电梯导轨生产技术研究

电梯导轨生产技术研究

作者: 李增键来源: 中国电梯杂志

摘要：面对巨大的竞争压力，各电梯导轨生产企业都加大技改投入，以提升工艺、降低生产成本为目的，以物优价廉的产品来稳定市场，谋求更大的企业发展空间。在西班牙塞维拉、意大利蒙特费罗和长江润发三大导轨巨头企业的带动下，导轨生产技术水平逐步走向尖端。

关键词：电梯导轨行业发展生产工艺关键技术竞争力

经过20多年的迅猛发展，中国电梯业已经从80年代2000多台的年产量发展到2007年的21.6万台的年产量，年出口量超过3.1万台，繁荣的电梯市场同时也孕育着电梯的各种零部件的发展契机，―红花还需绿叶衬‖，零部件产业为整机的发展贡献着自己的力量，发挥着重要的作用，其中在国际上具有代表性的而且拥有跨国公司的零部件产业就是电梯导轨生产业。

1、电梯导轨行业概述

电梯导轨是安装在电梯井道中或楼层之间的两列或多列垂直或倾斜的刚性轨道，保证轿厢和对重装置沿其作上下垂直运动，保证自动扶梯和自动人行道梯级沿其作倾斜或水平运动，为电梯轿厢、对重装置或梯级提供导向；导轨不但控制电梯轿厢和对重的运行轨迹，而且也是轿厢发生意外超速时紧急制停时坚固的支撑。所以电梯导轨是涉及电梯运行质量和电梯安全的重要部件。

（1）电梯导轨在电梯系统中的重要性分析

电梯导轨在电梯运行时为轿厢和对重装置提供导向，还起到安全钳制动时的支撑作用，是电梯系统中的重要部件。下面从电梯的安全性和舒适度两方面分析导轨的重要性。

1）安全性。电梯导轨影响电梯的安全的因素主要是导轨的材质。导轨材质过硬或不均匀（局部过硬），在安钳制动时夹紧将得不到足够的摩擦力，会造成制动失效，发生轿厢坠落这一电梯事故中最严重的工况。

导轨也要有足够的强度，以保证安全钳制动时对轿厢及冲击力的支撑。

2）舒适度。电梯导轨影响电梯舒适度的因素有以几个方面：

a导轨的连接精度：实心导轨的连接精度是由导轨的端部尺寸及阴阳榫的对称度来保证的，空心导轨及扶梯导轨的连接精度是由导轨的端部尺寸及形位公差来保证的，导轨的连接精度直接影响电梯运行的平稳性及舒适度。

b导轨导向面粗糙度：导轨导向面粗糙度直接影响到导靴在导向面上能否平滑运行，同时也影响润滑油的储存，从而影响轿厢的运行质量。

c导轨的直线度及扭曲度：导轨上任何一点的弯曲及扭曲都会给轿厢一个侧力，影响轿厢上下的直线运动，使轿厢有晃动感，随着电梯速度提高，轿厢会有振动感，从而影响舒适度。

（2）电梯导轨的分类及用途

电梯导轨分为三大类：实心导轨、对重空心导轨和扶梯导轨。

实心导轨是机加工导轨，是由导轨型材经机械加工导向面及连接部位而成，其用途是在电梯运行中为轿厢的运行提供导向，小规格的实心导轨也用于对重导向。实心导轨规格很多，按每米重量可分为：8K、13K、18K、24K、30K等，按导轨底板宽度可分为T50、T70、T75、T78、T82、T89、T90、T114、T127、T140等。

随着人们对电梯舒适度要求的提高及电梯速度的提高，高精度导轨是导轨生产的发展方向，高精度导轨是在普通导轨的基础上提高各方面的精度，比如导向面尺寸公差、导轨高度公差、榫槽对称度公差都由原来的0.1mm变为0.05mm，并增加了多项端部形位公差要求并提高了导轨直线度、扭曲度要求。高精度导轨是使用在高速电梯上的导轨，不但精度要高于普通导轨，而且还在工艺上消除导轨潜在的弯曲及扭曲变形因素，比如在导向面加工前对导轨型材进行充分的时效处理，以降低导轨型材内的残余应力，在加工端部尺寸前及精校前再次进行充分的时效处理，充分释放内应力，以降低在导轨安装之后应力引起的导轨弯形。

