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菱形表面电梯安全钳制动温升测量研究*

更新时间:2009-03-28

0 引 言

作为电梯机械保护环节中关键部件之一的安全钳,是防止电梯轿厢坠落的最后一道屏障。例如曳引钢丝绳或悬挂装置断裂,轿厢自由落体,此时安全钳必须得有足够的摩擦力将轿厢制停在导轨上避免发生事故。渐进式安全钳在制停过程中,轿厢及载重的机械能主要被钳块和导轨之间的摩擦所消耗,钳块和导轨之间接触滑动产生的摩擦功大部分转化为热能。摩擦热会带来接触表面温度的升高,导致接触材料的力学性质发生改变,从而改变安全钳制动性能进而引发事故[1-3]

目前安全钳型式试验仅包括减速度、制动速度及制动距离等机械性能的测试,因此有必要对钳块进行制动温升测量。李根义与倪陆[4-5]利用有限元软件,通过将摩擦产生的热量处理为热边界条件施加到钳块上,对防爆升降机和电梯的安全钳进行摩擦生热问题模拟仿真分析;姚俊[6]从系统能量的角度求取瞬时热流密度的解析表达式,并将所得瞬时热流密度作为边界条件施加到钳块上进行仿真分析;金川[7]提出了一种新的摩擦模型,并编写子程序进行安全钳制动摩擦温升仿真分析。上述研究都是针对平滑表面的安全钳进行制动温升仿真分析,利用能量转化原理计算热流密度,并作为边界条件加载到钳块上进行传热分析。

本文将对菱形表面的安全钳制动温升测量方法进行研究,并与数值仿真分析进行比较。

1 安全钳制动传热分析及钳块材料性能与热物性参数

安全钳制停过程中,整个动作过程从开始到结束的时间t内,系统机械能的改变量大部分被用于整个整个制动系统的钳块界面的摩擦温升,小部分以其他形式损耗掉。

制停过程中的重力势能变化量为:

W1=mgh

(1)

 

(2)

式中:h—制动距离;v0—钳块动作时的初速度;a—制动减速度。

动能的变化量为:

 

(3)

v=v0-at

(4)

因此,整个系统转化为温升的摩擦能量为:

目前从供应来看,原料价格货紧价扬,个别企业因原料供应不足暂停生产,供应面稳中小幅收紧。从需求来看,出口市场持续坚挺,出口预收充裕,秋季市场用肥渐近,内外需求利好。综上所述,预计后期二铵价格高位维稳,或小幅上行。重点关注出口市场及原料价格变动情况。

W=(W1+W2)η

(5)

式中:η—系统能量转换为热能的比率,一般取值为0.85~0.9。

热量、比热、质量、温度等之间的计算关系为:

刘玉梅霍地站起,把卡甩给我,说:“强哥,你拿我当什么人了!我喜欢你是因为你有敢于吃苦的赚钱精神。但我没有想到,你却是一个敢做不敢为的男人,叫我鄙视。”

W=Q=Cm*(T2-T1)

(6)

式中:Q—热量;C—比热;m—钳块质量;T1—初始温度;T2—最大温度。

近几年,水稻连年增产、种植面积不断扩大,水稻产业得到了大力的发展,也取得了显著的成效。但是栽培的品种单一,病虫害发生加重等问题,难以确保水稻的稳定发展,为此,我们对省内近期育成的水稻品种进行对比试验研究,进一步客观、科学的鉴定品种的特性特征及综合表现,筛选出其中的优良品种,提高粮食综合生产力,推动农场经济的快速发展。

钳块在导轨上制动滑行,钳块上不断聚集热量,所以需确定钳块材料性能与热物理性参数,本研究将与安全钳相同材料制成的试件放到万能拉压试验机上进行不同温度下的压缩试验,得到不同温度下钳块材料的弹性模量和泊松比,如表1所示。

合并乙型肝炎的肝细胞癌切除术前FibroScan弹性值与术后肝衰竭严重程度及预后的相关性……………………………………………………………………… 高 杨,等(1):114

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表1 不同温度下钳块材料的弹性模量和泊松比

  

温度/(℃)弹性模量/GPa泊松比202120.2781002100.2782002040.2783001970.2784001870.2785001770.2786001660.278

载荷设置示意图如图5所示。

 

表2 不同温度下钳块的热膨胀系数

  

温度/(℃)热膨胀系数/k-1451.08e-51001.16e-52001.28e-53001.36e-54001.42e-55001.46e-56001.48e-5

本研究通过查阅相关文献,根据《GB/T22588-2008闪光法测量热扩散系数或导热系数》的规定,利用激光扩散导热仪测试得到钳块材料的热传导系数和比热容,如表3所示。

 

表3 不同温度下钳块材料的热传导系数和比热容

  

