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【摘要】为解决在垂直方向上具有非对称性的电梯导轨的弯曲变形矫直问题，提出确定电梯导轨立式矫直的反向弯曲曲率和矫直下压量的理论模型，给出明确的矫直曲率方程和矫直行程公式。从电梯导轨生产工艺流程出发分析电梯导轨弯曲变形原因，并基于弯曲变形测量数据拟合出电梯导轨垂直方向弯曲变形的原始弯曲曲线，利用线性弹塑性理论分析了导轨立式压力矫直的反向弯曲曲率与原始弯曲曲率间的关系，给出具体的导轨压力矫直曲率方程，可便捷得到矫直一定原始曲率的矫直反弯曲率。为便于实际电梯导轨矫直的操作，利用所得的反弯曲率进一步推导出矫直行程的表达式，可直接用于计算矫直一定原始弯曲的矫直行程。利用该方法，对Ｔ９０／Ｂ电梯导轨进行求解，给出其初始弯曲曲率与反弯曲率、矫直下压量的关系曲线，并对其进行有限元验证，结果显示，计算矫直行程和矫直曲率的方法有效可行。
【关键词】电梯导轨；矫直；弹塑性理论；弯曲变形
电梯导轨是电梯的重要组成部件，它的平直度直接影响电梯的运行性能，如平稳度、噪声等。电梯导轨是电梯系统中的重要组成部件，其毛坯材料在轧制、挤压、拉拔、冷却、运输、捆垛以及各种加工过程中，因外力作用、温度变化及内力消长而发生弯曲变形。这些变形将影响电梯导轨加工后的平直度，从而影响电梯运行时的平稳性及噪声等。因此电梯导轨毛坯材料的矫直成为保证电梯导轨加工质量的重要环节。近年来，随着现代建筑业的蓬勃发展，高层建筑对垂直升降电梯的质量要求越来越高，因此电梯导轨的矫直问题日显重要。目前，针对管棒材等对称截面的矫直研究较多，电梯导轨T型钢由于横截面尺寸的复杂性，未见系统的矫直理论研究。而且，弯曲弹塑性变形过程中非对称截面型材的中性层不在横截面的形心上，钢结构设计及应用中不考虑中性层的移动会导致一些事故的发生。
1.弯曲变形分析
电梯导轨机加工常见的工艺流程为：毛坯检验、锯切两端头、定尺寸、刨削两侧面及顶面、倒角４５°、铣榫槽及断面、钻连接底孔、铣连接板固定处加工面、锪连接孔平面、矫直、检验、刷漆及防锈处理、包装、入库。由此可见，导轨弯曲变形主要来自以下几个方面：首先，电梯导轨毛坯一般采用钢铁企业提供的轧制Ｔ型钢，材质为Ｑ２３５Ｂ，毛坯在轧制、挤压、拉拔、冷却过程中，受到温度变化及内外力作用，容易产生弯曲变形；其次，导轨毛坯在运送至加工地的过程中，导轨毛坯的运输、捆扎、堆放方式会影响其平直度；最后，电梯导轨在长度方向的尺寸远大于截面尺寸，为典型的长杆类零件，刚性差，易变形，且在刨削加工过程中的金属切除量不均衡，残余应力大，导致导轨容易发生弯曲变形。
为准确反映电梯导轨垂直方向的弯曲变形，利用自主研发的电梯导轨平直度测量系统进行测量。该测量系统上位机以Ｌａｂｖｉｅｗ为开发平台，下位机采用西门子ＰＬＣ控制激光位移传感器进行采样及处理。利用测量结果拟合出导轨原始弯曲变形的曲线，准确反映了导轨垂直方向一维变形的特点，并进一步利用曲率公式得出各变形的原始曲率值，为相应位置矫直曲率及行程的计算提供了依据。
2.矫直曲率方程的建立
2.1矫直过程的曲率关系
曲率是工件弯曲程度的反映，要使工件得到矫直，工件在矫直过程中的各种曲率需要满足一定的关系。工件的中性层在弯曲中不改变长度，中性层的曲率变化可以正确代表弯曲程度的变化。取导轨中性层中的单位弧长ｌ，该弧长对应的弧心角即为该弧段对应的曲率值。设导轨原始弯曲曲率为Ｃ０，矫直时导轨的反向弯曲曲率为Ｃｗ，矫直卸载后的弹复曲率为Ｃｆ，卸载后残留变形对应的曲率为Ｃｃ，在矫直过程中总弯曲变形为ＣΣ。总弯曲率可表示为：
ＣΣ＝Ｃ０＋Ｃｗ（１）
导轨的反弯曲率与弹复曲率、残留曲率存在以下关系：
Ｃｆ＝Ｃｗ－Ｃｃ（２）
为达到矫直导轨的目的，须使导轨在卸载后的残留曲率为零，即Ｃｃ＝０，可得矫直曲率方程式Ｃｆ＝Ｃｗ，即在校正工件时，选用一个正好与弹复曲率相等的反弯曲率对工件进行矫直。对曲率做相对性处理，定义曲率与弹性极限曲率的比值为曲率比Ｃ珚，显然经相对化处理后各曲率间关系仍成立，同时矫直曲率方程可表示为：
