高速電梯系統結構淺析

李曉楠

（黑龍江省機械科學研究院，黑龍江 哈爾濱 154000）

1 高速電梯概述

電梯，lift，elevator，服務于高層建筑運輸的固定式升降設備。電梯有個轎廂，用來承載乘客或運送物體，沿著剛性鐵軌做升降運動，與鐵軌兩列垂直或與鐵軌保持150的傾斜角。轎廂的尺寸和結構滿足住戶出行和運輸貨物。

電梯是一個集機電一體化比較復雜的機器設備，由機械部分、液壓部分、電控部分三大部分組成。一般按照行業習慣，電梯從用途、拖動方式、提升速度和控制方式幾方面分類。不同類型的電梯按照建筑物本身需求，根據建筑物用途和客貨流量設計。

文章中的電梯是高速電梯，是一種曳引式電梯，用于較高建筑物運送乘客、運輸貨物。曳引式高速電梯中曳引繩與曳引輪之間運動產生摩擦力，曳引式高速電梯靠這摩擦力作為牽引力帶動轎廂和對重做上下行運動，這個摩擦力稱為曳引能力。電梯工作過程中有三個工作狀態，上行、下行和制動。

1.1 電梯的組成及特點

電梯是一機電一體化比較復雜的機器設備，其功能分布由機械部分、液壓部分、電控部分三大部分組成，其結構圖如圖1所示。

高速電梯的特點是采用曳引傳動，普通電梯一般是齒輪傳動，而高速電梯是無齒輪傳動，高速電梯的安全鉗是漸進式的，告訴電梯的導靴區別于普通電梯，采用的是滾動導靴，為減少高速運行時產生的摩擦，高速電梯液壓緩沖器較普通電梯相比采用兩個緩沖器保證安全，高速電梯的重力保護裝置是由對重、補償鋼絲繩及張緊裝置組成。

1.2 電梯的工作原理

電梯作為高層建筑運送乘客和貨物的設備，固然有承載人或物的箱體，即轎廂，通過轎廂的升降完成電梯的運輸目的。轎廂通過一根鋼絲繩將它與對重連接起來，鋼絲繩即是曳引繩，它纏繞在曳引輪和導向輪上，當曳引輪轉動，曳引繩與曳引輪之間摩擦產生牽引力，實現轎廂和對重的上下行運動。轎廂在電梯中沿著導軌運行，為了保證轎廂能夠持續平穩，在轎廂上安裝導靴，導靴可以沿著導軌持續穩定的做循環往復的升降運動，防止運行中轎廂有偏移或者擺動，實現電梯的安全運行。常閉塊式制動器是曳引式電梯中及其重要的安全裝置，具有電梯正常運行時指定層站的停靠和電梯故障時緊急迫停的功能。轎廂是箱體結構，功能是運載乘客貨物，對重與轎廂連接，平衡轎廂的負載。補償裝置中的補償繩一端與對重下部固定連接，另一端通過補償繩張緊裝置與轎廂的下不連接，補償電梯上下行時曳引繩在轎廂和對重兩邊長短變化產生的重量差，保持電動機功率穩定，使轎廂在指定層站準確停靠，減小誤差，保證電梯安全運行。控制系統控制電梯運行方向及運行過程中的停靠選層、測速及故障檢測等工作。指示呼叫系統實時監控轎廂的運行狀態。其設備空間分布為控制室部分、轎廂部分、井道部分、層道部分，電梯的組成如圖2所示。

圖2 高速電梯組成圖

1.3 電梯的安全部件

電梯的安全保護部件有限速裝置、安全鉗裝置、緩沖器、終端限位保護裝置、門鎖、轎廂超載保護裝置、電梯急停開關、緊急報警裝置等。

（1）限速裝置：當電梯運行速度超過其額定速度并達到危險值時，限速裝置工作，急停回路被打開，電動機停轉，制動器制動，安全鉗動作，致使轎廂被夾在軌道上，停止運動并保持靜止。限速器裝置和安全鉗總是聯合使用。限速器裝置包括限速器、限速繩以及限速器繩張緊輪。

（2）安全鉗裝置：安全鉗安裝在轎廂兩側的立柱上，通過拉臂與限速器鋼絲繩相連，在達到速度上限或者懸掛裝置斷裂的情況下，安全鉗裝置便夾緊導軌，使轎廂被迫停止上下行運動保持靜止狀態，同時，安全鉗開關動作，電梯控制回路失電。

