電梯懸掛裝置動態(tài)載荷特性與可靠性分析

【摘要】本文旨在分析電梯懸掛裝置的動態(tài)載荷特性及其安全可靠性。文章首先概述了電梯的主要結(jié)構(gòu)，包括其四大空間和八大系統(tǒng)。其中電梯懸掛裝置作為電梯的關鍵組成部分，其動態(tài)載荷和可靠性直接影響電梯的安全運行和乘客的乘坐體驗。電梯懸掛裝置在動態(tài)載荷作用下的性能表現(xiàn)包括振動、穩(wěn)定性、負載適應性以及噪聲等。結(jié)合電梯使用實際情況深入探討了懸掛裝置的構(gòu)件與可靠性問題，包括材料選擇、制造工藝、安裝精度以及維護管理等因素對可靠性的影響。最后提出了優(yōu)化電梯懸掛裝置結(jié)構(gòu)，提升可靠性的建議，包括改進設計、加強維護保養(yǎng)等。通過對電梯懸掛裝置的深入分析，文章不僅明確了其在特種設備行業(yè)中的重要性和安全性，也為行業(yè)的有序發(fā)展提供了寶貴的參考。

【關鍵詞】電梯；懸掛裝置；安全；動態(tài)載荷；可靠性

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.046

Dynamic Load Characteristics and Reliability Analysis of Elevator Suspension Devices

HUANG Wenhui， ZENG Yuran， LIANG Yi

（Guangxi Special Equipment Inspection and Research Institute， Nanning 530200， China）

Abstract： This article aims to analyze the dynamic load characteristics and safety reliability of elevator suspension devices. The article first outlines the main structure of elevators， including their four major spaces and eight major systems. The elevator suspension device， as a key component of the elevator， its dynamic load and reliability directly affect the safe operation of the elevator and the riding experience of passengers. The performance of elevator suspension devices under dynamic loads includes vibration， stability， load adaptability， and noise. In depth exploration was conducted on the components and reliability of suspension devices based on the actual use of elevators， including the influence of factors such as material selection， manufacturing process， installation accuracy， and maintenance management on reliability. Finally， suggestions were put forward to optimize the structure of elevator suspension devices and improve reliability， including improving design and strengthening maintenance. Through in-depth analysis of elevator suspension devices， the article not only clarifies their importance and safety in the special equipment industry， but also provides valuable reference for the orderly development of the industry.

Keywords： elevators； suspension device； safety； dynamic load； reliability

0引言

懸掛裝置的動態(tài)載荷特性直接影響到電梯的平穩(wěn)性、穩(wěn)定性和舒適性。研究懸掛裝置的動態(tài)載荷特性，對于優(yōu)化電梯設計、提高運行性能具有重要意義。懸掛裝置的可靠性直接關系到電梯使用壽命與安全。電梯投入使用后，懸掛裝置可能會受到材料疲勞、磨損、人為等因素影響，導致性能下降或失效。因此，對懸掛裝置可靠性進行分析，評估潛在的安全問題和現(xiàn)有缺陷，并制定有效的維護與管理策略，對于確保電梯的安全運行至關重要。

1電梯的主要結(jié)構(gòu)

1）四大空間包含了機房、井道地坑、轎廂與層站。

2）八大系統(tǒng)包含了導向系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、信號顯示系統(tǒng)、門系統(tǒng)、重量平衡、電力拖動、電氣控制、安全保護系統(tǒng)。除此之外，電梯中還有其他保證運行的小裝置[1]。電梯的各個部分與結(jié)構(gòu)都參與了電梯的正常運行，同時也是保證電梯運行安全的重要因素。電梯結(jié)構(gòu)圖見圖1。

曳引系統(tǒng)作為電梯上升下降的動力源，它通過曳引鋼絲繩與轎廂相連，驅(qū)動電梯的升降運動。導向系統(tǒng)則確保轎廂和對重僅沿著導軌作升降運動，從而保障電梯運行的穩(wěn)定性。轎廂是電梯中用于載客或載貨的部分，其內(nèi)部集成了控制裝置、照明和通風系統(tǒng)，旨在為乘客創(chuàng)造一個舒適的乘坐環(huán)境。門系統(tǒng)的作用是負責封住層站入口和轎廂入口，確保乘客安全進出。重量平衡系統(tǒng)利用對重和重量補償裝置平衡轎廂重量，減少電梯運行時的能耗[2]。電力拖動系統(tǒng)提供電梯運行所需的動力，而電氣控制系統(tǒng)則對電梯的運行進行操縱和控制。