温度/(℃)热传导系数/(W·m-1·k-1)比热容/(J·kg-1·k-1)5037.143810039.544420045.348730047.249040050.249950052.9510

由文献[8]得到钳块材料摩擦系数随温度的变化,如表4所示。

 

表4 不同温度下钳块材料的摩擦系数

  

温度/(℃)摩擦系数200.321000.522000.723000.574000.525000.45

由于Cr、Hg、Zn仅在局部采样点被评价为污染,因此仅对As、Cd、Cu和Ni的单项污染及综合污染等级空间分布进行分析。由图2可知,4种重金属的单项污染指数反映的土壤环境风险空间分布格局各不相同。Cd是污染程度和污染面积最大的元素,表现出区域性污染特征,污染区域主要分布在贵池区和石台县,在东至县和青阳县也存在小面积的污染区域,各县均出现面积大小不一的中度和重度污染区域;As污染区主要呈岛状分布,东至县东部、贵池区西南部和青阳县东部呈轻度及中度污染态势,东至县东北部存在面积相对较大的重度污染区;Ni污染区的污染级别几乎全部为轻度污染,主要分布在石台县。Cu仅在局部出现小面积轻度污染。

  

图1 安全钳静压夹持力试验

本研究通过Hypermesh对钳块和导轨进行简化及网格划分,如图4所示。

试验得到力与时间的曲线如图2所示。

  

图2 力-时间曲线

2 安全钳制动温升有限元分析

2.1 三维模型及网格划分

本文采用Abaqus对安全钳制动温升过程进行分析,首先在Solidworks里建立钳块和导轨的三维模型,如图3所示。

  

图3 钳块导轨三维模型

最大压缩力分别为19 260 N、16 087 N、47 853 N和53 322 N。测试得到的夹持力加载到钳块背面作为制动压力。

  

图4 钳块和导轨网格划分

在该模型中,导轨在与钳块的接触区域及菱形凸起网格划分的较密,因钳块表面的摩擦温升是研究的目的,网格划分最密,定义为从面,单元边长为0.2 mm;导轨网格划分相对疏一点,定义为主面,单元边长0.3 mm。整个模型的单元数量为50 906,其中导轨单元数为35 728,单元类型为C3D8T,为六面体单元;钳块单元数为15 178,单元类型为C3D4T,为四面体单元。

抓住机遇,深入研究国际文化传播和运行特点,挖掘提炼适合国际传播的亳文化,重点扶持富含亳文化的文化产品和服务,扶持历史悠久、特色鲜明的中医药、休闲养生、药膳美食等企业国外经营发展,鼓励有条件的亳文化企业开展跨国经营,努力在满足消费中使国外受众认同和喜爱亳文化。同时,重视文化产品的创作,研发具有亳州地域特色的优秀文化产品,建立文化产业聚集区,提高文化产业的规模化、专业化水平和整体实力,不断增强亳州文化产业的国际竞争力。

钳块材料是合金钢,导轨材料是Q235,其材料参数如表5所示。

2017年、2018年抽穗期均遇持续1个月高温,该组合结实率均在80%以上,抗高温性好。2017年9月后,长时间阴雨,其他品种均有倒伏,而该组合未发生倒伏,抗倒伏性强。

 

表5 Q235和合金钢材料参数

  

材料密度/(kg·m-3)对流传热系数/(W·m-2·K-1)玻尔兹曼常数/(kg·s-3·K-4)接触面积/m2屈服强度/MPaQ235A(导轨)78601005.67e-80.314e-3235合金(钳块)78401005.67e-80.314e-3685

2.2 载荷及边界条件

因进行4组仿真,本研究对钳块背面施加均布压力为47 853 N、53 322 N、19 260 N和16 087 N,即钳块背面的面压分别为22 657 670 Pa、25 247 159 Pa、9 119 318 Pa和7 616 950 Pa。对导轨的底面进行全自由度约束。钳块背面放开XZ方向的自由度,放开X方向自由度是因为已在X方向施加了均布压力,在钳块Z方向定义速度的幅值曲线使钳块在导轨上运动。整个模型的初始温度和环境温度都为20 ℃。

钳块材料的热膨胀系数通过热膨胀仪进行测试,得到不同温度下钳块材料的热膨胀系数,如表2所示。

  

图5 载荷设置示意图

各次仿真试验速度加载如图6所示。

本研究得到的最高温升历程如图10所示。

  

图6 各次仿真试验速度加载

2.3 仿真结果分析

本研究共进行4组仿真,得到各组仿真最高温升结果分布图,如图7所示。

  

