[发明专利]一种用于防爆电梯安全钳的改进热流密度法

说明书

[技术领域]

本发明涉及防爆电梯安全钳设计技术，具体是一种用于防爆电梯安全钳的改进热流密度法。 

[背景技术]

电梯安全钳的摩擦学特性十分重要：一方面，在最恶劣的工况下，比如悬挂装置断裂时，安全钳钳块与导轨之间应具有足够强大的摩擦力以将轿厢锁停在导轨上^[1]；另一方面，对于一些特殊的梯种，比如石油化工行业里广泛使用的防爆电梯，钳块与钢轨的摩擦温升还应当被限定在安全的范围^[2]。 

安全钳主要分瞬时式和渐进式两种。瞬时安全钳作用的特点是制停距离短，轿厢承受冲击厉害。在制停过程中楔块或其他形式的卡块将迅速地卡入导轨表面，从而使轿厢停止。滚珠柱型瞬时安全钳的制停时间约在0.1s左右，而双楔块瞬时式的瞬时制停力最高时的脉冲宽只有0.01s左右。整个制停距离也只有几十毫米，乃至几个毫米。轿厢的最大制停减速度约在5～10g左右，甚至更大。因此，我国规定，瞬时式安全钳只能适用于额定速度不超过0.63m/s的电梯。而根据已有的试验数据表明，瞬时式安全钳在制停过程中的能量损耗(见下表)主要在钳体和钢丝绳以及导轨的变形上，而摩擦的损耗只占很小的比例，因此，摩擦导致的温升也较小。 

而渐进式安全钳与瞬时式安全钳结构上的主要区别在于钳体是弹性夹持型。渐进式安全钳动作时，轿厢有一定的制停距离，这样轿厢的制停减速度小，我国的安全规范要求，轿厢在制停过程中的平均减速度在0.2g～1.0g之间。因此渐进式安全钳在制停过程中，轿厢的能量除了转换成钳体弹性元件的势能外，主要为安全钳楔块与导轨摩擦功所消耗。鉴于此，在对安全钳的制停温升进行实验和模拟分析时，本项研究主要针对渐进式安全钳。 

一般通过试验是检验安全钳制停性能的良好手段，然而对于防爆电梯这种应用在特殊场合的特种设备，缺乏理论或经验指导的盲目试验无疑非常困难且耗费巨大。又因为电梯安全钳系统的制停过程是一个复杂的热机耦合作用过程，理论解析方法常常无能为力；而结构分析的有限单元法则可以稳健处理各种复杂的几何构型、材料行为以及边界条件，应用相对广泛。譬如，现有文献中针对汽车刹车系统热机耦合作用的有限元模拟工作就非常丰富。然而就我们所知，针对电梯安全钳制动过程的热机耦合有限元分析却未见报道。倪陆等[4]采用有限元方法，对安全钳制动时钳块与导轨之间的摩擦生热问题进行了仿真分析。在他们的计算模型中，摩擦产生的热(通过功能原理粗略计算)被当作热边界条件施加到钳块上，而没有考虑热载荷对接触体应力场及接触条件的影响，而且他们得到的温升是一种在时间和空间上都被平均化了的结果，因此与实际情况有较大偏差。 

[发明内容]

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种取出时间平均效应的改进热流密度法。 

为实现上述目的设计一种用于防爆电梯安全钳的改进热流密度法，其特征在于所述的改进热流密度法用于检测防爆电梯安全钳制停温升，用解析的方法首先求出瞬时的热流密度，然后利用有限元软件将瞬时热流密度作为边界条件施加到安全钳钳块上，求得安全钳钳块的温升； 

a.所述的瞬时的热流密度计算方法： 

在安全钳的制动过程中，自动作开始的时间t内，系统的重力势能及动能改变量转化为用于整个系统温度上升的摩擦能量； 

其中，重力势能改变为： 

W₁＝mgh 

其中h=v0t-12at2]]>

动能的改变量为：