家用電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究

沈向鋒

（森赫電梯股份有限公司，浙江湖州313013）

0 引言

近年來(lái)，建筑電梯的外觀形狀、電梯材質(zhì)等均發(fā)生了巨大變化。不僅如此，電梯控制方式也由最原始的手柄開(kāi)關(guān)控制和基礎(chǔ)按鈕控制，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)有的信號(hào)控制、集選控制以及智能控制等。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯整體結(jié)構(gòu)和實(shí)用性也在不斷發(fā)展。除了原始的僅適用于高層居民樓或?qū)懽謽堑墓搽娞萃猓环N可以適用于各類私人住宅的家用電梯也在逐漸興起。根據(jù)2017年市場(chǎng)研究數(shù)據(jù)顯示，亞洲的電梯市場(chǎng)正逐漸被中國(guó)電梯所占據(jù)，國(guó)內(nèi)全年電梯總銷(xiāo)售額超過(guò)1 000億美元。其中，家用電梯所占比例達(dá)到35%，連續(xù)三年呈上升趨勢(shì)。從某種意義上來(lái)說(shuō)，當(dāng)今世界衡量一個(gè)國(guó)家整體工業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代化發(fā)展程度的重要標(biāo)志就是國(guó)內(nèi)建筑電梯使用量。電梯作為當(dāng)今世界重要的生活交通工具，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡漠a(chǎn)品。通過(guò)對(duì)電梯關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高電梯整體舒適性和安全性，增強(qiáng)使用者的體驗(yàn)感[1]。

1 家用電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 電梯井道空間優(yōu)化設(shè)計(jì)

表1為市場(chǎng)常用的320 kg和400 kg兩種主流規(guī)格家用電梯的載重和井道空間尺寸參數(shù)[2]。

表1 兩種主流規(guī)格家用電梯參數(shù)表

根據(jù)資料顯示，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上家用電梯最好的品牌是瑞士的CIIBS，其整體井道利用率可以達(dá)到65%～69%。目前國(guó)內(nèi)家用電梯結(jié)構(gòu)大多以龍門(mén)架結(jié)構(gòu)為主，如圖1所示。

龍門(mén)架結(jié)構(gòu)是目前市場(chǎng)上家用電梯箱體使用最廣泛的建筑架構(gòu)。其最大優(yōu)勢(shì)在于在內(nèi)部井巷開(kāi)鑿時(shí)，只需在內(nèi)部井道一側(cè)留有混凝土墻壁的空間即可[3]。因此，應(yīng)用龍門(mén)架結(jié)構(gòu)可以大幅減小井巷占地空間，更適合私人家居使用。但是其整體強(qiáng)度偏弱，很容易受到住宅樓周?chē)h(huán)境包括其他墻體的影響，且如果長(zhǎng)時(shí)間處于靜置狀態(tài)，頂部牽引滾輪導(dǎo)靴很容易出現(xiàn)變形情況。一旦再次運(yùn)行，不僅影響前期舒適感，還容易造成安全隱患[4]。

為了有效避免龍門(mén)架結(jié)構(gòu)的局限性，在滿足建筑空間的基礎(chǔ)上，兼顧電梯整體安全性。利用傳統(tǒng)龍門(mén)架結(jié)構(gòu)原理，將其優(yōu)化成為書(shū)包架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 電梯龍門(mén)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 書(shū)包架結(jié)構(gòu)示意圖

書(shū)包架結(jié)構(gòu)可以充分利用地下巷道平面，為電梯通道大門(mén)的安裝提供一定的便利條件，改善電梯廂的受力方向。根據(jù)實(shí)際測(cè)量顯示，400 kg的家用電梯井道尺寸必須為1 300 mm×1 500 mm以上，外部采用書(shū)包架結(jié)構(gòu)轎架。考慮到私人家庭用戶的實(shí)際使用情況，需要在樓梯中間設(shè)置預(yù)留井道，故可將井道口設(shè)置為正方形，方便用戶使用，井道尺寸改為2 500 mm×2 500 mm。考慮到個(gè)別家庭有老人，可能需要在家乘坐輪椅使用電梯，所以設(shè)計(jì)的家用電梯口需要綜合考慮輪椅進(jìn)出的情況。通常情況下輪椅的尺寸大約為800 mm×950 mm×700 mm，所以可以將電梯門(mén)尺寸設(shè)計(jì)為900 mm。

