背包式電梯的創新設計

摘 要：現代社會，電梯已經深深地融入了人們的生產、生活當中，是必不可少的垂直交通運輸工具。其中，背包式電梯作為一種結構特殊的電梯，在一些特定場合也得到廣泛應用。比如，當需要90度開門的場所，甚至三面都開門的場所，背包式電梯由于其獨特的結構，就非常適合；另外，對于別墅電梯、現有建筑之上后加電梯，由于背包式電梯僅需要一個面與現有建筑進行連接，對建筑結構的要求低，適應性強。

關鍵詞：背包式電梯；創新；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.244

1 背包架電梯基本特征

目前常見的背包式電梯噸位一般在1000kg以下，提升高度、速度都比較低，多采用1：1繞繩結構。如圖1，轎廂導軌、對重導軌位于轎廂的一個側面，這樣其他的三個面就具有巨大的利用價值。比如三個側面均可以開門、均可以設置觀光等，其他形式電梯布置形式很難實現。且從圖中可以看出，曳引機架在導軌上的話，其對井道建筑的要求低，對降低建筑成本也非常的有利。

由于背包架電梯的L型轎廂架這一結構特征，實際應用過程中有很大的限制。

一方面是對導軌的要求較嚴格限制。由于其L型結構（懸臂結構），轎廂的自重和額定載重通過轎廂架上的導靴施加在導軌上，且在轎廂架立梁上部導靴處施加的力與在轎廂架立梁下部導靴處施加的力方向相反，這樣就使導軌在運行過程中承受巨大的彎矩。同時，由于井道垂直方向上，導軌是由多根導軌通過導軌連接板連接而成，一般是5米一根，而背包架電梯中轎廂的導靴與導軌在運行的過程中始終是接觸的，這樣其對導軌的安裝要求就很高，特別是上下兩根導軌接頭處的處理。導軌本身的強度、連接處的強度、垂直度、光潔度等不僅影響電梯運行的舒適感，甚至影響電梯的運行安全。另外容易加劇導靴靴襯的磨損，需要經常更換靴襯，費時、費工、費錢。

另一方面是對其轎廂架的受力要求限制。由于其轎廂架采用懸臂結構，轎廂架的下梁屬于懸臂梁，承載著轎廂的自重、額定載重。這樣對整個轎廂架的受力要求就非常高。

2 優化設計及分析

2.1 傳統結構

一般背包式電梯轎廂架的受力簡圖如圖3所示。其中F1、F3處是轎廂上下導靴位置，F代表轎廂的額定載重和轎廂自重。

則力F1與F3大小相等、方向相反。

鑒于以上的特殊要求，現在的背包式電梯其額定載重、速度都不是很大。一般額定載重在1000kg以內，速度小于1.5m/s。

背包式電梯的結構限制主要體現其懸臂結構，鋼絲繩懸掛點位于導軌處，與質量中心偏離一段距離，這樣就影響了電梯運行的舒適感，對轎廂架、導軌及導軌支架的受力要求很高。如果能夠讓鋼絲繩的懸掛點盡量靠近懸掛點位置，則可以對電梯的各方面性能有很大的優化。

2.2 優化設計

如圖4，采用2：1曳引比，在轎廂架鋼絲繩懸掛位置增加動滑輪，通過兩個動滑輪使懸掛中心點盡量靠近質量中心，減小由于轎廂自重和額定載重對導軌產生的彎矩。

該創新型背包式電梯轎廂架的受力簡圖如圖6所示。其中F1、F3處是轎廂上下導靴位置，F代表轎廂的額定載重和轎廂自重。

則力F1與F3大小相等、方向相反。

由上述公式知，F、F2均屬于系統質量，無法改變，所以當L3增大時，其力F1、F3相應減小。但隨著L3的增大，由于動滑輪采用懸臂設計，其機械強度要求高，應力集中部位就更加難以設計，導致成本增加。因此，不能依靠不斷增加L3，來提高舒適度，需要一個合理的設計，在舒適感、經濟型、結構要求方面進行平衡。

2.3 ANSYS分析及PMT測試

通過運用ANSYS進行有限元分析，其最大應力約為84MPa，結果符合要求。

最終通過PMT進行測試，其在運行過程中由于導軌變形引起的振動有很大程度的降低，特別是運行過一段時間后，在導軌接頭處由于受力工況的改變，其接頭處導軌的變形量減小，電梯Y軸方向上的明顯周期振動大幅削弱，有效的降低了導軌接頭處間隙對電梯舒適感的影響。

圖8為改進前傳統結構時變加速度測試數據圖，轎廂偏載嚴重，導靴壓緊在導軌面上，對導軌特別是導軌接口要求高，受導軌接縫處精度影響嚴重。如圖Y向，每隔5m左右（電梯導軌5m一檔），電梯有一個明顯跳動，影響電梯舒適感。

圖9為改進后變加速度測試數據圖，偏載問題得到了有效解決。間隔5m左右的跳動不明顯，電梯整體舒適感也有了很大提高。

同時，由于采用了新結構，其導軌型號由原來的T114降低為T89，其各方面要求還是可以很好的滿足要求，降低了產品成本。