超高速電梯發展中存在的問題與研究方向

楊軍賽

摘 要：超高速電梯目前已經成為現代高層建筑，尤其是超高層建筑中必不可少的公共交通工具，它的安全性、舒適性與節能特性已經成為超高層建筑的重要指標，因此，超高速電梯的研究受到廣泛的關注。文章根據現有研究以及調查，分析了目前超高速電梯在運行中存在的一些問題，并探討了超高速電梯未來的一些發展方向與研究方向。

關鍵詞：超高速電梯；發展問題；研究方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.211

隨著城市化進程的不斷加快，高層、超高層、摩天大廈以及地標性建筑越來越多，在這些建筑中，電梯已經成為不可或缺的公共交通工具，而且隨著技術的不斷進步，人們對于電梯的速度與容量的要求也越來越高，超高速電梯的市場也在逐步增加。

1 超高速電梯的概念

所謂的超高速電梯，顧名思義就是速度非常快的電梯。用運行速度的大小來將電梯進行分類，1m/s以下的為低速電梯，1-2.5m/s速度內的電梯為中速電梯，2.5-6m/s速度內的電梯為高速電梯，大于6m/s的則為超高速電梯[1]。超過160層的迪拜塔電梯速度可以達到18m/s，可以算作世界最快的電梯之一。隨著摩天大樓的不斷增多，人們對于電梯運行的速度有了更高的要求，所以需要更多的關注超高速電梯的發展。

2 超高速電梯發展中存在的問題

2.1 安全性問題

電梯的安全性問題一直是人們關注的熱點問題，近幾年來，隨著電梯使用數量的不斷增多與電梯使用頻率日益加大，電梯事故發生的頻率也越來越頻繁。電梯的安全性問題貫穿于電梯的設計、制造、安裝以及后期的維護管理等各個階段，影響電梯安全運行的因素也非常多，因此，在普通的電梯中安全性問題都是電梯使用中的一個棘手問題。對于超高速電梯而言，其面對的安全性問題更多。在技術上，超高速電梯具有很高的速度，如何保證電梯在啟動、運行、制動等操作過程中的技術安全，是超高速電梯必須要考慮的一個問題。比如電梯中最重要的安全部件之一安全鉗，需要考慮在高速運行下傳統的銅鋼制會因安全鉗楔塊和導軌的快速摩擦產生的高溫而熔化掉，導致安全鉗失效。

2.2 電梯的舒適性問題

超高速電梯在井道高速運行時轎廂與井道中空氣的摩擦而產生的噪音造成乘客的耳鳴，同時高速運行的狀態下轎廂內的氣壓也會發生劇烈變化，影響乘客舒適度。另外，還有可能因為速度過快而造成轎廂的縱向振動和橫向擺動，從而引起乘客的不適感。另外，乘客在超高速電梯中，失重和超重現象更加嚴重，這也是影響舒適感的一大問題。超高速電梯的出現是為了滿足人們日益增長的需求，上述這些問題都會影響人們對于電梯使用的滿意程度。

2.3 能源消耗問題

隨著電梯使用越來越頻繁，據統計發現，電梯已經成為用電量的重要“殺手”，其用電消耗量已經和照明、供水相差無幾。因此，能源消耗問題已經成為電梯改進的一個重要方向。隨著建筑物高度的不斷提升，超高速電梯自身的鋼絲繩及隨行線纜就重達數噸，要帶動如此沉重的龐然大物無疑要消耗巨大的能量。因此，如何在設計時從根本上降低能耗是技術上需要解決的難題。

3 超高速電梯的研究方向

（1）新型材料的安全鉗。傳統的安全鉗所采用的是銅鋼材料，在高速運行過程中其與導軌產生激烈摩擦而可能熔化，存在一定的安全隱患。技術上可以借鑒航天領域所使用的復合型陶瓷材料。但是要注意所使用的環境與航天不同，在與導軌劇烈摩擦時導軌產生的變形可能導致安全鉗與導軌發生碰撞，而陶瓷的防撞性較差，從而導致安全鉗失效。安全鉗材料，在工藝上需要研發出既具有陶瓷的耐熱性又具有鋼鐵類抗撞擊性能的復合材料，以保證超高速電梯的安全運行。

（2）轎廂改進。通常情況下，在封閉的井道內超高速電梯以超過6m/s的速度運行時會受到很大的空氣阻力，為了能夠提高超高速電梯系統的乘坐舒適程度，必須要對轎廂加以改進。借鑒高鐵的形狀，可以在四方體轎廂的底部和頂部增加整流罩，其流線型的整流罩更符合空氣動力學，減小高速運行時轎廂與空氣的摩擦，有效地降低風阻，以減小噪音和振動。甚至可以考慮井道和轎廂都采用圓柱形，或者在圍壁和轎底加設吸音和隔音材料以降低噪音。因此，如何調整電梯轎廂內的氣壓，消除超高速電梯轎廂內乘客在升降過程中因耳壓造成的不適感，成為了超高速電梯轎廂改進面臨的重要問題。為了使乘客對超高速電梯能夠更多地了解，現在的超高速電梯往往將電梯的運行速度顯示在轎廂內部，這種做法既不會明顯增大成本，又可以使乘客在乘坐電梯時獲得安全感[2]。

（3）采用高速化大容量驅動技術。目前高速化大容量驅動技術主要包括以下幾種：高功能MPU，雙逆變器系統，永久磁鐵式同步電動機。超高速電梯通常在啟動10s以內達到全速運行，大容量的永磁同步曳引機才能保證在重載情況下快速啟動。另外，在電梯結構和運行性能方面還出現了一些其他的趨勢。超高速電梯的結構正朝著精美方面邁進，制造上采用先進的制造工藝及控制技術，使得電梯的結構變得越來越堅固與實用。雙層電梯、PLC控制電梯等都有結構上的明顯改進。電梯的運行性能也在逐步的提高，目前的超高速電梯大都采用先進的傳動與控制技術，特別是在人工智能技術基礎上發展起來的智能控制技術。通過采用這些先進的控制技術，可以充分的保證超高速電梯在運行的過程中保持安全可靠、快速平穩的特性。

（4）環保節能電梯。電梯的電量消耗一直是一個重要的問題，在普通電梯運行的過程中，其電量的消耗非常大，隨著環保意識的提高，人們開始探究電梯如何節能。它可以比傳統的曳引電梯節能一半以上，降低噪聲20dB左右。同時，應該具有能量反饋功能，在電梯輕載上行或者重載下行的情況下將釋放出來的勢能和動能轉化為電能反饋到樓宇電網中去， 實現電梯系統最有效的節能。由于技術發展的限制，目前的環保節能電梯只使用在一些低速電梯場合，但是隨著技術的不斷更新與發展，超高速的環保電梯也將指日可待[3]。

4 結語

超高速電梯是人們未來生活的必然之選，它會逐步的成為日常生活和工作的主要交通方式之一。隨著技術的不斷發展以及研究不斷創新，超高速電梯在安全性、舒適性、節能性等方面在不斷的進步，而且新的研究方向、更新的技術仍然在研究之中，目前超高速電梯在運行中存在的一些問題都將被解決掉。

參考文獻：

[1]曾俊峰.超高速電梯關鍵部件氣動特性分析與優化設計[D].浙江：浙江大學，2014：1-2.

[2]曹軼，羅英男沈.關于超高速電梯的噪聲和振動控制研究[J].企業文化（下半月），2012（02）：117.

[3]周志翔，劉劍.超高速電梯發展中存在的問題與研究方向[J].控制工程，2003，10（S0）：2-3.