对重空心导轨是冷弯轧制导轨，是由卷板材经过多道孔型模具冷弯成型，主要用于电梯运行中为对重提供导向。空心导轨按每米重量可分为TK3、TK5，按导轨端面形状可分为直边和翻边，即TK5和TK5A。

扶梯导轨是冷弯轧制导轨，主要用于自动扶梯和自动人行道的梯级的支承和导向。每个自动扶梯企业都根据自己的设计需要使用各种截面形状的扶梯导轨，即都使用自己的扶梯导轨标准。

（3）电梯导轨生产技术的演变过程

世界上第一台真正意义上的电梯是1852年由美国的奥的斯先生发明的，它是带有安全装置的升降机，那时只有一种导轨。在国外，随着电梯技术的不断改进和广泛运用，电梯导轨也发生了巨大变化，并逐渐拓展到空心导轨、扶梯导轨等系列产品。

我国的电梯导轨生产相对滞后，从1907年第一台电梯安装开始，一直采用国外进口，直到上世纪七十年代中后期，国内才有真正意义上的电

梯导轨专业加工。到了80年代末，国内电梯行业发展迅猛，但那时的实心导轨生产技术很落后，如龙门刨是改造的，用的是笨重的老式刀盒，没有液压抬刀系统，用的是人工抬刀，端部加工机床全部是旧机床改造的，全部是手工操作，矫直矫扭是用普能的压力机代替。

80年代末长江润发机械股份有限公司创始人郁全和等艰辛试验，成功研制出了国内第一根合格的空心导轨，后来用同样的轧制技术拓展到扶梯导轨的生产。

随着导轨产业的不断发展，逐步有了专用设备，加工工艺也在不断的改进，从普通龙刨发展到数控龙刨，再到后来的三面铣及高速拉床，端部加工技术也发展到了数控全自动线；涂漆技术也发展到了全自动喷漆。

（4）电梯导轨行业发展情况

在世界电梯导轨市场上，西班牙塞维拉、意大利蒙特费罗和长江润发（以下简称―长江润发）三足鼎立，其中西班牙塞维拉的导轨年产量在27万吨左右；意大利蒙特费罗的导轨年产量在22万吨左右；长江润发通过近期的整体搬迁及扩建改造，目前已形成了年产10万吨的生产规模。目前除了这三家规模较大的企业外，另外还有申菱、中豪、亿鑫等较小规模的电梯导轨生产企业。电梯导轨产业正处在一个良性发展阶段，今后的电梯导轨市场将逐步向高精度、高速电梯导轨的方向发展，这也给电梯导轨产业的发展带来了机遇。

2、影响电梯导轨品质的因素分析

影响电梯实心导轨品质的因素是多方面的，主要的技术要素有：导轨原材料（材质、型材及内应力）、导向面粗糙度、阳榫和阴榫对称度、导轨直线度和扭曲度等。而影响空心导轨、扶梯导轨品质的因素主要有导轨原材料（板材材质、板材平面度）、导轨截面形位公差、镀锌质量等。

（1）导轨原材料

导轨材质是涉及电梯安全的因素。在冶金行业标准YB/T157–1999《电梯导轨用热轧型钢》中规定：―钢的牌号为Q235A，根据需方要求，也可采用Q255A及其它牌号‖。导轨材质是涉及到电梯运行的安全项，既要求导轨要有足够的强度，又要求导轨材质不能过硬。足够的强度可以保证安全钳在电梯超速瞬间制停时有坚固的支撑，导轨材质过硬或不均匀局部过硬，夹紧瞬时将得不到足够摩擦力，会造成制动失效。

导轨型材的尺寸与形位精度，将直接影响机加工后的导轨质量，导轨型材的加工余量会影响机加工刀具的使用寿命和加工后导轨的粗糙度，形位精度也会影响导轨脖颈的对称度和导轨的垂直度，所以要提高导轨型材直线度与扭曲度，并且还要把底面中间轧成内凹≤0.8mm，这样提高了机加工铇削的安装基准与电梯导轨在井道支架上安装稳定与可靠性。

