载货电梯设计计算书

载货电梯设计计算书
作者：佚名来源：互联网文章点击数：1607【字体：大中小】
1 概述
THJ2000/0.5-JXW交流双速载货电梯，按国家电梯标准的要求、设计而成的。

该电梯的曳引机、开门机系统、层门装置、安全钳、限速器、缓冲器、绳头锥套等主要部件及安全部件均采用先进的技术结构，一般零部件也是在原有技术积累的基础上设计的，因此本计算书主要对曳引系统、悬挂装置及安全装置等关键部件进行验证计算。

2 引用标准及参考文献
a. GB7588《电梯制造与安装安全规范》；
b. GB10058《电梯技术条件》；
c. GB10059《电梯试验方法》；
d. GB10060《电梯安装验收规范》；
e. GB8903《电梯用钢丝绳》；
f. JG/T 5072.1《电梯T型导轨》；
g. 《机械工程手册》第67篇第8章电梯（机械工程手册编辑委员会编）；
h. 《机械技术手册》上册（日本机械学会编）；
i. 《电机工程手册》第五卷（机械工程手册电机工程手册编辑委员会编）。

3 主要技术性能参数
a. 电梯种类：载货电梯；
b. 电梯型号：THJ2000/0.5-JXW；
c. 额定载重量：2000kg；
d. 额定速度：0.5m/s；
e. 轿厢尺寸：1500mm?2700mm?2200mm；
f. 开门尺寸：1500mm?2100mm（双折自动门）；
g. 曳引比：2:1；
h. 拖动方式：交流双速；
i. 控制方式：微机集选控制；
j. 最大提升高度：30m；
k. 最大停层站数：10层；
4 曳引系统的计算
4.1 电动机功率的计算
电梯曳引机的起、制动及正、反转频繁，且负载变化大，工作运行情况复杂，要精确计算电动机功率是很复杂的，根据机械工程手册的推荐，通常按下式计算电动机功率：
Pd＝—————
102?
式中：
Pd—电动机功率，kW；
KP—电梯平衡系数，根据电梯标准规定Kp在0.40～0.50
范围内，取Kp＝0.45；
Q—电梯额定载重量，Q＝2000kg；
V—电梯额定速度，V＝0.5m/s；
?—电梯的机械总效率，?＝0.5～0.55，对于斜齿轮曳引
机考虑2：1绕法，机械效率比较高，取?＝0.5；
则：
(1-0.45)?2000?0.5
Pd＝——————————≈10.8kW
102?0.5
4.2 曳引机的选用
根据电梯的主要技术参数、曳引电动机的功率等的要求，我们对各种电梯曳引机进行了调研类比，最后确定选用J1.2型曳引机。

其主技术参数如下：
a. 曳引机型号：J1.2；
b. 额定载重量：2000kg；
c. 额定速度：0.5m/s；
d. 减速比：49:1；
e. 曳引轮节经：?610mm；
f. 曳引绳槽规格：5-?13mm；
g. 绳槽形状：带切口半圆槽；
h. 电动机功率：11.2kW。

5 悬挂装置的计算
5.1 曳引条件的计算
根据GB7588的要求，曳引应满足下列条件：
T1
—?C1?C2≤e??
T2
式中：
e—自然对数的底数；
?—钢丝绳在曳引轮绳槽中的当量摩擦系数，对于带切口
的半圆槽：
4μ[1-Sin(?/2)]
?＝—————————
式中：
μ—钢丝绳与曳引轮之间的摩擦系数，取μ＝0.09；
?—绳槽的切口角，?＝100?≈1.745rad；
则：
4?0.09?[1-Sin(1.745/2)]
?＝—————————————≈0.205
π-1.745-Sin1.74
α—钢丝绳在曳引轮上的包角，本系列电梯的包角
α=180?＝3.1416rad；
则：
e??＝e0.205×2.793≈1.77
C1—与加速度及电梯特殊情况有关的系数：
gn+a
C1＝———
gn-a
式中：
gn—自由落体的标准加速度（m/s2）；
a—电梯制动减速度（m/s2）
因�a�值较难确定，现根据GB7588中推荐的最小允许
值选用，对于V＝1.0m/s，取C1＝1.2；
C2—由于磨损而导致曳引轮绳槽断面变化的影响系数，对于带切口半圆槽，取C2＝1.0。

T1/T2—在载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站及空载轿厢位于最高层站的情况下，曳引轮两边钢丝绳中的
较大静拉力与较小静拉力之比。

