吳城汀

(福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008)

一種無機(jī)房電梯救援裝置的設(shè)計(jì)

吳城汀

(福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008)

隨著電梯驅(qū)動與控制技術(shù)的發(fā)展，特別是耐用、節(jié)能的永磁同步電機(jī)曳引機(jī)的研發(fā)成功，無機(jī)房電梯作為綠色電梯的代表成為建筑業(yè)電梯市場新的選擇，逐步得到廣泛應(yīng)用，但由于其結(jié)構(gòu)與有機(jī)房電梯存在著較大差異，因此出現(xiàn)事故時(shí)，應(yīng)急救援的難度很大。設(shè)計(jì)一種便攜式緊急救援裝置，以解決無機(jī)房救援中的緊急電動運(yùn)行及手動或電動松閘裝置失效情況下的緊急救援問題。

無機(jī)房電梯；緊急救援裝置；導(dǎo)軌夾緊器；繩頭夾緊器

0 前言

現(xiàn)有的有機(jī)房電梯應(yīng)急救援裝置技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟和完善，已從傳統(tǒng)的“自救”方式發(fā)展到現(xiàn)在最常用的“他救”方式，并繼續(xù)向 “自動救護(hù)”、“遠(yuǎn)程救護(hù)”方向發(fā)展[1]。目前國內(nèi)外已經(jīng)對自動救援和遠(yuǎn)程救援進(jìn)行了相當(dāng)大的研究，但是目前應(yīng)用較少，且技術(shù)不夠成熟[2-3]。對于永磁同步的無機(jī)房電梯，特別是電動松閘裝置的急松閘電源蓄電池?zé)o法提供松閘所需的電壓，導(dǎo)致應(yīng)急松閘裝置失效，無法松閘移動轎廂。對于考慮僅僅設(shè)置有松閘裝置而無盤車裝置，特別是松閘裝置又是電動松閘裝置的無機(jī)房電梯，如何保障困人時(shí)，在電動松閘失效時(shí)仍然能移動轎廂至平層位置的裝置，目前還未見研究，且國家標(biāo)準(zhǔn)沒有對此明確規(guī)定，這類電梯存在著比較大的安全隱患，因此研究設(shè)計(jì)一套在松閘裝置失效情況下，通過不松閘能移動轎廂位置的裝置，以對這類電梯的安全性能進(jìn)行研究補(bǔ)充，預(yù)防事故危險(xiǎn)性存在。

1 救援的總體方案

如圖1所示，將繩頭夾緊裝置固定在曳引鋼絲繩上，將導(dǎo)軌夾緊裝置固定在T型導(dǎo)軌上，將手動葫蘆的兩端通過吊鉤分別掛在導(dǎo)軌夾緊裝置和繩頭夾緊裝置上。

圖1 救援總體方案示意圖

由圖1可知，通過站在轎頂上的救援人員手動操作葫蘆對轎廂進(jìn)行提升，將轎廂提升至最近的平層，打開層門和轎門展開救援工作。

2 導(dǎo)軌夾緊裝置的設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)有的電梯轎廂導(dǎo)軌為T型導(dǎo)軌，在救援過程中，為了減少對導(dǎo)軌的損傷，可將導(dǎo)軌夾緊裝置裝設(shè)在非安裝轎廂安全鉗的導(dǎo)軌兩側(cè)上，其導(dǎo)軌夾緊裝置如圖2所示。

圖2的孔是用于固定鎖緊螺栓的，通過對螺栓施加一定的預(yù)緊力，使得螺釘對導(dǎo)軌有壓力，靠12個(gè)螺釘與導(dǎo)軌的接觸面的摩擦力承受轎廂或者對重的載荷。為了方便與提升機(jī)械裝置對導(dǎo)軌夾緊裝置外力的施加，需要一個(gè)耳孔，因此夾緊裝置還需要一個(gè)耳孔，這里選擇φ32的圓柱型耳環(huán)并焊接在導(dǎo)軌夾緊裝置的主體上。

圖2 導(dǎo)軌夾緊裝置的示意圖

2.1 焊縫強(qiáng)度校核

根據(jù)圖1所示的救援示意圖，在導(dǎo)軌夾緊器的一側(cè)，其拉力F的大小根據(jù)平行四邊形法則，如圖3所示，P為轎廂與載荷的總質(zhì)量(假定為20000N)。

