電梯機(jī)械設(shè)計(jì)的合理化分析

陳明航 劉 闖 龐紅迪

（南陽職業(yè)學(xué)院，南陽 474500）

電梯作為當(dāng)前建筑重要的組成部分，使人們的出行更加方便，但也存在很多安全隱患，如何解決這些問題，成為設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮的問題。日常生活經(jīng)常使用的電梯，按樣式分類可以分為垂直電梯和臺(tái)階式電梯，主要通過電機(jī)拖動(dòng)以及鋼絲繩曳引來運(yùn)行。本文將以垂直電梯為例，介紹了電梯機(jī)械工作原理，并對(duì)電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析，闡述國(guó)內(nèi)外電梯機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)現(xiàn)狀，最后針對(duì)電梯機(jī)械設(shè)計(jì)提出合理建議。

1 電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)安全的介紹

電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由機(jī)械和電氣兩大系統(tǒng)組成，部分電梯還會(huì)增加安全保護(hù)系統(tǒng)。其中機(jī)械部分包括轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、門系統(tǒng)以及安全保護(hù)系統(tǒng)；電氣部分則由電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。電梯在日常生活的使用中一般有兩種工作模式，即升降和維護(hù)。

為提升電梯機(jī)械安全性，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要重視材料選擇，還要對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證電梯運(yùn)行安全，防止安全事故發(fā)生。

2 國(guó)內(nèi)外電梯機(jī)械研究及設(shè)計(jì)開發(fā)歷史

2.1 國(guó)內(nèi)電梯機(jī)械的研究及設(shè)計(jì)開發(fā)情況

我國(guó)電梯技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段主要是指建國(guó)初始階段。建國(guó)后，在黨中央要求下，提出了在北京天安門安裝1臺(tái)由我國(guó)自主研究并制造的電梯，這一項(xiàng)任務(wù)交給了天津從慶生電機(jī)廠，相關(guān)技術(shù)人員不負(fù)眾望，設(shè)計(jì)出了中國(guó)第一臺(tái)電梯，這既是我國(guó)電梯事業(yè)發(fā)展歷史的里程碑，也是我國(guó)電梯行業(yè)的開端，推動(dòng)了電梯機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展。

第二階段主要是指1950～1979年期間，該階段我國(guó)電梯設(shè)計(jì)主要出于獨(dú)立自主研制與生產(chǎn)階段。第三階段是1979年至今。隨著改革開放政策提出，我國(guó)電梯技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)接軌，不斷借鑒別國(guó)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，取其精華，推動(dòng)了我國(guó)電梯機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展。自此我國(guó)電梯機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量不僅有了保證了質(zhì)量，還通過各種電子技術(shù)、新型材料技術(shù)擴(kuò)展了我國(guó)電梯類型。

2.2 國(guó)外電梯機(jī)械的研究或設(shè)計(jì)開發(fā)歷史

國(guó)外電梯機(jī)械設(shè)計(jì)最早是在1857年，由美國(guó)的奧蒂斯公司成功研制出世界上第一臺(tái)包含安全保護(hù)措施的電梯，并于1858年應(yīng)用于紐約市的第一臺(tái)客梯上，這也是第一臺(tái)真正載人電梯。但是這個(gè)階段的電梯設(shè)計(jì)還不夠成熟，運(yùn)行速度較慢。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1903年，奧蒂斯公司研制出不帶減速器的無齒輪高速電梯，電梯傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用拽引驅(qū)動(dòng)代替原來的卷筒式，這種電梯也為如今高層建筑中大行程、高速度電梯的前身。

1949年后，國(guó)外電梯設(shè)計(jì)開始廣泛使用電子技術(shù)，直至1989年，世界上誕生了第一臺(tái)直線電動(dòng)機(jī)電梯，它取消了電梯的機(jī)房，對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)作了重大革新，標(biāo)志著電梯技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)全新領(lǐng)域。1990年，國(guó)外設(shè)計(jì)者將電梯控制系統(tǒng)由并行信號(hào)傳輸轉(zhuǎn)換為以串行為主的信號(hào)傳輸，提高了電梯系統(tǒng)的可靠性，為實(shí)現(xiàn)電梯群控制、智能化和遠(yuǎn)程控制提供了技術(shù)支持。

總之，國(guó)內(nèi)外電梯機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)都在不斷的發(fā)展，我國(guó)電梯機(jī)械設(shè)計(jì)起步晚，較之其他發(fā)達(dá)國(guó)家電梯機(jī)械產(chǎn)品仍有許多不足，因此要加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)力度，對(duì)先進(jìn)知識(shí)要不斷學(xué)習(xí)，改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，提高電梯質(zhì)量，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。