下面针对这两种情况分别进行计算：
a.当载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站时：
T1＝P+125%Q+Ps
T2＝Pd+Pb
式中：
P—空轿厢总质量，包括轿厢、轿厢架、开门机、轿门、
安全触板、安全钳、导靴、轿顶护栏、撞弓、风机、
检修箱、操纵箱、装饰及随行电缆等，对于本型号电
梯，P＝1380kg；
Q—额定载重量，Q＝1000kg；
Ps—是悬挂部分的钢丝绳质量，按下式计算：
Ps＝n?qs?h；
式中：
n—钢丝绳根数，n＝5；
qs—单根钢丝绳每米重，qs＝0.60kg/m；
h—提升高度，hmax＝60m。

则：
Ps＝5?0.6?60＝180kg
Pd—对重装置质量，按下式计算；
Pd＝P+KP?Q
式中：
Kp—电梯平衡系数，取Kp＝0.45；
P、Q—同前。

则：
Pd＝1380+0.45?1000＝1830kg
Pb—悬挂部分补偿链质量，按下式计算：
Pb＝n?qb?h；
式中：
n—补偿绳根数，n＝1；
qb—单根补偿绳每米重，qb＝2.8kg/m；h—同前，hmax＝60m。

则：
Pb＝1?2.8?60＝168kg
则：
T1＝1380+125%?1000+180＝2810kgf
T2＝1830+168＝1998kgf
则：
T1 2810
—?C1?C2＝———?1.2?1.0?1.69＜1.77＝e?? T2 1998
结论：
满足曳引条件的要求。

b.当空载轿厢位于最高层站时：
T1＝Pd+Ps
T2＝P+Pb
式中：
P、Pb、Pd、Ps—均同前。

则：
T1＝1830+180＝2010kgf
T2＝1380+168＝1548kgf
则：
T1 2010
—?C1?C2＝———?1.2?1.0≈1.56＜1.77＝e?? T2 1548
结论：
满足曳引条件的要求。

5.2 钢丝绳在绳槽中的比压的计算
根据GB7588的要求，在轿厢装有额定载荷的情况下，无论如何比压不得超过下列值：
12.5+4Vc
p≤—————
1+Vc
式中：
p—钢丝绳在绳槽中的比压，MPa；
Vc—与轿厢额定速度相应的钢丝绳速度，曳引比1:1时，
Vc＝V＝1.0m/s.
则：
12.5+4?1
p≤—————≈8.25MPa
1+1
对于带切口半圆槽，钢丝绳在绳槽中的比压按下式计：
T 8?Cos(?/2)
P＝———?——————
n?d?D ?-?-Sin?
式中：
T—当满载轿厢停靠在最低层站时，在曳引轮水面上，
轿厢一侧的钢丝绳的静拉力，按下式计算：
T＝P+Q+Ps
式中：
P、Q、Ps—均同前。

则：
T＝1380+1000+180＝2560kgf＝25088N
n—钢丝绳根数，n＝5；
d—钢丝绳直径，d＝13mm；
D—曳引轮节径，D＝620mm；
β—绳槽的切口角，同前，β＝1.745rad。

则：
25088 8?Cos(1.745/2)
p＝—————?——————————
5?13?620 ?-1.745-Sin1.745
12.5+4Vc
≈7.78＜8.25＝—————
1+Vc
结论：
比压满足要求。

5.3 钢丝绳安全系数的计算
根据GB7588的要求，结合本系列电梯的情况，安全系数必须满足下式的要求：
n?Ts
S＝———≥[S]
T
式中：
S—钢丝绳安全系数；
n—钢丝绳根数，n＝5；
Ts—单根钢丝绳的最小破断载荷，根据GB8903规定，对
于8X19S+NF-13-1500，Ts＝74.3kN＝74300N；
T—同前，T＝25088N
[S]—钢丝绳的许用安全系数，根据GB7588的规定，对
于三根钢丝以上的曳引驱动电梯，[S]＝12。

则：
5?74300
S＝—————≈14.8＞[S]
25088
结论：
安全系数满足要求。

6 导轨的计算
6.1 导轨弯曲应力的计算
根据GB7588的要求，导轨应有足够的强度，能承受安全钳动时所产生的力，即安全钳动作时，导轨弯曲应力应满足下式的要求：
对于渐进式安全钳：
10(P+Q)?
?k＝—————≤[?k]
A
式中：
?k—安全钳动作时，导轨的弯曲应力，MPa；
?—与λ成函数关系的弯曲系数；
?—细长比，按下式计算：
Lk
?＝——
i
式中：
Lk—导轨架之间的间大距离，对于本系列电梯，Lk＝2000mm；
i—导轨回转半径，本系列电梯采用JG/T 5072.1标准中
的T89/B型导轨，imin＝iy＝18.4mm；
则：
2000
?＝————≈108.7
18.4
根据JG/T 5072.1标准，可查得导轨材料的力学性能为抗拉
强度在370 MPa～520MPa�之间，按较小者选取，取抗拉强
度为370Mpa。