圖3 提升過程中受力圖

通過受力分析可得：

Fcosα+Tcosβ=P

S=H+0.5W

其最危險(xiǎn)的時(shí)候是在力F與垂直方向的力夾角為45°的時(shí)候，此時(shí)，導(dǎo)軌夾緊器的受力為最大。

在耳環(huán)的受力分析，可用二力桿來求解得到兩個(gè)焊接點(diǎn)的受力大小，如圖4所示。

圖4 耳環(huán)的受力分析

根據(jù)力學(xué)平衡條件可知：

對于x方向上：Fcos45°=FAsinα+FB

對于y方向上：Fsin45°=FAcosα

而角度α則根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸可求得α=31.39°，聯(lián)立以上兩個(gè)方程可得：

由FA可求得A點(diǎn)的在x和y方向上的力：

FAx=FAsinα=12202N，F(xiàn)Ay=FAcosα=20018N

A點(diǎn)處除了受x和y方向上的拉力和剪切力的影響，還受到一個(gè)順時(shí)針的彎矩的影響，并可由幾何尺寸計(jì)算得到d=22.761mm，A點(diǎn)處的彎矩MA=643.68N·m。

在轎廂提升的過程中，A點(diǎn)受拉伸應(yīng)力的影響，B點(diǎn)受壓縮應(yīng)力的影響，因此，A點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)，其焊接處為危險(xiǎn)區(qū)域，需要對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。

在A點(diǎn)處，在x方向上的拉伸應(yīng)力：

在A點(diǎn)處，在y方向上受剪切應(yīng)力：

此外焊接處還受到彎矩的影響。其彎曲強(qiáng)度為：

因此，彎曲強(qiáng)度符合要求。

2.2 螺釘?shù)膹?qiáng)度校核

導(dǎo)軌夾緊器上的6個(gè)螺釘是靠螺釘與導(dǎo)軌的摩擦力以提升轎廂，其受力分析圖可由圖4所示。

在圖4中，F(xiàn)Ax和FAy以及FB為已知條件，根據(jù)平衡方程可得到：

由于有12個(gè)未知數(shù)，只有兩個(gè)方程，屬于超靜定方程的工程問題，為此，引入ANSYS12.1有限元分析軟件進(jìn)行分析，其網(wǎng)格劃分的示意圖可如圖5所示。

圖5 導(dǎo)軌夾緊器的網(wǎng)格劃分

為了分析方便，可在焊接處設(shè)一個(gè)圓形凸臺，其直徑為φ32，厚度為10mm,靠上端的為A處，靠下端的為B處。根據(jù)上述分析可知，在A處受一斜方向的拉力F=23428N,和一個(gè)彎矩M=684Nmm的作用，在完成外力的加載后，需要固定約束，現(xiàn)在將12個(gè)螺紋孔的位移設(shè)為零，設(shè)為固定端。在完成一系列的設(shè)定后，進(jìn)行壓力分析，其分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 壓力分布圖

從圖6中看出，12個(gè)螺紋孔中，其危險(xiǎn)孔為從上往下第二個(gè)螺紋孔，其壓力為σ2=7.786MPa,由此可計(jì)算其受到的摩擦力：

式中，Ks2為安全系數(shù)，這里取1.5。摩擦力是由螺釘?shù)念A(yù)緊力提供，而螺釘與導(dǎo)軌的兩個(gè)側(cè)表面的摩擦系數(shù)這里取0.1，由摩擦理論可知，其第2個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力為：

所選用的8.8級的φ16的螺釘?shù)那?qiáng)度為σs=640MPa。在螺紋連接設(shè)計(jì)中，一般規(guī)定擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊力不得大于其材料屈服強(qiáng)度σs的80%[4]。對于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力限值如下(碳素鋼螺釘)：

因此，其最危險(xiǎn)的螺釘截面中，所需的預(yù)緊力在螺釘?shù)目山邮茴A(yù)緊力范圍內(nèi)。在知道其預(yù)緊力后，需要求得其螺釘?shù)臄Q緊力矩，在求取之前需要知道其擰緊力矩系數(shù)，這里的擰緊力矩系數(shù)可取0.20，因此，其擰緊力矩T為：

