电梯导轨弯曲变形校直理论模型、仿真与实验研究

摘要

电梯导轨质量的好坏将直接影响到电梯运行的平稳性与安全性。尤其是随着高层建筑的急剧增加，高速电梯的需求量越来越大，对导轨的平直度要求也越来越高。弯曲校直是保证电梯导轨平直度的不可或缺的工序，但目前还停留在粗放式凭经验校直的阶段，极大地影响了导轨的加工精度及效率。同时，由于对导轨校直的弹塑性变形机理、校直模型与控制方法等方面研究的缺失，致使发展电梯导轨的数字化、自动化校直尚有差距。为此，本文通过理论建模、有限元仿真及实验的方法，对电梯导轨的弯曲变形校直理论与方法进行了系统的研究，为进一步研发电梯导轨自动校直机奠定基础。全文共有七章：
　　 第1章从电梯导轨加工工艺流程出发，对电梯导轨加工技术现状进行了调研分析，阐述了电梯导轨弯曲变形的产生原因以及目前的变形预防措施的局限性，从而引出导轨弯曲变形校直的必要性，综述了电梯导轨弯曲变形校直的研究现状。
　　 第2章为探索导轨的弯曲变形特征，得出校直压力头、支撑点的位置及初始弯曲曲率等校直特征参数，研制了电梯导轨全自动弯曲变形测量系统。实现了对导轨的全长自动测量，从而得出导轨的弯曲变形量，提出基于导轨弯曲测量数据构建其弯曲变形特征曲线及表达式的方法，对导轨的弯曲变形特征进行了统计分析，进而给出导轨的弯曲校直判定准则以及校直压头、支点的位置确定方法，给出导轨弯曲变形的初始弯曲曲率的计算公式．围绕导轨何处、何种弯曲、弯曲量为多少，是否需要校直等问题提出了解决方案，为导轨弯曲校直理论模型的研究打下了基础。
　　 第3章针对电梯导轨的弯曲变形既有水平的侧弯变形，又有垂直方向的翘曲变形，为复杂的二维弯曲变形，两种变形模式的校直理论方程有着根本性的区别。为此，本章在利用弹塑性力学分析了弯曲变形校直过程中的材料模型、应力-应变关系、基本曲率关系及曲率弯矩关系的基础上，考虑到导轨具有无轨腰、有轨腰这两种结构形式，分别建立了它们的侧弯变形校直模型，给出各自的校直理论方程，并进一步得出其校直控制参数即校直行程的计算表达式，利用该表达式可直接计算初始弯曲挠度对应的校直行程，为侧弯变形校直实施带来方便；最后进行了模型的实例应用，并对模型的误差来进行了分析。
　　 第4章由于电梯导轨翘曲方向为非对称截面，且截面尺寸有突变，其弯曲变形校直相对其侧弯变形而言尤为复杂。为此，本章在分析带轨腰导轨翘曲截面特性及翘曲变形校直的特点的基础上，利用弹塑性力学分析了翘曲校直过程中的应力，应变关系，推导了其四种不同弯曲程度下的校直弯矩方程及校直一定初始翘曲的校直曲率方程，给出反弯曲率比与初始曲率比间的关系。为便于翘曲变形校直实践，进一步给出校直控制参数的表达式，有效的结合了翘曲校直模型与翘曲校直实践。并进行了模型的实例应用，验证了导轨翘曲校直模型的可行性，并对翘曲校直模型的误差进行了分析。最后给出了无轨腰导轨三种不同情况下的翘曲校直理论方程。
　　 第5章针对电梯导轨弯曲校直问题，利用ANSYS有限元软件分别建立了其侧弯与翘曲校直的有限元仿真模型，通过比较模型与仿真两种方式得到的导轨的侧弯、翘曲校直载荷与校直行程参数，验证了导轨侧弯、翘曲校直模型的可行性；并基于导轨弯曲校直仿真数据，进一步提出导轨侧弯、翘曲校直修正模型，即基于仿真数据的行程一挠度模型，给出该修正模型的表达式，通过修正模型可直接根据初始侧弯、翘曲挠度得出对应的校直行程，校直行程的计算速度与精度相对导轨侧弯、翘曲校直理论模型有所提高。
　　 第6章针对导轨的侧弯、翘曲变形校直问题，进行了大量的实验研究。在校直理论模型的有限元仿真验证后，进一步利用导轨校直实验数据验证了导轨侧弯、翘曲校直理论模型的可行性，对校直理论模型、有限元、实验三种方式下获得的导轨侧弯，翘曲校直控制参数进行了对比分析，进而提出基于校直实验数据的导轨侧弯、翘曲校直行程预测模型，给出模型表达式。
　　 第7章给出了本学位论文的研究结论，展望了本领域的进一步研究方向。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电梯导轨加工技术研究现状