Ｃｆ＝Ｃｗ（３）
3.矫直行程的确定
曲率方程为电梯导轨矫直提供了理论依据，但在实际的矫直工艺过程中，反弯曲率难以直接作为导轨矫直的实施参数，矫直行程却能通过控制压力机的下压量而精确地加以控制，因此在矫直工艺中一般以矫直行程作为矫直参数。
在矫直实施时，将变形的电梯导轨置于特制的两支点上，压头布置在两支点之间，支点间距为２ｌ。由式（３）可知，要使导轨在撤出外力后弹复变直，反弯矫直曲率与弹复曲率相等，而弹复属于弹性变形，因此在反弯压下的挠度属于弹性变形挠度。根据材料力学可求出电梯导轨矫直时对应的反弯挠度，进而将导轨的原始挠度δ０与δｗ相加，则可确定矫直行程。以Ｔ９０／Ｂ电梯导轨为例，代入其截面参数并给定矫直支点距离，可求出各对应原始变形挠度所需的反向弯曲曲率与矫直行程。在支点距分别为５００和４００ｍｍ情况下，按线性强化材料特性计算的当矫直不同原始弯曲曲率比Ｃ０时的矫直行程曲线。
4.结论
从电梯导轨生产流程出发，分析电梯导轨弯曲变形的产生原因，利用自主研发的测量系统拟合导轨的一维弯曲变形的特征曲线。由初始变形量的大小，电梯导轨立式矫直具有４种可能的矫直状态，利用弹塑性理论并考虑到矫直过程中金属的强化作用，分别对这４种矫直状态进行弯矩求解，得出在各情况下的弯矩比，从而获得其矫直曲率方程组，并以Ｔ９０／Ｂ电梯导轨为例给出了反弯曲比与原始曲比的关系曲线。在矫直实施的具体过程中，以曲率为控制对象在实践中难以实现，故给出了矫正电梯导轨初始弯曲变形量的矫直行程计算公式，并以Ｔ９０／Ｂ导轨为例，给出其矫直行程与原始曲率比的关系曲线，为实际矫直工艺的实施提供了方便，有效地结合矫直参数和生产实际。本文在计算矫直参数时，沿用了弹塑性理论的基本假设，在电梯导轨矫直实践中应对矫直曲率方程及矫直行程公式的参数进行适当修正，且在对Ｔ９０／Ｂ电梯导轨进行实例分析时，依据现有的电梯导轨反弯压力矫直機的标准，选定５００、４００ｍｍ两个支点距对矫直行程进行求解，支点距对矫直参数的一般性影响仍需进一步研究。■
【参考文献】
［1］徐曼琼，蔺书田，汪北平，等.电梯导轨反弯矫直弹塑性变形分析［Ｊ］.机械科学与技术，２００７，２６（８）：１０１０－１０１３.
［2］崔甫.矫直理论与矫直机械［Ｍ］２版.北京：冶金工业出版社，２００７：５３－５７.
【关键词】电梯导轨；矫直；弹塑性理论；弯曲变形
电梯导轨是电梯的重要组成部件，它的平直度直接影响电梯的运行性能，如平稳度、噪声等。电梯导轨是电梯系统中的重要组成部件，其毛坯材料在轧制、挤压、拉拔、冷却、运输、捆垛以及各种加工过程中，因外力作用、温度变化及内力消长而发生弯曲变形。这些变形将影响电梯导轨加工后的平直度，从而影响电梯运行时的平稳性及噪声等。因此电梯导轨毛坯材料的矫直成为保证电梯导轨加工质量的重要环节。近年来，随着现代建筑业的蓬勃发展，高层建筑对垂直升降电梯的质量要求越来越高，因此电梯导轨的矫直问题日显重要。目前，针对管棒材等对称截面的矫直研究较多，电梯导轨T型钢由于横截面尺寸的复杂性，未见系统的矫直理论研究。而且，弯曲弹塑性变形过程中非对称截面型材的中性层不在横截面的形心上，钢结构设计及应用中不考虑中性层的移动会导致一些事故的发生。
1.弯曲变形分析
电梯导轨机加工常见的工艺流程为：毛坯检验、锯切两端头、定尺寸、刨削两侧面及顶面、倒角４５°、铣榫槽及断面、钻连接底孔、铣连接板固定处加工面、锪连接孔平面、矫直、检验、刷漆及防锈处理、包装、入库。由此可见，导轨弯曲变形主要来自以下几个方面：首先，电梯导轨毛坯一般采用钢铁企业提供的轧制Ｔ型钢，材质为Ｑ２３５Ｂ，毛坯在轧制、挤压、拉拔、冷却过程中，受到温度变化及内外力作用，容易产生弯曲变形；其次，导轨毛坯在运送至加工地的过程中，导轨毛坯的运输、捆扎、堆放方式会影响其平直度；最后，电梯导轨在长度方向的尺寸远大于截面尺寸，为典型的长杆类零件，刚性差，易变形，且在刨削加工过程中的金属切除量不均衡，残余应力大，导致导轨容易发生弯曲变形。