1.2 電梯曳引系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)家用電梯曳引系統(tǒng)的漲緊輪主要是通過(guò)電梯壓倒板固定在電梯導(dǎo)軌下部，再利用電梯支架對(duì)接口部位進(jìn)行重點(diǎn)處理。這種設(shè)計(jì)方式需要電梯具有很大的底坑深度，井道空間占據(jù)較大，所以需要對(duì)曳引系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化。傳統(tǒng)家用電梯的主機(jī)大多數(shù)是鋼絲繩驅(qū)動(dòng)，為了滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需要，根據(jù)實(shí)際井道和使用要求，設(shè)計(jì)出新型的漲緊輪。通過(guò)將漲緊輪內(nèi)部的膨脹螺栓直接固定在地面上，依靠彈簧可以保證漲緊力。曳引機(jī)方面因?yàn)樗饺俗≌敳靠臻g結(jié)構(gòu)限制因素較多，家用電梯頂層的機(jī)房難以正常設(shè)置，所以設(shè)計(jì)采用無(wú)機(jī)房形式。因?yàn)榫揽臻g有限，所以曳引機(jī)可以選擇體積較小的磁浮曳引機(jī)。磁浮曳引機(jī)的懸掛比一般為1:1，雖然傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是整體造價(jià)較高，所以選擇2:1的懸掛比，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)成本可降低30%以上[5]。

1.3 電梯對(duì)重結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

因?yàn)槭芸臻g設(shè)計(jì)限制，家用電梯對(duì)重結(jié)構(gòu)的設(shè)置必須盡量縮小，不能占據(jù)太大空間。根據(jù)對(duì)重確定公式：式中，ε為電梯對(duì)重的綜合平衡系數(shù)，一般根據(jù)重量取值0.45～0.5；Q為電梯總重量，為400 kg；P值為346 kg

故式（1）取值為G=P+εQ=346+0.5×400=546 kg。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，因?yàn)殡娞蒈壘嘈枰_(dá)到600 mm，所以需要利用鑄鐵進(jìn)行制造。實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于電梯對(duì)重架靠?jī)?nèi)墻一側(cè)具有一定剩余空間，所以對(duì)重塊可以改成偏心結(jié)構(gòu)，其整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示，可以減少對(duì)重塊使用數(shù)量，從而降低整體高度。

圖3 對(duì)重塊整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

2 電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

為了探究新型電梯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果，對(duì)電梯運(yùn)行穩(wěn)定性、噪聲量、井道利用率三項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)際比較。

根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)老式結(jié)構(gòu)家用電梯井道面積一般為1 600 mm×1 400 mm，電梯轎廂面積為1 000 mm×1 085 mm，整體井道利用率為43.5%。新設(shè)計(jì)的電梯結(jié)構(gòu)井道面積為1 500 mm×1 500 mm，電梯轎廂面積為950 mm×1 200 mm，井道利用率為55%。

此外，對(duì)電梯噪聲和波動(dòng)值域兩項(xiàng)參數(shù)也進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，新型電梯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)井道利用率更高，噪聲和運(yùn)行波動(dòng)值域也優(yōu)于傳統(tǒng)電梯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

表2 參數(shù)對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

電梯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)家用電梯的發(fā)展具有重要的意義。本文通過(guò)將傳統(tǒng)井道的龍門(mén)架結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)為書(shū)包架結(jié)構(gòu)，可以有效提高井道利用率，減少家用電梯整體設(shè)計(jì)空間。通過(guò)電梯曳引系統(tǒng)和對(duì)重系統(tǒng)的重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以有效降低電梯噪聲，提高整體穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，新設(shè)計(jì)的電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法具有可推廣價(jià)值。

[1]周年勇，陳夢(mèng)夢(mèng)，王露，等.防火型家用救生艙艙體熱環(huán)境與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2017，13（12）：186-192.

[2]姜鑫.基于ANSYS室外施工升降電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與自動(dòng)化控制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2016，35（8）：117-120.

[3]姚品.電梯機(jī)械故障的診斷及優(yōu)化設(shè)計(jì)探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（24）：9.

[4]李樺.關(guān)于電梯層門(mén)保護(hù)設(shè)計(jì)及沖擊試驗(yàn)方法的討論[J].消防界，2017（4）：81.

[5]李俊青.基于電梯應(yīng)急裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析研究[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2016（26）：15，21.