T=K1F2預(yù)d=0.20×64550×0.016=206N·m

為安全起見，這里擰緊力矩取210N·m。而且為了使得各個(gè)螺釘?shù)氖芰鶆?，各個(gè)螺釘?shù)臄Q緊力矩必須相同。

3 鋼絲繩夾緊器

3.1 鋼絲繩夾緊器的設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的夾緊鋼絲繩的裝置種類很多，但是很多僅僅固定在鋼絲繩上，或者將兩根鋼絲繩連結(jié)在一起，防止其相互移動，但是其并無外力可作用的點(diǎn)以提升鋼絲繩。為此，需要在現(xiàn)有常見的鋼絲繩卡頭的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)方便施加外力以提升轎廂的鋼絲繩夾緊裝置。

現(xiàn)有的鋼絲繩卡頭型式很多種，可選擇一種日式卡頭，可通過將兩個(gè)鋼絲繩卡頭通過焊接使其固定在一個(gè)U型的鋼條上，作為鋼絲繩夾緊裝置，可將兩個(gè)卡頭夾緊在鋼絲繩上，這樣可將提升機(jī)械裝置的一端吊鉤固定在鋼絲繩夾緊裝置上，通過提升機(jī)械裝置就可以提升轎廂，如圖7所示。

圖7 鋼絲繩夾緊裝置

3.2 鋼絲繩夾緊器的強(qiáng)度校核

由于鋼絲繩可承受彎曲力矩，因此對于鋼絲繩夾緊裝置，只要驗(yàn)證其拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。很明顯，其危險(xiǎn)截面處于U型鋼條與鋼絲繩卡頭的焊接處，因而只需校驗(yàn)該處的強(qiáng)度即可。

在x方向上的拉伸應(yīng)力：

在y方向上受剪切應(yīng)力：

因此，剪切強(qiáng)度符合要求。

4 提升機(jī)械裝置

對于提升的機(jī)械裝置，現(xiàn)有的手動葫蘆是一種使用簡單、攜帶方便的手動起重機(jī)械，因此，可選擇市場上成熟的機(jī)械設(shè)備，而且手動葫蘆價(jià)格便宜。

5 結(jié)語

通過設(shè)計(jì)一種便攜式的無機(jī)房救援裝置，并所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核，經(jīng)校核后，其強(qiáng)度符合要求。該裝置能夠在當(dāng)電梯限速器、安全鉗發(fā)生動作或轎廂蹲底、沖頂時(shí)，并且該電梯配置的電動松閘裝置的急松閘電源蓄電池?zé)o法提供松閘所需的電壓時(shí)，能夠利用該緊急救援裝置方便、迅速、安全地將電梯開到平層位置，使乘坐人員安全離開。而且該套緊急救援裝置設(shè)計(jì)輕便，方便人員攜帶和操作。

[1] 何貴陽. 有機(jī)房無齒輪曳引驅(qū)動電梯設(shè)置盤車裝置的探討[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，(5):37-38.

[2] 汪艷娥. 無機(jī)房電梯的緊急救援裝置[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2006,(6):69-70.

[3] 郭曉波. 無機(jī)房電梯的應(yīng)急救援裝置系統(tǒng)[J]. 電子產(chǎn)品世界，2006,(1):85-86.

[4] 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Rescue Device Design for Machine-roomless Elevator

WU Chengting

(Special Equipment Inspection and Research Institute of Fujian Province, Fuzhou 350008, China)

With the development of the elevator drive and control technology, especially the development of the durable, energy-efficient traction machine with permanent magnet synchronous motor, now the elevator machine room is selected as the green building industry elevator in the market. Because of the great difference between its structure and elevator machine room, the emergency rescue becomes very difficult when an accident happens. In this paper, a portable emergency device is designed to solve the problems of machine-roomless elevator room emergency rescue operation and service in the case of manual or electric brake release device failure.

machine-roomless elevator; emergency rescue devices; rail clamp; rope clamp

吳城汀(1987-)，男，福建龍巖人，碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)。

TH122

B

1671-5276(2015)05-0046-04

2014-02-25