导轨型材的内应力是影响导轨机械加工后变形的主要因素，尤其是导向面加工时导轨内的残余内应力使导轨在长度方向上发生严重弯曲和扭曲，即使经过精校后导轨的直线度和扭曲度当时能达到要求，但导轨成品放置一段时间后，由于导轨内的残余内应力存在，导轨直线度和扭曲度可能还会发生反弹，消除或降低导轨内的残余内应力是解决导轨直线度和扭曲度反弹的最根本的办法。以前各电梯导轨企业最常用的一种去应力的方法是自然时效处理，即把导轨型材放在一个露天场地上几个月以上，然后再去除表面的锈后再进行机械加工，这样方法可去除导轨内大部分的残余应力，有效的降低了导轨的变形。但是目前由于导轨生产企业的日产量较高，这样的时效处理要求有足够的库存，不但不利于资金的周转，而且面对起伏不定的钢材价格，大量的库存必然会冒很大的风险。所以当前这种情况下寻找一种高效的去除应力的方法还是当务之急。

空心导轨的原材料在JG/T 5072.3-1996《电梯对重用空心导轨》标准中规定：空心导轨宜采用冷轧优质钢板，抗拉强度不应小于370MPa。但目前各导轨企业普遍使用的是牌号为SPHC或SS400的热轧卷板，再经过镀锌后同样也能满足要求。扶梯导轨的原材料一般根据用户要求，多采用SPHC 、SS400或SPCC材料。板材的平面度将直接影响导轨工作面的平面度和导轨的直线度，所以对卷板材的平面度也有很高的要求。

（2）导向面粗糙度

导轨表面粗糙度在导轨技术参数中也是非常重要的，是关系到导靴在导轨上运行质量的一个重要的因素。现行标准要求机加工导轨导向面上纵向的粗糙度Ra≤1.6μm，横向为1.6≤Ra≤6.3μm，其主要目的是使导轨表面能挂上润滑油，能起到防锈作用且与导靴间能保持油膜润滑，而且也有利于安全钳制停。目前我国导轨生产企业对导轨导向面的加工方法大部分都是龙刨刨削，如果刀具材料与前后角选择正确，进刀量选择合适，加工过程中就不会引起积屑瘤，导向面粗糙度就能达到标准要求。目前还有的导轨生产企业使用了三面铣和三面磨的工艺，也能达到粗糙度要求。也有更先进的加工方法，就是使用高速拉床，采用强力宽刀刃拉削加工工艺，能获得Ra1.2以上表面粗糙度，由于目前普通电梯轿厢上大部分用的还是滑动导靴，要求导向面上要储存一定的润滑油，这就要求导向面横向上要有一定的粗糙度，所以后两种加工方法所得的表面粗糙度一些电梯客户还不能接受。但随着高速电梯的普及和滚动导靴的使用，这种磨削或拉削获得粗糙度的导轨会被越来越多的电梯用户认可。

（3）阳榫和阴榫对称度

我国现行标准等同于国际标准，均规定榫槽对称度为0.10mm，高精度导轨榫槽的对称度要求为0.03mm，榫槽的尺寸公差与对称度偏差将直接影响到导轨接头处的连接精度，将最终影响导轨的运行质量。当前的主要的加工设备是阳榫、阴榫专用铣床，对于0.05mm—0.1mm的精度，只要设备夹具精度达标，一般能达到该精度要求，而对于0.03mm的精度，必须首先在前道工序控制导轨导向的尺寸精度，再采用高精度端部加工专用设备，同样也能达到此要求。

（4）导轨直线度与扭曲度

导轨直线度与扭曲度是直接影响电梯运行平稳性，该精度除了导轨型材质量外，还与导轨的内应力及机加工时装夹平台定位面精度与操作工艺有很大关系。导轨型材的弯曲和扭曲会最终导致加工后导轨的弯曲和扭曲；导轨加工后的应力释放是导致导轨弯曲和扭曲的一个重要的因素；平台定位面精度是容易发现与纠正的，可以通过测量导轨后进行纠正。然而不规则的偏差常常与操作人员不良习惯有关，比如装夹导轨时铁屑没清理干净，对刀时用铁锤敲打调正等都会造成加工后的导轨的变形。