则：
对照GB7588之弯曲系数表可选用：?＝2.09。

A—导轨截面面积，根据JG/T 5072.1标准，对于T89/B
型导轨，A＝1570mm2；
[?k]—许用弯曲应力，根据GB7588的规定，对于抗拉强
度为370Mpa的钢材，[?k]＝140MPa。

P、Q—均同前。

则：
10?(1380+1000)?2.09
?k＝———————————≈32MPa＜[?k]
1570
结论：
安全钳动作时，导轨弯曲应力满足要求。

6.2 导轨挠曲的计算
根据GB7588的要求，导轨应有足够的强度，能承受由于轿厢不均匀的载荷引起的挠曲，而不得影响电梯的正常工作。

即在电梯正常工作状态，由于轿厢不均匀载荷引起的挠曲应不大于许用挠度。

目前，行业中对导轨的许用挠度还没有统一的设计规范，根据GB10060�对每根导轨工作
面对安装基准线的偏差和两根导轨的距离的偏差的规定，以及JG/T 5072.1对导轨直线度的规定，结合本系列电梯正常工作对导轨的要求，我们选取许用挠度[Y]＝1.2mm。

根据《机械工程手册》的推荐，当轿厢因不均匀载荷产生偏载时，偏心距按轿厢宽度或深度的1/6计算，如下图所示：
A B
q1 q2
A/6 B/6
q1 q2
这时，导靴对导轨的作用力分别如下：
A?Q
q1＝———
6H
B?Q
q2＝———
6H
式中：
q1—导靴对导轨顶面的作用力，kgf；
q2—导靴对导轨侧面的作用力，它由左右两根导轨共同承
担，因轿厢荷偏心，两根导轨的受力分别如下：
2 B?Q
q21＝—q2＝———
3 9H
1 B?Q
q22＝—q2＝———
3 18H
计算时，按受力较大者选取，即：
B?Q
q2max＝q21＝——
9H
式中：
q2max—导靴对两导轨侧面的作用力中之较大者，kgf；
H—轿厢上、下导靴间的距离，对于本系列电梯，H＝3810mm；
A—轿厢宽度，对于本系列电梯，A＝1670mm；
B—轿厢深度，对于本系列电梯，B＝1600mm；
则：
1670?1000
q1＝——————≈73.1kgf
6?3810
1600?1000
q2max＝——————≈46.7kgf
9?3810
计算上述作用力使导轨产生的挠度时，可将导轨视为一多支点连续梁，为计算方便起见，我们按四支点连续梁计算。

根据梁的受力分析可知，当作用力作用于两支架的中间部位的导轨上时，导轨产生的挠度达到最大值。

导轨受力简图如下：
Lk/2
A B q C D
Lk Lk Lk
L（＝3Lk）
q
Ra Rb Rc Rd
该四支点连续梁为一静不定梁，其边界条件为：各支点处的挠度为0，即：
Ya＝Yb＝Yc＝Yd＝0。

图中：
q—代表导靴对导轨的作用力；
Lk—导轨支架间的最大跨距，Lk＝2000mm；
L—四支点中之最外两支点间的距离，L＝3Lk ；
Ra、Rb、Rc、Rd—分为各支点的支反力，由对称受力情况
可知：Ra＝Rd，Rb＝Rc。

利用叠加法原理求解。

将原梁中间两支点拆除，视支反力Rb、Rc 为作用力，分别按q、Rb、Rc三个力分为三个简支梁计算。

对照简支梁的计算公式可知，q、Rb、Rc使梁在B点处的挠度分别如下：
q?L3 3?(L/3) ４?(L/3)3
Yb1＝———? ————－—————
48E?I L L3
23q?L3
＝————
1296E?I
Rb?(2L/3)2?(L/3)3
Yb2＝－————————
3E?I?L
4Rb?L3
＝－————
243E?I
2?(L/3) L/3 (L/3)3
Yb3＝－————＋————－———————
2L/3 L/3 (2L/3)2?(L/3)
Rc?(2L/3)2?(L/3)3
?—————————
6E?I?L
7Rc?L3
＝－————
486E?I
由边界条件可知：
Yb1+Yb2+Yb3＝Yb＝0。