为准确反映电梯导轨垂直方向的弯曲变形，利用自主研发的电梯导轨平直度测量系统进行测量。该测量系统上位机以Ｌａｂｖｉｅｗ为开发平台，下位机采用西门子ＰＬＣ控制激光位移传感器进行采样及处理。利用测量结果拟合出导轨原始弯曲变形的曲线，准确反映了导轨垂直方向一维变形的特点，并进一步利用曲率公式得出各变形的原始曲率值，为相应位置矫直曲率及行程的计算提供了依据。
2.矫直曲率方程的建立
2.1矫直过程的曲率关系
曲率是工件弯曲程度的反映，要使工件得到矫直，工件在矫直过程中的各种曲率需要满足一定的关系。工件的中性层在弯曲中不改变长度，中性层的曲率变化可以正确代表弯曲程度的变化。取导轨中性层中的单位弧长ｌ，该弧长对应的弧心角即为该弧段对应的曲率值。设导轨原始弯曲曲率为Ｃ０，矫直时导轨的反向弯曲曲率为Ｃｗ，矫直卸载后的弹复曲率为Ｃｆ，卸载后残留变形对应的曲率为Ｃｃ，在矫直过程中总弯曲变形为ＣΣ。总弯曲率可表示为：
ＣΣ＝Ｃ０＋Ｃｗ（１）
导轨的反弯曲率与弹复曲率、残留曲率存在以下关系：
Ｃｆ＝Ｃｗ－Ｃｃ（２）
为达到矫直导轨的目的，须使导轨在卸载后的残留曲率为零，即Ｃｃ＝０，可得矫直曲率方程式Ｃｆ＝Ｃｗ，即在校正工件时，选用一个正好与弹复曲率相等的反弯曲率对工件进行矫直。对曲率做相对性处理，定义曲率与弹性极限曲率的比值为曲率比Ｃ珚，显然经相对化处理后各曲率间关系仍成立，同时矫直曲率方程可表示为：
Ｃｆ＝Ｃｗ（３）
3.矫直行程的确定
曲率方程为电梯导轨矫直提供了理论依据，但在实际的矫直工艺过程中，反弯曲率难以直接作为导轨矫直的实施参数，矫直行程却能通过控制压力机的下压量而精确地加以控制，因此在矫直工艺中一般以矫直行程作为矫直参数。
在矫直实施时，将变形的电梯导轨置于特制的两支点上，压头布置在两支点之间，支点间距为２ｌ。由式（３）可知，要使导轨在撤出外力后弹复变直，反弯矫直曲率与弹复曲率相等，而弹复属于弹性变形，因此在反弯压下的挠度属于弹性变形挠度。根据材料力学可求出电梯导轨矫直时对应的反弯挠度，进而将导轨的原始挠度δ０与δｗ相加，则可确定矫直行程。以Ｔ９０／Ｂ电梯导轨为例，代入其截面参数并给定矫直支点距离，可求出各对应原始变形挠度所需的反向弯曲曲率与矫直行程。在支点距分别为５００和４００ｍｍ情况下，按线性强化材料特性计算的当矫直不同原始弯曲曲率比Ｃ０时的矫直行程曲线。
4.结论
从电梯导轨生产流程出发，分析电梯导轨弯曲变形的产生原因，利用自主研发的测量系统拟合导轨的一维弯曲变形的特征曲线。由初始变形量的大小，电梯导轨立式矫直具有４种可能的矫直状态，利用弹塑性理论并考虑到矫直过程中金属的强化作用，分别对这４种矫直状态进行弯矩求解，得出在各情况下的弯矩比，从而获得其矫直曲率方程组，并以Ｔ９０／Ｂ电梯导轨为例给出了反弯曲比与原始曲比的关系曲线。在矫直实施的具体过程中，以曲率为控制对象在实践中难以实现，故给出了矫正电梯导轨初始弯曲变形量的矫直行程计算公式，并以Ｔ９０／Ｂ导轨为例，给出其矫直行程与原始曲率比的关系曲线，为实际矫直工艺的实施提供了方便，有效地结合矫直参数和生产实际。本文在计算矫直参数时，沿用了弹塑性理论的基本假设，在电梯导轨矫直实践中应对矫直曲率方程及矫直行程公式的参数进行适当修正，且在对Ｔ９０／Ｂ电梯导轨进行实例分析时，依据现有的电梯导轨反弯压力矫直機的标准，选定５００、４００ｍｍ两个支点距对矫直行程进行求解，支点距对矫直参数的一般性影响仍需进一步研究。■
【参考文献】
［1］徐曼琼，蔺书田，汪北平，等.电梯导轨反弯矫直弹塑性变形分析［Ｊ］.机械科学与技术，２００７，２６（８）：１０１０－１０１３.
［2］崔甫.矫直理论与矫直机械［Ｍ］２版.北京：冶金工业出版社，２００７：５３－５７.