（3）緩沖器：緩沖器是電梯安全運行的最后一道防線，安裝在電梯的井道底坑內，位于轎廂和對重的正下方。當電梯做垂直的上下行運動時，突發控制系統失靈曳引繩伸長等其他故障，前幾個安全裝置沒能有效制動，造成電梯轎廂或對重直接撞底或沖頂的危險時，緩沖器起到緩沖作用，減緩轎廂速度，保護乘客和設備安全。

（4）終端限位保護裝置：它是由強迫限速開關、終端限位開關、終端極限開關等組成，當電梯失控已到頂層或墜底而不減速時，開關碰觸接電發出信號，迫使轎廂減速停駛。當強迫限速開關為使電梯停運時，終端限位開關開啟，切斷控制電路，使轎廂停止運行。

（5）門鎖裝置：只要電梯的轎廂沒有到位，本層站的門市緊閉的，防止乘客誤入電梯通道。

2 高速電梯上行系統結構

高速電梯上行結構主要由曳引機、曳引鋼絲繩、上行制動器等組成。

電梯曳引機又稱電梯主機，是電梯轎廂移動的主要動力來源，將電能轉化為動力能，驅使轎廂做上下垂直運動。

曳引力是保證曳引驅動電梯運行的動力，是當曳引輪轉動時，鋼絲繩與曳引繩槽之間產生的摩擦力。曳引力需要滿足三個條件：（1）轎廂在裝載額定負載的125倍時平層狀態不打滑；（2）不敢轎廂的裝載情況，當出現任何緊急制動情況時，其減速值不能超過緩沖器作用時的減速值；（3）當曳引機按照電梯上行方向旋轉時而對總壓在緩沖器上，空在轎廂不可能提升。

廂與對重，承載轎廂、對重裝置、額定載重量等重量的總和。曳引機驅動使曳引輪與曳引繩在運動過程中產生摩擦，摩擦力作為一種牽引力使轎廂升降。曳引繩是圓形股狀結構，主要由鋼絲、繩股和繩芯組成。電梯用一般是6股和8股，股數多，抗疲勞強度就高。曳引鋼絲繩的繞繩方式取決于曳引條件，額定重量和額定速度等因素，根據不同的傳動方式選擇繞繩的方法，傳動比即曳引比決定繞繩方法，常用的繞法有 1∶1、2∶1、3∶1繞法，即是電梯運行時曳引輪節圓的線速度與轎廂運行速度之比。

電梯制動系統制動器安全可靠，安裝它是能夠保證電梯安全運行的重要因素之一。當電梯的動力電源或者控制回路斷電的情況下，制動器則自動制動，當轎廂載有125%的額定負載并按額定功率運行時，制動器工作制停轎廂，它還對轎廂到達指定層站與廳門地坎平行的準確度有重要作用。

3 高速電梯下行系統結構

高速電梯下行結構主要由導軌、安全鉗、轎廂、緩沖器組成。

電梯的導向系統主要由導靴、導軌、導軌架等組成，作用是限制轎廂電梯的自由度，使其只能沿著導軌上下運動。導軌是承載轎廂和對重在垂直方向上做向上運動且不偏移的部件，導靴是與導軌配合使用的，其作用是防止轎廂和對重運動過程中移動到導軌外。用于電梯轎廂導向的導軌叫轎廂導軌，也叫主軌，用于對重導向的導軌叫對重導軌，也叫副軌。電梯導軌的規格根據速度和載重有不同的分配，與轎廂結構也有關系。

安全鉗是在當電梯超速、運行失控或懸掛裝置斷裂等緊急情況時，能將導軌夾住，同時剎住轎廂，并將轎廂在導軌上牢牢持住的裝置。

轎廂系統由轎架和轎廂體組成，是電梯的承載不分，用來運送乘客和貨物。轎廂是一個箱型空間，承載運送的乘客和貨物，由轎底、轎壁、轎頂和轎門等主要部件組成。轎架是轎廂的承載機構，有足夠的強度，承載轎廂的自重和額定載重，并將其承載的重量傳遞給曳引繩，還要承受由此產生的反作用力。

緩沖器是電梯安裝系統的最后一個環節，在電梯出現故障或事故蹲底和沖頂時起緩沖作用，從而環節電梯或電梯里的人和物件面授直接的撞擊。電梯緩沖器主要有油壓緩沖器、彈簧緩沖器和聚氨酯緩沖器，根據電梯速度確定緩沖器，當速度大于1m/s時使用油壓緩沖器，當速度小于或等于1m/s時使用彈簧或聚氨酯緩沖器。

4 結語

文章主要概括了曳引式高速電梯的基本結構及工作原理，概括八大安全部件及安全鉗、限速器、緩沖器、電氣安全保護等部件的工作。分析高速電梯上下行系統結構及各部件的工作及安裝要求，使電梯在預期的高速下安全運行。