3 電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)建議

電梯機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要具備謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度，把安全設(shè)計(jì)原理貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程，包括科學(xué)選擇機(jī)械材料、選擇電力系統(tǒng)等，接下來筆者就針對(duì)電梯結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)建議。

3.1 電梯導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電梯導(dǎo)向系統(tǒng)功能是限制轎廂和對(duì)重活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只沿著各自導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)，使兩者在運(yùn)行的過程中更加平穩(wěn)，不會(huì)偏斜，保證電梯機(jī)械穩(wěn)定性，是電梯機(jī)械發(fā)展的一大里程碑。電梯導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴、導(dǎo)軌架三部分構(gòu)成，在電梯升降的過程中，導(dǎo)向系統(tǒng)中的導(dǎo)軌和導(dǎo)靴都是常用部件，通常導(dǎo)靴固定在電梯上，在電梯升降的過程中導(dǎo)靴在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，其運(yùn)行過程中摩擦系數(shù)較大，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間間隙增大，從而降低電梯運(yùn)行穩(wěn)定性，并產(chǎn)生較大的噪聲，給電梯乘客帶來不適感，而且還會(huì)降低導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的使用壽命。

為了解決上述問題，設(shè)計(jì)者進(jìn)行了一系列研究，旨在延長(zhǎng)導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的使用壽命，對(duì)導(dǎo)靴的靴頭、靴體和靴座進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，主要包含三項(xiàng)措施，優(yōu)化導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式、嚴(yán)格篩選材料以及不斷校核導(dǎo)軌強(qiáng)度[1]。

3.2 轎廂系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于老式電梯可靠性較差，使用者對(duì)其安全性提出質(zhì)疑，要求進(jìn)行改造。因此，電梯機(jī)械設(shè)計(jì)者可通過編程控制器（PLC）對(duì)電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高國(guó)產(chǎn)電梯技術(shù)水平和質(zhì)量。加強(qiáng)電梯轎廂及PLC控制系統(tǒng)理論研究，能夠有效減少電梯事故發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)為人民服務(wù)的宗旨[2]。

3.3 重量平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

重量平衡系統(tǒng)主要作用是在電梯運(yùn)行中平衡轎廂及電梯負(fù)載重量，同時(shí)并減少電動(dòng)機(jī)功率損耗，在電梯機(jī)械設(shè)計(jì)中，要保證轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，這樣既可以減輕牽引繩與導(dǎo)軌之間的曳引力，還能夠延長(zhǎng)牽引繩使用壽命。此外，選擇合適的材料也可以有效地加強(qiáng)電梯機(jī)械的強(qiáng)度，減少電梯出現(xiàn)故障概率。總之，合理設(shè)計(jì)重量平衡系統(tǒng)可以加強(qiáng)電梯機(jī)械的平衡性，保證電梯質(zhì)量，讓用戶更加放心。

3.4 曳引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曳引系統(tǒng)是整個(gè)電梯機(jī)械設(shè)計(jì)的核心，其重要性毋庸置疑，它是驅(qū)動(dòng)電梯的轎廂和對(duì)重做上、下運(yùn)動(dòng)的部件，由曳引電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速箱以及曳引輪組成。它能調(diào)動(dòng)電梯機(jī)械的整體性，在曳引電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，要盡量減少曳引電動(dòng)機(jī)噪音，增強(qiáng)穩(wěn)定性與機(jī)械特性，保證其維護(hù)簡(jiǎn)單。在曳引輪材料選擇上，材料必須滿足強(qiáng)度大、韌性好、耐磨損以及耐沖擊強(qiáng)等特性，盡可能減少曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽內(nèi)的磨損。

3.5 門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了保證電梯機(jī)械安全性，門系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是電梯機(jī)械設(shè)計(jì)中需要格外注意的內(nèi)容。在電梯未運(yùn)行或者運(yùn)行過程當(dāng)中，一定要保證轎門和廳門為緊閉狀態(tài)，并且電梯的廳門還必須要設(shè)置門鎖，防止用戶因提前進(jìn)入而掉進(jìn)電梯井道[3]。

4 結(jié)語

電梯設(shè)計(jì)是否合理性與用戶日常生活息息相關(guān)，為保證用戶更加放心使用電梯，一定要提高電梯的穩(wěn)定性與安全性。本文以電梯機(jī)械設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)國(guó)內(nèi)外電梯設(shè)計(jì)歷史進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)對(duì)電梯設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了幾點(diǎn)建議。希望通過本文研究，能夠幫助相關(guān)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出更加合理化的作品，規(guī)避電梯風(fēng)險(xiǎn)，更好為人民群眾服務(wù)。