2電梯安全可靠性的探究背景

隨著近年來城市高層建筑的增多，電梯的安裝和使用數(shù)量也在上升。因為技術原因、檢修事故、人為因素導致的電梯安全事故數(shù)量每年也在增多，為了保證乘客的生命安全，減少財產(chǎn)的直接間接損失，本文提出了探究電梯結(jié)構(gòu)與懸掛裝置動態(tài)載荷、可靠性的分析。結(jié)合實際情況，收集了H市范圍內(nèi)53部電梯的使用及安全情況。從2015年到2019年，通過技術檢驗共發(fā)現(xiàn)700余起事故隱患與電梯缺陷，平均每年每臺電梯發(fā)生的隱患和缺陷在5次左右。這也對電梯的安全使用提出了警示。電梯安全隱患與缺陷的相關數(shù)據(jù)見表1。

3電梯懸掛裝置及動態(tài)載荷特性分析

3.1結(jié)構(gòu)

電梯懸掛裝置由多個部件構(gòu)成，協(xié)同工作保證電梯的安全穩(wěn)定。1）曳引鋼絲繩或鏈條是電梯懸掛裝置的主要承重部件，用于連接轎廂和對重裝置。鋼絲繩或鏈條需要具有足夠的強度和韌性，以承受電梯在運行過程中產(chǎn)生的各種動態(tài)和靜態(tài)載荷[3]。2）滑輪或滾筒用于改變鋼絲繩或鏈條的方向，使它們能夠圍繞電梯井道內(nèi)的導軌順暢地運行。這些滑輪或滾筒通常由耐磨材料制成，以減少摩擦和磨損。3）懸掛架用于支撐和固定鋼絲繩或鏈條，確保它們穩(wěn)定地連接到轎廂和對重裝置上。連接件則用于將鋼絲繩或鏈條與懸掛架、轎廂和對重裝置牢固地連接起來。4）張緊裝置用于調(diào)整鋼絲繩或鏈條的張緊度，確保它們始終保持適當?shù)念A緊力，避免松弛或過度緊繃。這有助于減少振動和噪聲，提高電梯的運行平穩(wěn)性。5）電梯懸掛裝置還配備有安全裝置，如限速器、安全鉗等。這些裝置在電梯超速或發(fā)生異常情況時能夠自動觸發(fā)，使電梯停止運行或減速，以保護乘客和設備的安全。

3.2動態(tài)載荷特性

1）電梯補償鏈。作用是平衡曳引繩及隨行電纜的重量，對電梯的運行起到平衡作用。具體來說，當電梯在上下運行時，轎廂側(cè)和對重側(cè)的鋼絲繩長度會隨著電梯廂上下運行發(fā)生變化，這時曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的重量也會產(chǎn)生變化，導致兩側(cè)重量不平衡。特別是在電梯提升高度較大時，這種變化會對電梯的運行性能產(chǎn)生顯著影響，甚至會導致電梯廂失去平衡危及乘客的安全。因此，電梯上下運行時必須設置電梯補償鏈來平衡這種因高度變化帶來的重量變化，保證電梯廂的平穩(wěn)。2）動態(tài)懸掛特性在電梯的運行過程中，電梯補償鏈會隨之運動，并產(chǎn)生振蕩和懸掛現(xiàn)象，這通常被稱為鏈彈性振動。當電梯處于懸掛狀態(tài)時，如果鏈條的彈性問題導致箱體發(fā)生振動，這可能會引發(fā)一系列的問題。它不僅會產(chǎn)生不穩(wěn)定的沖擊和噪聲，給乘客帶來不適感，而且還可能引發(fā)安全隱患。

對于電梯補償鏈的振動問題，可以采用試驗的方式，或是通過計算機進行有限元分析工作，結(jié)合各類數(shù)據(jù)與實際情況來進行整體判斷。比如，在有限元的分析工作中，利用ansys計算機模擬軟件，或是結(jié)合BIM系統(tǒng)來模擬電梯運行過程，在過程中計算鏈條振幅與頻率[4]。比較常見的試驗方法是通過在實驗臺建立模型試驗，然后測量運動過程中電梯轎廂的運動振幅與頻率，從而獲得更加真實的數(shù)據(jù)。

