6 進(jìn)行設(shè)計（即安全系數(shù)：S=σb/σ＞6），單根對重架邊直梁的截面積：A=14.8cm2（查詢機(jī)械設(shè)計手冊可得；每個對重架有2根對重架邊直梁）。

安全系數(shù)：S=σb/σ＞6

式中：σb——抗拉強(qiáng)度（Q235-A的抗拉強(qiáng)度為4100kgf/cm2）σ——正應(yīng)力

正應(yīng)力：σ=G對重側(cè)/A=3113/（14.8×2）=105.2（kgf/cm2）安全系數(shù)：S=σb/σ=4100/105.2=38.9＞6 （滿足要求）

繩輪軸的校核：

根據(jù)軸的受力情況，可以近似地將他看成是簡支梁，承受彎曲應(yīng)力，假設(shè)力全部集中于軸的中間截面，則軸受彎距最大的是中間截面，因此需校核該處強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計要求安全系數(shù)應(yīng)按6 進(jìn)行設(shè)計（即安全系數(shù)：S=σb /σ＞6），計算方法如下：

對于軸的受力分析見圖：

輪軸的受力

軸的材質(zhì)：45#鋼

應(yīng)力：σb≥600MPa （查機(jī)械設(shè)計手冊得）

最 大 彎 矩：Mmax= G 對 重 側(cè)×L/4 ＝M 對 重 側(cè)×g×L/4=3113×9.8×140/4＝1067759（N.mm）

抗彎截面模量：Wn＝π×d3/32＝3.14×553/32=16325.55（mm3）

最大應(yīng)力：σmax＝Mmax/Wn＝1067759/16325.55＝65.4（N.mm2）=65.4MPa

安全系數(shù)：S=σb/σmax＝600/65.4＝9.2＞6 （滿足要求）

5.2 強(qiáng)度校核總結(jié)

經(jīng)上述強(qiáng)度校核計算可看出，新設(shè)計的對重架在最大規(guī)格、最大允許附加重量時都滿足設(shè)計要求，故新設(shè)計安全可行。