图7 各组仿真最高温升结果分布图

从图7可知:第1组仿真试验载荷为3 t,额定速度2.5 m/s,制动速度为3.55 m/s,最高温度是210.1 ℃;第2组仿真试验载荷为3 t,额定速度1.5 m/s,制动速度为2.55 m/s,最高温度是184.4 ℃;第3组仿真试验载荷为4 t,额定速度2.5 m/s,制动速度为3.61 m/s,最高温度是244.9 ℃;第4组仿真试验载荷为4 t,额定速度1 m/s,制动速度为2.16 m/s,最高温度是168.7 ℃。对比图7(a)和图7(b),图7(c)与图7(d),在同载荷不同初速度的情况,明显看出速度大的最高温升要大于速度小的;比较图7(a)与图7(c),是同初速度不同载荷情况,可看出载荷大的最高温升比载荷小的大;对比图7(b)与图7(d),不同载荷不同初始度情况,载荷大的速度小的最高温升小于载荷小的速度大的。

3 安全钳制动温升测量试验

试验第一步安装热电偶,由于用热电偶直接测量钳块与导轨摩擦表面温度难度很大,且为了能更好的测得钳块表面的摩擦温升,在钳块表面的不同区域埋热电偶,具体位置如图8所示。

  

图8 热电偶安装位置

由于制动过程时间比较短,对温度记录仪的反应时间要求比较高,本文选用0.1 s记录3次的多通道温度记录仪。在图8中前面两个钳块用直径为0.15 mm的K型电偶丝,后面两个钳块用直径为0.15 mm的J型在,都用高温导热胶水固定。

试验在宁波某电梯安全部件有限公司试验塔进行。试验中,架体(轿厢)上放置砝码模拟载重。在试验前,把架体拉升到预定高度,额定速度2.5 m/s对应滑行距离660 mm,额定速度1.5 m/s对应滑行距离342 mm,额定速度1 m/s对应滑行距离245 mm,架体脱离配重框和吊钩自由落体,在下落的过程中轿厢架体会碰到预先在导轨上定位好的撞块,撞块撞击活动钳块后触发安全钳动作,最终使轿厢架体制停在导轨上。

本研究采用微机控制电子万能试验机,进行安全钳静压夹持力试验,其最大试验力为100 kN,准确度等级为1级,如图1所示。

撞块安装示意图如图9所示。

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图9 撞块安装示意图

本研究进行了4次温升测量试验,第1次额定速度2.5 m/s、载重3 t;第2次额定速度1.5 m/s、载重3 t;第3次额定速度2.5 m/s、载重4 t;第4次额定速度1 m/s、载重4 t。前两次都是采用K型热电偶进行测量,后两次同时采用J型热电偶,都埋在上部钳块凹槽里。

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图10 4次试验最高温升历程

由图10(a~b)可知:试验(1,2)中的热电偶埋在钳块中部并用K型热电偶,载重同为3 t,额定速度为2.5 m/s和1.5 m/s,测得最高温升分别为67.5 ℃和57 ℃;由图10(c~d)可知:试验(3,4)中的热电偶埋在钳块中部并用K型热电偶和上部中间勾槽处埋J型热电偶,载重同为4 t,额定速度为2.5 m/s和1 m/s,K型热电偶测得最高温升分别为78.6 ℃和63 ℃;J型

热电偶测得最高温升分别为243.8 ℃和162 ℃。总结得:K型热电偶且埋在钳块中部,载重3 t,额定速度为2.5 m/s,最高温升在67 ℃~70 ℃;K型热电偶且埋在钳块中部,载重4 t,额定速度为2.5 m/s,最高温升在77 ℃~80 ℃;J型热电偶且埋在钳块上部中间勾槽处,载重4 t,额定速度为2.5 m/s,最高温升在223 ℃~225 ℃。从图10(c)和图10(d)可知:钳块上部中间的勾槽里,测得温度更符合,同时也可看出J型热电偶相较于K型更合适。

4 结束语

本文研究了菱形表面安全钳制动过程的温升测量方法,从仿真分析和试验角度分别测量安全钳制动过程中其表面温升变化。

研究结果表明:额定速度在2.5 m/s以下的制动温升试验,测量温度传感器宜用J型热电偶,并将其埋在钳块上部第二排菱形凸起的中间沟槽里,测得的最高温度与仿真结果基本相符,同时由温度记录仪显示最高温升发生在制动开始阶段,钳块温升最高区域在其上部第1排菱形块到第3排之间,可对此区域的钳块表层进行特殊处理并增加菱形凸起间的缝隙以保证散热。

参考文献(References):

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因此,春梅已死,在我内心却复生寻找根源的意愿,茁壮有活力。我离开澳洲,依然从事义务工作,跟随一个人类学研究小组,来到尼泊尔与西藏南部边缘交界的高山深处。在海拔高达上万英尺的山谷之中,有一群波提亚人。我查阅资料,在地震中失踪的春梅,血缘上与他们有遥远而神秘的牵连。

 
张雍,金仲平,王涤宇,吕信策,林荣,黄松檀
《机电工程》 2018年第05期
《机电工程》2018年第05期文献

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