智能CAD 技術在電梯機械設計系統的應用

劉云香，劉艷想，楊 翠

（1.菏澤市產品檢驗檢測研究院，山東菏澤 274000；2.華愷智聯電梯科技有限公司，山東菏澤 274000）

0 引言

隨著科技的飛速發展，機械制造與零件設計中，智能化CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）技術得到極為廣泛的應用。在機械制圖中，智能CAD 能夠大幅度提升工作效率，為其提供全方位技術支持。由此，在電梯制造與設計中應采取行之有效的方法實現智能CAD 與機械設計有機融合，對于電梯設計制造行業的發展有著極為重要的現實意義。

1 CAD 技術在電梯設計中的理念

智能CAD 技術是一門新興人工智能技術，是現代產品和技術的衍生品，處于綜合性開發研究范疇。將CAD 技術應用于電梯機械設計，能夠在設計中融入結構設計與性能分析，同時也可對相關圖形處理加以完善。合理地選取設計范例，可以減少解決問題的復雜程度。ICAD 從設計目標表現入手，給出了兩種設計解決方案，一是CBD（Case-Based Design，以案例為基礎的設計），二是PBD（Prototype-Based Design，以原型為基礎的設計），這為ICAD 技術發展和推廣提供了良好的思路[1]。

2 智能CAD 技術在電梯設計中的優勢

2.1 縮短周期，優化產品

智能CAD 技術可以對三維立體造型問題實現良好改善，同時也可運用簡單模型組合與集合實體運算令三維模型具有更強的靈活性與便捷性，降低電梯機械設計工作量，最大限度降低電梯機械設計周期，大幅度提升機械設計工作效率。另外，CAD軟件還可以對零碎部件進行重新設計與優化升級，同時也可運用類同變形設計在短時間內構建模型，從而生產全新產品，為縮短電梯機械設計周期打下堅實基礎。

2.2 強化機械產品技術含量與質量

現代社會已實現數字化與信息化有效結合，企業可以利用CAD 與CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統）組織生產模式，通過先進CAD、CAM、CAPP 等技術手段，迅速獲得新的零件，從而確保產品設計和制造質量。利用CAD 技術可以改善電梯機械零件的幾何參數，提升參數信息描述準確性與便捷性，同時為零件的設計與改良提供更加詳細的信息支撐，確保其幾何形狀與參數等得到更加精準的描述，使設計意圖得以充分顯現[2]。在電梯設計中應用智能CAD技術，電梯產品的技術含量和質量會得到進一步提升。

2.3 提高設計者的自主性和主觀能動性

在設計與制造電梯機械產品過程中，設計人需與設計模式、參數、產品結構與性能等方面相結合，并與設計目標、主題等相結合，確保機械設計模式完整性。因此設計人員在產品設計初始階段需投入更多精力，同時加大初始方案關注力度。在此背景下，運用智能CAD 技術能夠為設計人員自身觀念與關注點加以轉變，將其精力聚集到設計構思與優化設計之上，避免在模型設計表達與實現方面投入不必要關注，從而為產品可拓展性提供有力保障。

3 智能CAD 技術在電梯機械結構設計中的應用

3.1 電梯門設計

電梯門結構包括門機、廳門、轎門、保護裝置。在啟動電梯前，廳門、轎門能夠起到閉合的作用，廳門有自動關門裝置，以防止電梯使用人員提前進入井道而墜落，因此電梯門是電梯運作安全性與穩定性的基礎保障。運用以實例推理為基礎的CBR 技術，在此基礎上汲取先進經驗，并結合先進設計實踐，以實現電梯門系統的快速開發。本系統包含方案設計、實例庫、建模、分析評價4 個步驟。

（1）方案設計：依據所需各項指標和分析結論，對電梯自動開門機構進行合理設計。

（2）實例庫是一種在新形式機械結構設計完畢后進行存檔升級的動態數據庫，該實例庫存儲了各類機械零件二維工程圖和三維模型圖集。

（3）采用PRO/ENGINEER 建模工具進行模型的參數化[3]。

（4）分析評價：采用PRO/ENGINEER 對其進行機械干涉，并對其進行機械運動模擬與動態干擾分析，從而確保了系統的可靠性，增加設計成功概率。通過函數調用PRO/ENGINEER，完成實體造型、虛擬裝配、參數繪圖。軟件的設計功能包括模擬、生成工程圖紙等。

隨著經濟的發展，人們物質生活質量日益改善，對小型非標與功能性種類的需求日益增加。由于不同用戶之間存有較大個體差異，所使用產品環境也有顯著差別，故而大部分產品無法在不同場景下重復使用，促使設計負擔大幅度增加，在此背景下，運用智能CAD 技術能夠有效解決該問題，并且在大幅度縮短設計周期的同時，提升一次性設計成功率，使產品在市場當中具有較強競爭能力。