1.2.1 电梯导轨加工工艺流程分析

1.2.2 基于加工流程的导轨弯曲变形原因分析

1.2.3 电梯导轨弯曲变形预控策略及其局限性分析

1.3 弯曲变形校直研究现状

1.3.1 弯曲变形分类与校直基本概念

1.3.2 弯曲变形校直理论与方法研究现状

1.3.3 电梯导轨弯曲变形校直特点及研究现状

1.4 论文的主要研究内容及总体框架

1.4.1 论文的主要研究内容

1.4.2 论文的总体架构

1.5 本章小结

第2章 电梯导轨直线度测量及其校直特征参数分析

2.1 引言

2.2 电梯导轨直线度全自动测量系统

2.2.1 导轨直线度误差测量基准比较与选择

2.2.2 导轨直线度误差评价方法

2.3 导轨弯曲变形特征曲线的构建与变形规律分析

2.4 导轨校直判定准则

2.4.1 电梯导轨直线度检验标准

2.4.2 校直判定准则

2.5 导轨校直压头、支点位置与初始弯曲曲率

2.5.1 压力头位置分析

2.5.2 导轨初始弯曲曲率

2.5.3 支点位置分析

2.6 本章小结

第3章 电梯导轨对称的侧弯变形校直工艺理论与实例研究

3.1 引言

3.2 弯曲变形校直的基本原理

3.3 弯曲变形校直的弹望性力学分析

3.3.1 弯曲变形校直的分析的弹塑性力学假设

3.3.2 弯曲校直过程中材料模型及应力．应变分析

3.3.3 弯曲变形校直过程中基本曲率间的关系

3.3.4 校直曲率与校直弯矩间的关系

3.4 无轨腰导轨侧弯变形校直模型研究

3.4.1 无轨腰导轨侧弯截面简化及截面特性参数分析

3.4.2 无轨腰导轨校直理论方程

3.4.3 无轨腰导轨侧弯变形校直控制参数

3.4.4 模型应用实例与验证

3.5 带轨腰导轨侧弯校直模型研究

3.5.1 带轨腰导轨侧弯截面简化原则与应力应变分布

3.5.2 带轨腰导轨侧弯校直曲率方程

3.5.3 带轨腰导轨侧弯校直行程

3.5.4 模型应用实例与验证

3.6 侧弯校直模型的误差分析

3.7 本章小结

第4章 电梯导轨非对称的翘曲变形校直工艺理论与实例研究

4.1 引言

4.2 翘曲变形特点与校直建模难点分析

4.3 带轨腰电梯导轨翘曲变形校直理论模型研究

4.3.1 带轨腰导轨翘曲变形截面特性参数求解与应力应变分布

4.3.2 带轨腰导轨翘曲变形校直理论方程

4.3.3 翘曲变形校直行程

4.4 翘曲变形校直模型应用实例

4.5 翘曲变形校直模型的误差分析

4.6 无轨腰导轨翘曲校直中的翘曲校直理论方程

4.6.1 塑性变形仅在轨头产生时翘曲校直理论方程

4.6.2 轨头与底板均有部分发生塑性变形时翘曲校直理论方程

4.6.3 底板发生全塑性变形时翘曲校直理论方程

4.7 本章小结

第5章 电梯导轨校直的有限元分析及基于仿真数据的校直修正模型

5.1 引言

5.2 基于有限元的弯曲变形校直力学分析

5.2.1 小变形弹塑性有限元方程的建立

5.2.2 弹塑性有限元方程的求解方法

5.3 电梯导轨弯曲校直有限元仿真模型与仿真结果分析

5.3.1 导轨弯曲校直有限元仿真模型

5.3.2 电梯导轨弯曲校直有限元仿真结果分析

5.4 电梯导轨弯曲校直模型的有限元对比分析

5.4.1 导轨侧弯校直模型的有限元对比验证

5.4.2 导轨翘曲校直模型的有限元对比验证

5.5 基于仿真数据的电梯导轨校直行程修正模型

5.5.1 导轨侧弯校直行程修正模型

5.5.2 导轨翘曲校直行程修正模型

5.6 本章小结

第6章 电梯导轨校直实验研究及基于实验数据的校直行程预测模型

6.1 引言

6.2 电梯导轨校直实验装置及实验设计

6.2.1 实验装置

6.2.2 实验设计

6.3 导轨校直实验数据分析

6.3.1 基于实验数据的电梯导轨侧弯校直载荷-行程规律

6.3.2 基于实验数据的电梯导轨翘曲校直载荷-行程规律

6.4 实验、有限元、模型三种方式下导轨校直对比验证

6.4.1 侧弯变形校直的对比验证

6.4.2 翘曲变形校直的对比验证

6.5 基于实验数据的电梯导轨精确校直行程预测模型

6.5.1 基于实验数据的精确校直行程预测模型

6.5.2 导轨侧弯校直的精确校直行程预测模型

6.5.3 导轨翘曲校直的精确校直行程预测模型

6.6 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术成果及参与的科研项目

学术论文及专利

参与的科研项目