Rb＝Rc
得：
23q?L3 4Rb?L3 7Rc?L3
————－———－————＝0
1296E?I 243E?I 486E?I
则：
23
Rb＝Rc＝——q
40
由梁的受力平衡可知：
Ra+Rb+Rc+Rd＝q
而：
Ra＝Rd
Rb＝Rc
则：
q-2?(23q/40) 3
Ra＝Rd＝－———————＝－——q
2 40
式中：
“-”号表示实际受力方向与设定受力方向相反。

仍用叠加法原理，可以计算出q、Rb、Rc三个力使梁在q力作用点处的挠度分别如下：
q?L3
Y01＝———
48E?I
Rb?(L/3)?[3L2-4?(L/3)2]
Y02＝－————————————
48E?I?L
529q?L3
＝－—————
51840E?I
23Rc?L3
Y03＝－—————
1296E?I
529q?L3
＝－—————
51840E?I
由前面受力分析可知，叠加后的总挠度即为最大值，则：
11q?L3
Ymax＝Y01+Y02+Y03＝————
25920E?I
将L＝Lk代入上式，则：
11q?Lk3
Ymax＝————
960E?I
以上受力分析及挠度计算均，参照《机械技术手册》的理论及相关公式。

下面将�q1�及q2max分别代入上式，即可得出q1�使导轨顶面产生的最大挠度和q2max 使导轨侧面产生的最大挠度分别如下：
11q1?Lk3
Y1max＝————
960E?Ix
11q2max?Lk3
Y2max＝————
960E?Iy
式中：
Y1max—q1作用力使导轨顶面产生的最大挠度，mm；
Y2max—q2max作用力使导轨侧面产生的最大挠度，mm；
E—导轨的弹性模量，对于钢材，E＝2?104kgf/mm2；
Ix—导轨横截面对X轴的惯性矩，对于T89/B型导轨
Ix＝5.96×105mm4；
Iy—导轨横截面对Y轴的惯性矩，对于T89/B型导轨，
Iy＝5.25×105mm4。

则：
11?73.1?20003
Y1max＝——————————≈0.56mm
960?2?104?5.25?105
11?46.7?20003
Y2max＝——————————≈0.40mm
960?2?104?5.25?105
合成挠度为：
Y＝? Y1max2+Y2max2
＝? 0.562+0.402 ≈0.69mm＜1.2＝[Y]
结论：
轿厢不均匀载荷引起的导轨挠度满足要求，不会影响电梯
的正常工作。

7 轿厢架的计算
7.1 许用应力及许用挠度的确定
轿厢架是轿厢部分的主要受力部件，结合《机械工程手册》的要求，对上、下梁进行受力分析及设计计算。

对于本系列电梯，轿厢架上梁和下梁均是由两根薄板折成的槽形件组成的，且截面形状也一样，选用的材料为10（实际的材料也有可能是Q235），其屈服点?s＝21kgf/mm2，取安全系
数为S＝2，�则许用应力为：
[?s] 21
[?]＝———＝———＝10.5kgf/mm2
S 2
根据《机械工程手册》的推荐，轿厢上、下梁的挠度应不大于全长的1/960，即许用挠度为：
L
[Y]＝———
960
式中：
L—上、下梁的跨度，对于本型号电梯，L＝1740mm。

则
1740
[Y]＝———≈1.81mm
960
7.2 上梁的计算
根据上梁的受力分析，可将其视为简支梁，其受力简图如下：
P+Q
L/2
L
由材料力学可知，其最大弯距（最大应力）及最大挠度均发生在上梁中央剖面上，其值如下：
(P+Q)L
Mmax＝————
4
Mmax (P+Q)L
?max＝——＝————
W 4W
(P+Q)L3
Ymax＝————
48E?I
式中：
Mmax—上梁受力产生的最大弯距；
?max—上梁受力产生的最大应力，kgf/mm2；
Ymax—上梁受力产生的最大挠度，mm；
（P+Q）—同前，（P+Q）＝2380kgf；
L—上梁的跨度，L＝1740mm；
W—上梁的抗弯模量，mm3；
I—上梁的惯性矩，mm4。