4電梯可靠性分析

4.1電梯制動器安全問題

1）電梯制動器的作用：一是可以保證電梯在運行過程的安全，假如電梯在運行時遭遇停電，或者電源被切斷，可以通過制動器將電梯轎廂及時停住；二是在電梯停止的狀態(tài)下，制動器可以有效保證電梯的靜止。制動器可以保證在125%的額定載荷下穩(wěn)定保證轎廂位置不變[5]。圓盤制動器分解圖見圖2。

2）影響電梯制動器穩(wěn)定的因素。例如，制動瓦片與制動輪之間的間隙大小，保證制動輪可以穩(wěn)定制動就需要合理控制間隙大小。當制動瓦片與制動輪間隙過小時，會發(fā)生雖然制動響應快，但是制動輪會容易與制動瓦片產(chǎn)生脫開的半聯(lián)動問題，并加快制動瓦片的磨損。嚴重情況下會導致制動輪溫度升高，額外消耗動力并產(chǎn)生過度晃動。

3）提升電梯制動器可靠性的方案。可以在制動器上面設置自動檢測裝置，實時監(jiān)控間隙大小的變化，一旦超出預定數(shù)值自動報警。同時結(jié)合試驗和數(shù)據(jù)收集，統(tǒng)計制動器在不同的工作情況下，發(fā)生失效的次數(shù)，以此來確定人工檢修的工作周期和電梯大修的具體期限。

4.2其他安全問題

1）電動機發(fā)熱嚴重。產(chǎn)生這類問題的主要因素是電梯機房的管理工作不到位，造成使用環(huán)境十分惡劣，按照電梯管理國標要求，電梯機房的溫度需要控制在5℃～40℃，保證內(nèi)部通風狀況良好。如果機房管理不到位可能會導致夏天機房溫度超出要求。針對此類情況可以在機房內(nèi)多布置空調(diào)，保證環(huán)境溫度適中。

2）曳引輪磨損嚴重。造成原因：一是鋼絲繩張力調(diào)整不均勻；二是鋼絲繩與曳引輪匹配度不高，導致鋼絲繩張力差異過大。因此，需要加大電梯維保力度。根據(jù)使用場景及時維護保養(yǎng)，如商場賓館位置的電梯使用頻率較高，部件磨損較大需要加強檢修頻率。

5結(jié)束語

通過對電梯主體結(jié)構(gòu)與懸掛裝置的探究，了解到電梯各裝置對使用性能、安全性等因素的影響。結(jié)合實際案例，在分析過程中詳細探討了懸掛裝置在動態(tài)載荷作用下的性能表現(xiàn)，包括振動、穩(wěn)定性、負載適應性等方面的特性，以及影響電梯可靠性和安全性的因素，針對問題與缺陷，提出優(yōu)化懸掛裝置性能與可靠性的建議。未來通過不斷引入新的設計理念、材料和技術，以推動電梯懸掛裝置的性能提升和可靠性增強。

【參考文獻】

[1]周海洋，王秀華，周玉霞.關于電梯維護保養(yǎng)和安全運行的思考與探究[J].家電維修，2024（1）：64-66.

[2]韓英武，鄭奎勝.電梯制動器的結(jié)構(gòu)原理及失效分析和檢驗檢測[J].中國特種設備安全，2022，38（12）：67-71，88.

[3]張景鎮(zhèn).電梯意外移動保護裝置的結(jié)構(gòu)及檢測[J].機電工程技術，2022，51（11）：292-295.

[4]魏征，汪衛(wèi)華.電梯滑動導靴的結(jié)構(gòu)參數(shù)設計與選型[J].中國電梯，2021，32（17）：18-19.

[5]張旭濤.《電梯結(jié)構(gòu)原理》慕課資源的差異化學習研究[J].電腦知識與技術，2021，17（23）：258-261.

【作者簡介】

黃文匯，男，1991年出生，工程師，學士，研究方向為特種設備的安全與可靠性檢驗檢測技術領域。

（編輯：劉一童）