浅析一种曳引机承载构件固定方式的安全性

浅析一种曳引机承载构件固定方式的安全性

徐友红

广东长城电梯有限公司， 523382

摘要：提出电梯曳引机承载构件的固定方式，并对其中一种固定方式进行了强度校核，证明此种固定方式的安全可靠性，为后续项目设计提供可行性的理论依据。重点根据机械设计原理校核了钢膨胀螺栓的受力情况、钢梁的刚度和强度。

关键词：电梯；承载构件；固定方式；强度校核

曳引机是电梯的主要安全部件之一，为电梯运行提供动力基础，对于保证电梯的安全运行起到了关键作用。目前，大部分电梯项目都是通过安装承重梁（工字钢或槽钢）来支撑曳引机。按照要求承重梁一般需要埋入承重墙内。GB/T 10060-2011《电梯安装验收规范》第5.1.7.2条要求：“埋入承重墙内的曳引机承重梁，其支撑长度宜超过墙中心20mm，且不应小于75mm。”这是电梯对承重墙和承重梁固定最常用的方法的技术要求。但是，少部分电梯在安装时，由于井道结构或其它原因没有预留曳引机承重梁入墙的孔洞，同时由于井道建筑不允许在承重墙上开孔，导致电梯安装时不能将承重梁埋入墙内。这就需要电梯设计制造单位通过其它办法来固定电梯承重梁，并保证固定的安全可靠，满足验收的相关要求。

所以，曳引机承载构件承重梁的固定方式尤为重要。目前，市场上承重梁主要有以下几种固定方式（前提是混凝土的强度是满足建筑要求）：（1）、承重梁直接入墙，承重梁下方是混凝土承重墙；（2）、承重梁通过辅助构件固定在混凝土墙上；（3）、承重梁搭载在一整条槽钢或工字钢梁上。下面笔者以一个工程项目为实例，对第二种固定方法进行校核。

在实际项目中，采用任何一种固定方式，在设计前都应确定总负载重量的作用点，按承重梁最大弯矩来计算应力，验证承重梁的安全系数（一般要求承重梁的安全系数要大于4）。依据TSG T7007-2016《电梯型式试验规则》H5.2设计计算书第（12）条“布置在井道内的驱动主机和悬挂装置固定处承载物件的受力计算”的规定，对公司办公楼无机房观光电梯驱动主机承重梁构件进行受力计算，并校核承重梁的安全系数。

1.计算所需的原始参数：

额定载重Q=1000kg，额定速度V=1.0m/s，轿厢侧运动部件质量之和P=1510kg，平衡系数K=0.45，曳引比R_t=2:1，MCB200系列曳引机自重F_曳=370kg，提升高度H=8.8m，曳引绳数量n_r=5，曳引绳单位重量q_r=0.34kg/m

2.驱动主机、承重梁及对重绳头板安装图如图1所示：

图1.曳引机、承重梁、对重绳头板安装示意图

承重梁A端：采用10个M16钢膨胀螺栓将20#槽钢固定于混凝土墙面上，将承重梁搭载在槽钢上，承重梁与槽钢之间满焊，增加焊缝强度。

承重梁B端：采用8个M16钢膨胀螺栓将10mm厚钢板固定在混凝土墙面上，承重梁与钢板之间满焊焊接，并将承重梁下端用角钢拖住，为了方便调整承重梁的水平度（如图2所示）。该承重梁为简支梁，其力学模型及受力如图3所示。

图2.承重B端固定示意图 图3.承重梁受力简图

图3中：F_曳-蒙特纳利MCB200型曳引机自重，F_曳=370kg；

6. 曳引轮两侧受力之和（当载有125%额定载荷的轿厢位于最底层站时）：

kg

F_对Ⅰ对重绳头施加在承重梁上的力： kg

2.1承重梁两端钢膨胀螺栓所受的力

根据《机械设计手册》中受静载荷梁的内力及变位计算公式可得：

kg

kg

2.2 承重梁两端钢膨胀螺栓强度校核

2.2.1 A端的载荷由10个M16国产钢膨胀螺栓平均承担，每个螺栓承受的剪切力为N_A，其安全系数n_A为：

，

式中：N-M16国产钢膨胀螺栓在混凝土强度等级C13的情况时其静止状态承受的剪力，N=14120 N（依据机械设计手册）；故：

2.2.2 B端的载荷由8个M16国产钢膨胀螺栓平均承担，每个螺栓承受的剪切力为N_B，其安全系数n_B为：

，故：

注：根据GB50010-2019《混凝土结构设计规范》，公司办公楼的混泥土强度等级为C20～C25。

2.3 承重梁的强度和刚度校核

2.3.1 承重梁的强度计算

根据图3承重梁受力简图，外力F_曳、F、F_对Ⅰ的合力为R，作用点为L。

kg

由： ，则：L=950 mm

在合力R的作用下，梁的弯曲应力为:

式中：M_max—合力R作用点最大弯矩，

N.m

W_x—抗弯截面模数，25a工字钢W_x=402 cm³（根据《机械设计手册》中热轧工字钢参数表）

则： MPa

安全系数： ，式中：σ_s—Q235A材料的屈服强度，σ_s=235MPa

故：n=7

2.3.2承重梁的挠度（变形）计算

用叠加法求承重梁的变形量，分别计算承重梁在F_曳、F、F_对Ⅰ作用下承重梁中点的变形，然后叠加求得承重梁的变形之和ω。

式中：E—材料弹性模量，Q235A材料：E=200GPa ；

I—惯性矩，25a工字钢惯性矩：I_x=5020cm⁴；

代入数据得：ω₁=0.03mm；ω₂=0.19mm；ω₃=0.05mm；

则： mm ＜ mm

结论：综上述计算结果，公司办公楼驱动主机承载构件固定是安全可靠的，安全系数、变形量等均满足设计要求。

承重梁作为主要承载构件，需要承整个电梯的重量（包含：曳引机、对重块及对重架、悬挂系统、轿厢系统、补偿系统等）。如果承重梁不入墙，需对每个项目做受力计算，计算钢膨胀螺栓受剪力、焊缝强度等是否满足设计要求。同时还要满足静载和动载（包含：停电突然停梯、125%载荷下的制动试验等）的试验要求。由于此种承重梁固定方法是特殊设计，虽然理论数据计算满足设计要求，但是根据GB/T 10060-2011《电梯安装验收规范》要求，对于特殊设计、隐蔽工程等应记录在检验记录表中，在电梯定期检验时，作为必检项目对电梯进行检查。

3. 结语

本文按照TSG T7007-2016《电梯型式试验规则》规定，探讨了称重构件的固定方式，并结合受力计算来分析钢膨胀螺栓受剪力情况。综上所述，按照上述固定曳引机承重构件承重梁是安全可靠的。以上是笔者关于曳引机承重构件固定方式的一些肤浅的认识，如有不妥敬请指正。

［参考文献］

[1]朱昌明. 电梯与自动扶梯[M].上海交通大学出版社，1995.

[2]成大先. 机械设计手册（第四版）[M].化学工业出版社，2002.

[3]GB 50010-2019.混凝土结构设计规范[S].

[4]GB/T 10060-2011.电梯安装验收规范[S].

[5]TSG T7007-2016.电梯型式试验规则[S].

作者简介：徐友红，（1985-04），男，河南省信阳市，本科学历，研究方向为电梯机械设计