加工后再对导轨进行精校会有效的提高导轨的直线度和扭曲度。空心导轨及扶梯导轨的直线度和扭曲度是在轧机上保证的，可通过调整最后一道校正模具的位置和角度来调正导轨的弯曲和扭曲。

（5）空心导轨及扶梯导轨的截面形位公差

导轨的截面形位公差决定着空心导轨及扶梯导轨的连接精度，也直接影响着对重框及梯级运行的平稳性。导轨的截面形位公差是由轧制模具保证的，可通过修模和调模来调正偏差。

3、生产工艺介绍

（1）空心导轨生产工艺：

空心导轨的生产工艺中，关键的工序是轧制（即冷弯），但在轧制之前有一项必不可少的准备工作——装模。安装空心导轨专用滚压模具，从第一道模具至最后一道模具纵向直线度总偏差不能超过0.2mm，每道模具的横向水平偏差不能超过0.05mm。模具装好后，卷板进入滚压模具组，经过多道模具逐步冷弯成形到所需形状尺寸。从滚压机组出来的导轨进入带定尺的跟踪切割机进行锯长，一般导轨长度是5000±3mm。下一步是在装有空心导轨冲孔模具的冲床上加工导轨两端的连接孔。冲孔时首先去除切割时的毛刺，然后用量规测量两端导向尺寸，并矫正切割变形。冲孔后外协镀锌。镀锌之后根据客户要求进行包装或聚氨脂发泡后包装，但包装之前要矫扭矫直，达到图纸要求。生产工艺流程如下：板材开剪（外协）—>轧制—>锯长—>冲孔（去毛刺）—>镀锌（外协）—>（发泡）—>矫扭矫直—>包装

（2）扶梯导轨生产工艺：

扶梯导轨生产工艺和空心导轨基本相同，只是每个型号的扶梯导轨都有专用模具。生产工艺流程如下：

板材开剪（外协）—>轧制—>锯长—>（碰焊）—>镀锌（外协）—>矫扭矫直—>包装

（3）实心导轨生产工艺：

实心导轨的生产主要是金属切削加工，首先是去除型材内的残余应力，一般采用自然时效处理。自然时效处理后型材表面会有一层锈，所以下一步要用喷丸机进行型材除锈。导向面加工设备对型材的直线度和扭曲度有一定的要求，所以在导向面加工前要先对导轨进行粗矫。然后放在导轨专用龙门刨床、铣床或高速拉床上进行导向面加工。下一步再以加工合格的导向面为定位基准加工导轨两端部，包括大背面铣削、阴阳榫加工、钻孔、锪孔。然后进行精矫并检测，合格后根据客户要求涂漆、包装。生产工艺流程如下：

型材堆放（时效处理）—>型材除锈—>粗整（矫直、矫扭）—>导向面加工（刨加工、三面铣三面磨加工、高速拉削加工）—>端部加工（大背面铣削—>阳榫加工—>阴榫加工—>钻孔—>锪孔）—>精整（矫直、矫扭）—>涂漆（清洗—>非加工面涂漆—>加工面涂防锈油—>导向面贴膜—>两端装保护套）—>包装

4、电梯导轨关键生产技术

在电梯导轨的生产中关键技术主要有：空心导轨的轧制、扶梯导轨的轧制、实心导轨的导向面加工、端部加工、精校。下面逐一介绍：（1）空心导轨和扶梯导轨的生产中轧制工序是最具有技术含量的，是由卷板经过多道孔型模具滚压轧制而成，每一道模具都有上模、下模、侧模组成，导轨的端面形状、尺寸、垂直度、直线度、扭曲度等都是由设计精确的模具及富有经验的操作工人来保证，能精通轧制技术并能熟练、准确的进行产品调试的作业人员在国内并不多，能准确的进行滚压模具设计的专业人员更是少之又少。目前在实心导轨小厂遍地开花的情况下空心导轨、扶梯导轨一直没有能象实心导轨那样快速发展的原因就是他们一直不能攻克此方面的技术。

