垂直提升门的弹簧平衡系统

标准提升门的弹簧平衡系统
《标准提升门的弹簧平衡系统》一文中，通过理论计算的方法，讨论了在标准提升门中选用平衡系统时应注意的问题，本文基于此，对于垂直提升门进行了分析。

垂直提升门是指：门在任何状态下，门体全部都处于垂直状态，因此，门的全部重量都需要由弹簧平衡系统来平衡。

根据材料力学中的公式可得弹簧近似计算公式，
T≈K T·φ公式1
T ―― 弹簧在被扭转变形后所产生的扭矩，单位为N·mm
K T―― 弹簧的扭转刚度，当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角所产生的扭矩，单位
为N·mm/(°)
φ―― 弹簧被扭转的角度，单位为(°)
在弹性限度内，KT为常数，弹簧在被扭转变形后所产生的扭矩T与弹簧被扭转的角度φ成正比。

设：垂直提升门开启高度为H，单位是mm，门的总重量是WD，单位是kg
设：门被部分关闭，关闭的高度为h，单位是mm
这时部分关闭的门体垂直部分所产生的重量W为
W＝WD·h/H 公式2
而重量W所产生的扭矩TW为
TW＝W·g·r= [WD·h/H]·g·r 公式3
r――钢丝绳轮在门被关闭高度为h时的半径，单位是mm
g――重力加速度，约为9800，单位是mm/s²
当标准提升门的平衡系统平衡时，弹簧在所产生的扭矩T应等于门体垂直部分的重力
所产生的扭矩TW，即：
KT·φ＝[WD·h/H]·g·r 公式4
当门全部开启时，即h＝0时，滑升门全部处于水平状态，这时门体垂直部分所产生的
重力为0，即平衡弹簧处于自由状态，即φ＝0。

当门被部分关闭，关闭的高度为h时，平衡弹簧被扭转的角度φ应该为长度为h的钢丝
绳在钢丝绳轮上缠绕的圈数乘以360°
根据公式3我们可以看出：TW与h·r呈线性关系，而当r不变时，TW与h呈线性关系。

当r不变时，平衡弹簧被扭转的角度
φ＝360°·h/2πr公式5
π―― 圆周率，约为3.14
φ与h也呈线性关系
将公式5代入公式4即得到：
KT·360°·h/2πr＝[WD·h/H]·g·r 公式6
因此
KT＝2πr²·g·WD/（360°·H）公式7
可以看出，弹簧的扭转刚度KT与门的部分开启高度h无关。

因此，如果弹簧的扭转刚度KT按公式7计算，在弹簧的弹性限度内，如果WD、r及H不变，门无论开启到任何位置，门都会处于平衡状态。

而在标准提升门确定之后，WD、r及H就已经确定，因此，计算并加工出具有相应的弹簧的扭转刚度KT的弹簧是至关重要的。

由此也可以证明为什么在标准提升门的平衡系统中我们采用直径不变的钢丝绳轮。

因为2π、360°、g为常数，所以我们所需要的平衡系统弹簧的扭转刚度KT应与门的总重量WD及平衡系统钢丝绳轮的半径r的平方成正比；与门的高度H成反比。

由此还可以看出，在门的总重量WD一定时，我们所需要的平衡弹簧的扭转刚度KT与
门的宽度无关。

因此，在选用或采购标准提升门的平衡系统弹簧时，必须要向弹簧生产厂家提供以
下参数，并根据这些参数计算弹簧的扭转刚度。

1. 门的重量WD
2. 门的高度H
3. 平衡系统钢丝绳轮的半径r或直径D
在弹簧做好以后，不可以随意改变这三个参数或未加以计算就用于其它的门。

而在实际应用中，标准提升门并不是处于先前所假设的理想状态，有以下几个问题需要注意：1. 在门刚刚开启(或接近完全关闭)时，上部门体并不是立即转向水平状态，而是经过部分垂直的直轨然后经过弯轨（也许没有直轨，直接经过弯轨）转向水平状态，
所以我们有时使用的钢丝绳轮的最外边一两圈的绕线半径是由大变小的，这是用来
平衡在开门后在洞口高度以上的部分垂直的直轨和弯轨上的门板所产生的重力。

因
此这一两圈钢丝绳轮对于平衡门在接近关闭状态部分是非常重要的。

而在实际安装
中，如果所用的钢丝绳过长，有很多门在关闭状态时仍有几圈钢丝绳缠绕在钢丝绳
轮上，这时钢丝绳轮的最外边一两圈就失去了作用。

而这样会造成如果门在接近地
面时门可以平衡，而门在开启到上部时弹簧的力量就不足以使门保持平衡；如果门
在开启到上部时门可以平衡，而门在接近地面时弹簧的力量就显得过大。

2. 在门开启到洞口高度时并不是全部门体都转变为水平状态，还有部分门体停留在垂直状态或停留在弯轨部分，仍需要弹簧来保持平衡；而且在门全部开启时为保持
钢丝绳仍处于绷紧状态，弹簧也不能完全处于自由状态。

根据国外的资料，一般取
弹簧处于1到1.25圈的盘紧状态。

因此在计算弹簧时，在门处于完全关闭的状态，
弹簧盘紧的圈数应为H/2πr＋1.25，而不是H/2πr圈。

这在计算弹簧时应加以考虑。

在弹簧计算加工无误的情况下，在安装时，应先将门安装好并使门处于完全关闭状
态。

然后将弹簧盘紧H/2πr＋1.25圈，这时门在任何位置都应处于平衡状态，且在
门完全开启时，弹簧仍处于1.25圈的盘紧状态。

3. 如果水平轨道不完全水平安装，应该考虑水平轨道倾斜的角度。

4. 如果钢丝绳较粗，在计算扭矩时也应该考虑钢丝绳的半径。

在弹簧计算时，还应该根据门的工作频率考虑弹簧的工作载荷次数（弹簧的疲劳次数）、弹簧的拉伸强度极限和许用弯曲应力，并综合考虑弹簧的稳定性，这也是弹簧能够长期稳定工作的保证。