實心T型導軌撓曲校直有限元分析

藺藝輝

摘 要：隨著國民經濟的快速發展，科學技術的投入也越來越大。目前國外已經實現了T型導軌精確校直的自動化，而國內由于技術原因，仍采用較為落后的人工目測校直，僅能滿足中低速T型導軌的需求，通過對T型導軌進行建模仿真，確定了最優壓下量程，研究目的是為國內T型導軌制造廠商提供適用于自動校直機的T型導軌校直方法，為T型導軌自動校直機的國產化提供參考。

關鍵詞：T型導軌 建模仿真 最優壓 量程 校直方法

中圖分類號：TG33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0055-02

隨著經濟發展與城市化進程加快，城市樓層越來越高，對高速電梯的需求也越來越大，而T型導軌作為電梯的重要部件，其精度要求也越來越高。T型導軌的水平度對電梯升降的速度、舒適度、安全程度有著重要的影響，在T型導軌的機加工過程中，由于諸多加工因素的影響，導軌在期間會發生屈曲變形，因此，校直工序便是T型導軌的最關鍵的加工工序。

1 T型導軌的概括及現狀

1.1 T型導軌概況

T型導軌作為箱式電梯最基礎的部件，多以雙列或者多列的形式裝在電梯軌道上或者橫置于隔層間，T型導軌毛坯一般采用Q235A牌號鋼材，機械性能，尺寸依據《T型導軌用熱軋型鋼》標準YB/T 157-1999的要求。T型導軌可以分為三大類，即實心T型導軌、空心T型導軌以及扶梯導軌。實心導軌是通過機械設備加工得出來的，用便于成型的導軌材料經過機械設備加工它的側長面和連接面而成，其作用是為正在運行的廂體電梯導向，實心導軌的規格按其重量分為：8K、13K、24K等，按照底板寬度有：T50、T75、T82、T90、T127等。

1.2 T型導軌現狀

國外部分企業則擁有導軌自動校直、校扭機等較先進的生產設備，以及導軌自動校直線、直線度自動檢測機等先進專用設備。

而國內的導軌加工企業主要服務于中小規模的電梯廠商，加工工藝、裝備水平相對落后，沒有系統的校直設備和精密的校直機構，精校采用半自動人工校直，憑操作人員經驗控制校直的進給量。產品直線度和扭曲度通過工人師傅直觀和經驗測量。激光檢測設備只用于成品直線度最終檢驗。人工校直很大原則上取決于工人師傅的經驗和工作狀態，校直精度得不到保障，生產能力較低。目前，導軌的精度、直線度均達不到高質量導軌的要求。

2 校直技術現狀

2.1 常用校直方法

針對不同的型材可以用不同的校直方法，可以使用的校直方法通常有平行輥校直法、壓力校直法等。其中壓力校直法是簡單實用且易于操作的方法。

（1）平行輥校直法。機身上下安裝著兩排滾動平行輥，它們交錯排列，中心距從一端到另一端遞增，導軌從輥子中心距大的一端進入，輥子轉動將導軌傳動到輥子中心距較小的一端，傳動過程中，輥子對對彎曲導軌進行重復壓彎校直。

（2）壓力校直法。把被校直的工件兩端固定或者支撐住，給工件的彎曲處施加壓力，當工件變形后的塑性變形量和工件初始撓度相同，則完成了一步校直工序。壓力校直主要用于實現條材的校直，其校直精度容易控制，校直方案簡單、靈活。

2.2 各種校直機械

校直機械是一種用于使條狀型材從彎變直的機加工設備。這些成型材料在不同加工工藝處理的工程中或在后處理、搬運、存放過程中發生橫向或縱向的彎曲變形。校直機械根據工作原理差異可劃分為以下幾類。

第一，反復彎曲式校直機。電梯導軌壓力校直理論分析與數值模擬如壓力校直機及輥式校直機，這類校直機械是通過校直壓頭和輥子對有彎曲變形位置的電梯導軌進行不斷的擠壓修正，直到T型導軌的塑形變形量以及初始撓度相等即結束校直。

第二，拽拉校直機。它是將導軌的一段固定，給導軌的另一端施加一沿著導軌縱向的力，通過力的拉拽作用使導軌內變形的中性層拉直，恢復到和其周圍金屬纖維的平直度相似或者一致的程度。

第三，拉彎校直機。它同時擁有彎曲輥、校直輥與張力輥，一般情況下也可將一組張力輥組稱S輥組，不同的設備彎曲輥與校直輥的數目也可能不同。在校直工序中拉校機可使工件上下表層的扭曲量以及導軌中性層的彈塑性變形量交替產生，從而既可保證生產工藝要求，又可防止板帶斷裂，增強校直水準。

3 有限元分析

3.1 有限元模型的建立

通過SolidWorks建立實心T型導軌的2mm初始撓度模型，該導軌用的是T127-B材料為Q235A，然后將其以標準的ACIS文件保存，再用ABAQUS軟件將這種模型導入，完成建模。

塑性變形極大值在壓點所在截面，沿壓點兩側塑性區逐漸減小，最終為零，剩余部分為彈性變形，由于幾何連續性，校直變形成線性變化。采用模型為T127-B型實心T型導軌，導軌長度為2m，導軌彎曲曲率為單曲率，初始最大撓度為2mm，位于導軌中點。

有限元模型采用Solid186單元，彈性模量取210GPa，密度為7850kg/m3時經過有限元分析可知，校直行程為12.06mm時，校直后得到最優結果。

3.2 仿真計算

原始最大撓度為2mm的導軌，校正撓度在壓點處最大，其校正撓度變形規律與前面的分析一致。校直后的導軌彎曲程度大幅度縮小，但是形式成波浪彎曲，比原始彎曲更為復雜。

通過多次對有2mm Y向初始撓度的T型導軌有限元分析，在導軌頂面的中點附近施加2mm的下壓量時所取得的校直效果最佳。

4 結論

根據校直原理，研究了T型導軌校直的塑性變形過程及校直后彎曲形式變化，獲得了以下結論。

（1）通過研究導軌彎曲變形與曲率的關系，發現對于給定類型的實心T型導軌，在單步校直過程中，其校直行程由支點跨距與壓點處撓度決定。支點跨距一定，則校直行程隨導軌彎曲程度的增大而增大；對于同樣曲率的彎曲，加大支點跨距，也需要相應增大校直行程才能滿足校直要求。由于T型導軌為非對稱異型材，因此，中性層位置會隨著壓下量的增大而發生變化。導軌在側放時，由于底板寬度較大，塑性變形僅發生在底板兩翼，因而校直過程中中性層位置保持不變。

（2）通過對導軌校直彎曲形式變化的研究，發現導軌校直時塑性變形主要集中在導軌上下面壓點附近，塑性變形區域校直后撓度變化量與彈區比有關，彈性變形區域則由于幾何連續性，撓度變化量呈線性變化。該推論可以作為T型導軌彎曲預測依據。

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