（2）实心导轨的导轨面加工方法目前有三种：刨加工、三面铣+三面磨、高速拉削加工。目前各导轨生产企业最普遍的加工方法是刨加工，即使用龙门刨床、专用刀盒、液压夹具，每次装夹4-12支导轨，刀盒内装有粗刨刀和精刨刀，这其中有个技术难点，就是粗刀和精刀的几何角度的选择，只有合理的刀具角度再加上合适的进刀量，刨出的表面才能达到粗糙度要求，如果刀具角度不合理，加工时出现了积屑瘤，或烧刀或崩刃，都会造成加工表面的粗糙甚至导轨的报废。传统的龙门刨床是顶面和侧面分开刨的，这样刨加工一车（8支，以T89为例）需要50分钟到60分钟时间。长江润发与上海某机床厂合作研发了复合式龙门刨床，即顶面和两侧面一起刨，这样效率提高了很多，每一车只需要30-40分钟。

目前导轨导向面的加工方法还有一种方法是两侧面一顶面三面铣加工，然后再经三面磨加工（专用砂带磨），经过磨加工后导轨导向面粗糙度能达到Ra1.6以下。

当前导轨导向面加工中最先进的方法就是高速拉削加工。使用现在最新设计的电梯导轨专用高速拉床，采用强力宽刀刃拉削加工工艺，一次性

从导轨型材直接加工到所需尺寸，并能获得Ra1.2以下的粗糙度。在加工效率方面也有了大幅提升，以T89为例，加工一支导轨（包括上下料）的时间只用1.5分钟，这也是导轨加工技术的一次重大改进。目前使用这种拉削工艺的有两家，一是首钢塞维拉，二是张家港长江润发长江润发。首钢塞维拉的工艺是先在刨床上粗刨之后再到拉床上拉削，而长江润发的高速拉床是从型材直接拉削，而且有全自动的矫直、矫扭机与之相配套。

（3）实心导轨端部加工也是导轨加工的关键技术，它分为以下几步：连接底平面铣削、阳榫铣加工、阴榫铣加工、钻孔、锪孔。普通精度的导轨高度公差为0.1mm，阳榫、阴榫对称度公差为0.1 mm，普通的专用设备基本都能达到要求，但对于高精度导轨，高度公差为0.05 mm，对称度公差为0.03-0.05 mm，而且还有端侧垂直度、端顶垂直度等要求，普通精度的机床和夹具就很难保证，这需要高精度数控加工设备才能实现。

（4）导轨精校在导轨加工中非常重要，包括校正直线度和校正扭曲度，因为导轨的直线度和扭曲度关系着电梯轿厢的运行质量，所以精校是必不可少且具有一定难度的工序。目前国内的导轨生产企业多采用人工校正法，即采用专用液压机，工人用目测的方法，有弯曲的部位采用三点顶压法，通过反复校正也能达到要求，但这种校正效果多取决操作工的经验和熟练程度，稳定性差。国外的企业如塞维拉采用的是自动校正、检测设备，这种方法不受人的因素的影响，效果稳定。

5、导轨行业未来发展趋势、技术创新方向

随着建筑的高层化和电梯基础技术的发展，电梯运行速度逐渐向高速化发展，目前世界电梯的最高速已达12.5m/s，这是电梯未来的发展趋势之一：高速电梯。

对于高度在20层以下的民用建筑，一般在建筑物的顶层之上除电梯机房外没有其他附属设备和建筑房间，去掉机房对降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本也是很有意义的，这是电梯未来的发展趋势之二：无机房电梯。

当今世界清晰的认识到生存与发展的关系。不环保就无法生存，没有生存就谈不上发展，电梯未来的发展趋势之三是：环保节能电梯。

其中高速电梯和无机房电梯对电梯导轨提出了更高的要求，需要导轨生产企业要开发与之相匹配的高精度导轨和无机房导轨。高精度导轨对导轨的各尺寸精度、导轨直线度及扭曲度、导轨内应力等各方面都有更高的要求，表现在（1）导轨导向宽度及高度的公差会影响端部连接精度，直接影响轿厢运行质量；（2）导轨直线度和扭曲度偏低会使轿厢在高速运行中产生振动；（3）导轨的内应力会使导轨在安装之后产生变形从而影响电梯运行质量。所以高精度导轨不但要在尺寸方面达到高精度，而且在工艺方面，它要求导轨在导向面加工前、导向面加工后、精校前都要经过充分的时效处理，去除内应力，消除导轨在安装之后变形的隐患，以保证电梯在高速运行中的平稳性。目前高精度导轨的尺寸要求在比较先进的导轨生产企业已经可以达到，但对于彻底去除应力的技术还有待攻克。