对于本型号电梯，上梁是由两根薄板折成的槽形件组成的，其单根的截面形状如下：80
4
X X
根据材料力学相关计算公式可计算如下：
80?2203-(80-8)?(220-8)3-4?1703
Ix＝————————————————
12
≈1.218?107mm4
80?2203-(80-8)?(220-8)3-4?1703
Wx＝————————————————
6?220
≈1.107?105mm3
则:
I＝2Ix＝2?1.218?107＝2.436?107mm4
W＝2Wx＝2?1.107?105＝2.214?105mm3
E—上梁的弹性模量，对于钢材，E＝2?104kgf/mm2。

则：
2380?1740
?max＝———————≈4.68kgf/mm2＜10.5＝[?]
4?2.214?105
2380?17403
Ymax＝——————————≈0.54mm＜1.81＝[Y]
48?2?104?2.436?107
结论：
上梁的强度及刚度均满足要求
7.3 下梁的计算
根据下梁的受力分析，可将其视为简支梁，其受力简图如下：
P1 P2 P1
L1 L1
L/2
L
由材料力学可知，其最大弯矩（最大应力）及最大挠度均发生在下梁中央剖面上，利用叠加法原理可知：
P2?L
Mmax＝P1?L1+ ——
4
Mmax 4P1?L1+P2?L
?max＝——＝—————
W 4W
P1?L1(3L2-4L12) P2?L3
Ymax＝———————?2+ ———
48E?I 48E?I
2P1?L1(3L2-4L12)+P2?L3
＝——————————
48E?I
式中：
Mmax—下梁受力产生的最大弯距；
?max—下梁受力产生的最大应力，kgf/mm2；
Ymax—下梁受力产生的最大挠度，mm；
W、I、E—均与上梁相同；
L—下梁的跨度，L＝1740mm；
L1—为P1作用力点到简支点的距离，对于本型号电梯，
L1＝60mm；
P1—支承在下梁上的轿厢（包括轿厢、操纵箱、装璜等）
及额定载荷等对下梁的作用力，对于本型号电梯：
P1＝2000/2＝1000kgf；
P2—悬挂于下梁上的补偿链及电缆等对下梁的作用力，对
于本型电梯：P2＝480kgf。

则:
4?1000?60+480?1740
?max＝———————————
4?2.214?105
≈1.21kgf/mm2＜10.5＝[?]
2?1000?60?(3?17402-4?602)+480?17403
Ymax＝———————————————————
48?2?104?2.436?107
≈0.15mm＜1.81＝[Y]
结论：
下梁的强度及刚度均满足要求。

8 安全部件的选用
8.1 安全钳的选用
根据GB7588的要求，对于本型号电梯，额定速度为1.0m/s，则必须选用渐进式安全钳。

由前面可知，（P+Q）＝2380kg，对照GB7588对渐进式安全钳的要求，选用允许总质量（P+Q）1＝2250～2550kg的渐进式安全钳均可使用。

为使采购、发货、安装等环节不易出差错，规定选用（P+Q）1与P+Q很接近的安全钳，即（P+Q）1≈（P+Q），如本规格电梯的（P+Q）＝2380kg，则选用（P+Q）1≈2350～2450kg。

其它规格电梯选用渐进式安全钳时，以此类推。

结合本电梯的结构，选用东方机械厂生产的引进技术的产品AQ1型渐进式安全钳。

该型号安全钳的允许总质量（P+Q）1，可以根据各种规格电梯不同的（P+Q）值，在出厂前进行相应的调整，以适应不同的（P+Q）值的需要。

8.2 限速器的选用
根据GB7588的要求，结合本型电梯的结构，我们选用宁波欣达电梯配件公司生产的引进技术的产品PB73.3型限速器。

该型号限速器的额定速度适用范围为1.0～2.5m/s，即可根据上述范围内不同的额定速度，在出厂前进行相应的调整，以适应不同额定速度的需要。

该型号限速器的夹绳力为300N，满足要求。

该型号限速器的电气安全装置等均符合GB7588的规定。

8.3 缓冲器的选用
根据GB7588的要求，对于额定速度为1.0m/s的电梯，应选用耗能型缓冲器。

缓冲器可能的总行程应至少等于0.067V2m，对于V＝1.0m/s的缓冲器：0.067V2＝0.067?1.02≈0.067m＝68mm。

根据上述条件，结合本电梯的（P+Q）值，我们选用东方机械厂生产的引进技术的产品YH1型液压缓冲器。

该型号缓冲器总行程为175mm，满足总行程至少等于0.067V2的要求。

该型号缓冲器的允许总质量范围为450～2500kg，而本型号电梯的（P+Q）＝2380kg，在其允许总质量范围内，满足要求。

该缓冲器还设有动作开关，符合GB7588的要求。