3.2 電梯無機房繩頭座機械設計

普通電梯機房繩頭由兩個槽鋼支撐在一片金屬板上（即繩頭板）。由于無機房繩頭沒有機房，也沒有安裝通道，因此需要在頂樓安裝輔助通道，然后在副通道上安裝繩頭板。由于沒有機房，安裝輔助通道時，需要在頂部的墻壁上開洞進行預埋。因為井道結構由用戶自理，控制難度增加，而其預留孔不具備頂部磚墻結構，且不允許預埋，避免大梁受到破壞，導致輔助通道無法安裝。通用的無機房繩頭固定方法見圖1。對此，本文提出了一種新型的無機房繩頭支架設計方案，該方案采用導軌直接固定，解決由于場地條件復雜而造成的不能安裝和安裝不牢固等技術問題。其基本思路如下：①工作原理和程序：將繩頭直接用螺釘固定在導向軌道上，然后用壓力導向板進行擠壓，避免了安裝支撐通道的問題；②各構件的構成和關系：繩頭板焊在繩頭底座上，在繩頭底座上用壓力導向板將長腰孔和圓孔固定。導向件鉆孔，并與繩頭支架穿心地相連接[4]。

圖1 一般無機房繩頭安裝

4 電梯機械結構合理化設計

4.1 重量平衡與導向系統設計

重力平衡是電梯的一個不可操作部件，其主要功能是保持電梯的承重和保持電梯平衡，對電梯運行安全有著重要意義。通常情況下，電梯重量平衡系統包括3 個部件：配重、補償裝置和固定裝置。在電梯工作中起曳引作用的是導向輪和曳引輪，只有使轎廂與鋼絲繩之間有效關聯，才能保證電梯平衡。該系統主要作用是當電梯曳引高度超出額定值時，可以補償纜索的重量。為了確保電梯安全運行，必須對電梯的載荷進行適當的調整，并嚴格遵守載荷要求。電梯導向系統由導軌、導軌架、導靴三大部件組成，合理的導向系統可以使轎廂穩定性得到有力保障，確保其在預定的線路上運行，同時也可以避免過多振動。一般而言，電梯穩定度、舒適度和安全性都與導向系統有關。在危急時刻，通過安全夾具固定轎廂，可以極大地減少墜落概率[5]。同時，由于導軌具有控制升降方向功能，因此在具體的設計中，井下需設置4個導軌，主要用于對重架和轎廂進行引導，只有固定好軌道、螺栓、螺母、壓路板才能發揮出最大作用。

4.2 曳引系統設計

在電梯機械結構中，曳引裝置起到升降作用。電梯曳引系統由曳引鋼絲繩、曳引機、導向輪、限速輪組成，曳引機是電梯的動力源泉，也是曳引系統的核心，而轎廂則是由曳引輪和鋼絲繩提供動力完成輸送工作。由于電機種類繁多，分為直流和交流兩種，所以在設計時要根據電梯的速度選擇，如超高速、高速、快速和低速曳引設備，還可以根據電梯的機械構造不同，選用垂直或水平曳引設備，根據不同的減速方式，可選用有齒輪曳引輪和無齒輪曳引機。

4.3 轎廂與稱量裝置設計

轎廂主要包括轎廂架和廂體。其中，轎廂支架起到承重的作用，所以在結構設計時，必須采用拉條裝置，以增強箱體韌性，避免箱體傾斜。轎廂內部結構十分復雜，由門、壁、頂、底4個部分構成，在設計時，天花板上會有燈光和維修設施，有些設計師還會在天花板上安裝安全逃生窗，以保證一旦出現事故，救援人員可以從頂部進入營救。轎底功能是起到支撐旅客和貨物的作用，一般情況下，轎廂內都有稱量裝置，當電梯內負載過大時，會有超重警報[6]。轎壁位于轎頂與轎底之間，是重要的連接部分，因此在設計時，要注重結構的力學性能，通常采用墻體加強結構。通常情況下，電梯稱重設備安裝在轎廂頂纜繩連接處，該設備主體由杠桿與彈簧構成，主要作用是通過杠桿的搖晃反映電梯承重。一旦超過負荷，杠桿搖晃會超過極限，從而觸發保護裝置，由于設計的限制，稱量裝置不能安裝在轎廂頂部，而是采用2∶1 的纏繞方式在機房內安裝。需要嚴格注意此類設備與吊頂稱重設備箱體都要裝在電梯頂端，但是其杠桿會隨著繩頭縱向上下運動，當電梯內重量超過負荷時，自動保護裝置便會被觸發[7]。

5 結束語

隨著人們生活水平的不斷改善，對于生活質量的要求也在不斷提升，在此背景影響下，電梯機械設計系統對人們的生產和生活愈發重要。因此，在電梯的設計生產過程中，相關人員應加強機械設計的關注力度，并將智能CAD 技術在此類設備中開發應用，減少電梯在運作過程中發生故障的概率，提升電梯機械設計系統技術水平，將設計周期降至最低。