因为无机房电梯的曳引机是安装在导轨上，所以对无机房导轨比普通导轨提出了更高的强度要求，同时在生产工艺上也比普通导轨复杂，主要是焊接加强板、加工曳引机安装孔等比较复杂。

所以随着高速电梯和无机房电梯的发展，随着人们环保、节能意识的提高，开发高精度导轨、无机房导轨、小规格导轨可能会成为电梯导轨产业的新的技术创新点。

6、行业主要企业竞争力分析

目前电梯导轨行业是国际上塞维拉、蒙特费罗、长江润发三足鼎立，国内20余家小型导轨厂并存的竞争格局。

（1）西班牙塞维拉

西班牙塞维拉集团是全球电梯导轨领先者，拥有导轨自动校直、校扭机、高速拉床、导轨自动喷漆线等导轨生产行业较先进的生产设备，在国内已有四家合资导轨厂，包括首钢塞维拉、上吴塞维拉、天津塞维拉、广州塞维拉。塞维拉年产各种电梯导轨27万吨左右，在全球导轨市场的占有率在38%左右。

（2）意大利蒙特费罗

意大利蒙特费罗集团拥有高精度数控龙门刨床以及意大利进口导轨自动校直线、直线度自动检测机、自动涂漆与贴膜线、高精度数控铣床等先进专用设备300余台，配以强大的质量管理和技术管理团队，形成了雄厚的产能实力，在国内也拥有四家导轨厂，包括杭州三杭蒙特费罗、河北蒙特费罗、苏州欣科、上海西张春光。蒙特费罗年产各种电梯导轨22万吨左右，全球导轨市场的占有率在31%左右。

（3）长江润发

长江润发目前拥有数控龙刨、数控铣床、自动金加工设备等150台套，拥有空心导轨、扶梯导轨轧制流水线10条，拥有国内唯一的从型材一次性拉削到全自动粗校配套的高速拉床生产线，加工精度高，生产效率高。与其它导轨企业相比，长江润发具有以下优势：一是规模优势，公司目前主要生产空心导轨、T型导轨、扶梯导轨、电梯扶梯部件等四大系列产品，180多个品种，年生产能力10万吨，长江润发在全球导轨市场已经占有10%左右的份额。

二是产业链优势，公司收购了润浦型钢公司作为配套产业，形成了国内唯一集导轨型材生产到导轨成型加工的产业链。

三是研发队伍专业而且强大，公司成立了导轨工程技术中心，被江苏省科技厅认定为省级工程技术中心，拥有各类技术人才近百人，同时和南

京理工大学、中国建筑科学研究院、常州三利精机等高校、科研院以及设备制造厂商建立了技术交流与战略合作关系，为公司科技力量提升奠定基础。

（4）其它中小导轨加工企业的主要特点是资金规模小，以常规规格产品为主导，主要服务于中小规模的电梯厂商，加工工艺、装备水平相对落后，市场占有率较低。

7、行业技术特点总结

电梯导轨的生产技术及加工设备在西班牙塞维拉和意大利蒙特费罗等国际大型导轨加工企业的带动下，已经得到了长足的进步，西班牙塞维拉带来了导轨导向面拉削工艺，两大企业也把各自的最先进的导轨自动校直校扭及检测技术带到了中国。

面对巨大的竞争压力，包括长江润发在内的国内多家导轨企业都在不遗余力的在导轨加工工艺方面加大技改投入，使得导轨加工技术在不断的提高：导向面的加工从传统的龙刨加工到目前的铣加工及高速拉削加工，生产效率越来越高；导轨端部的金加工设备也从原有的普通设备改为数控设备；导轨的输送流转也由原来的手工操作升级为全部自动化操作；精校方法也由原来的目测和手工精校逐步向自动检测精校过渡；原来的手工涂漆也被全自动喷漆所替代。

有竞争才会有更快发展，在西班牙塞维拉、意大利蒙特费罗和长江润发三家导轨巨头的带动下，导轨生产技术水平会逐步走向尖端。