自平衡式雙聯(lián)升降電梯構造原理

何建威　雷源春　歐陽格

摘 要 電梯從誕生到今天已經(jīng)有100多年，由最早的簡陋不安全、不舒適的升降電梯，經(jīng)歷了無數(shù)次的改進和提高，才能發(fā)展到今天升降電梯的技術水平。而且技術發(fā)展還不斷前進。已經(jīng)由功能單一發(fā)展到多用途、全功能、超高速電梯。但電梯的效率與節(jié)能方面卻很少納入考慮范圍，通常都是考慮功能性、安全性、舒適性方面，本設計思路從節(jié)能與效率方面進行考慮，比普通的單井電梯節(jié)能50%以上，而且運行效率也有所提高，尤其是在特定場合中使用能明顯提高運行效率，節(jié)省乘客的等待時間。

關鍵詞 升降電梯 自平衡式 節(jié)能 高效率

中圖分類號：TU231 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.02.025

Abstract Elevator from birth to today has more than 100 years， from the earliest primitive insecurity， uncomfortable elevators， has experienced numerous improvements and improved elevators to the development of today's technology. And technology development also continues to advance. It has been developed from single function to multi-purpose， full-featured， ultra-high-speed elevators. But efficiency and energy saving elevators rarely taken into account， is usually considered the functionality， safety， comfort， consider the present design ideas from energy conservation and efficiency， energy saving than the average single well lift more than 50% and operating efficiency also improved， especially for use in specific occasions can significantly improve operational efficiency and save waiting time of passengers.

Key words elevators； balanced； energy-saving； high efficiency

1852年美國機械工程師奧的斯先生發(fā)明了電梯之前，人們就已經(jīng)開始使用原始的升降工具來運送人員和貨物，當時大多采用人力或畜力作為驅動動力，直到19世紀初工業(yè)革命的發(fā)展，在歐美國家才開始使用蒸汽機作為升降工具的動力，并不斷地進行創(chuàng)新與改進。隨著當今人口與可利用土地面積之間矛盾不斷加劇，發(fā)展節(jié)能型、多功能、多用途、超高速的電梯已成為現(xiàn)代研究的必然課題和發(fā)展方向。

1 自平衡式雙聯(lián)升降電梯總體設計思路

雙聯(lián)升降電梯與現(xiàn)有電梯的系統(tǒng)有所區(qū)別，主要在轎箱系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)。這三大部分與現(xiàn)有升降電梯有著本質的區(qū)別，本設計思路省去了重量平衡系統(tǒng)重的對重，用另外一個轎箱來替代對重，以達到電梯動力設備的工作平衡。轎廂始終一個向上運動，一個向下運動。以減少乘客等待時間，上的搭乘上升一側電梯，下的搭乘下降一側電梯，而普通單箱電梯設計都是遵循一個方向的運動原則：上的要到頂才能下，下的要到底才能上，誰先操作以誰的運行方向為準。這種模式盡管能相對提高升降電梯的運行效率，但乘客等待的時間就會增加。而雙聯(lián)升降電梯都解決了運行效率與等待時間的矛盾，使兩者得到優(yōu)化，一方面能提高電梯運行效率，節(jié)省能耗，另一方面能使乘客等待的時間縮短，符合當今社會的快節(jié)奏生活，值得推廣普及。

自平衡式升降電梯主要由七大系統(tǒng)組成：轎廂自平衡系統(tǒng)、引導系統(tǒng)、門系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)與安全保護系統(tǒng)（圖1）。

圖1

2 轎廂自平衡系統(tǒng)的設計

電梯轎廂使裝載乘客或貨物并能方便進出的箱型結構部件，它由轎架和轎廂兩部分組成。轎架要求有足夠的強度以承受自重與安全裝置產(chǎn)生的反作用力。轎架一般有上梁、底梁和拉條等組成。轎廂體是承載乘客的地方，要求安全、無毒、不易燃燒、不產(chǎn)生有害氣體與煙霧等。轎廂一般有轎底板、轎廂壁、轎廂頂?shù)冉M成。

自平衡式雙聯(lián)電梯的兩個轎廂是完全一樣的并且等重，其中一個既替代了普通升降電梯的對重，也達到了雙聯(lián)電梯的工作穩(wěn)定性，在同等條件下，是普通升降電梯運力的一倍，相當于兩臺普通電梯工作的效率，而能耗只是一臺普通電梯能耗。

重量平衡系統(tǒng)的作用是使左右兩個轎廂達到相對平衡，在電梯運行中即使載重不斷變化仍是左右兩者的重量差保持在一定范圍內(nèi)，由于本設計使用雙轎廂結構，從而省去了對重裝置，當左右轎廂的載重相等時，電梯處于最節(jié)能狀態(tài)節(jié)能50%，當兩個轎廂滿載時節(jié)能可達80%（兩個轎廂基本達到平衡，基本沒有重力差）。重量補償裝置是懸掛在轎廂與轎廂之間的補償鏈條，當電梯運行時，其長度的變化正好與曳引長度變化趨勢相反，無論兩個轎廂在哪個位置，曳引繩與補償鏈相互補償，這樣兩個轎廂就有了補償平衡作用。

3 導向系統(tǒng)

導向系統(tǒng)是限制轎廂活動自由的，使轎廂只能沿著導軌做升降運動，不會發(fā)生橫向的擺動和振動，保證轎廂運行平穩(wěn)，以保證乘客的舒適與安全性。它是由導軌、導靴和導軌架組成。導軌必須具有剛性強、可靠性高、安全等特點，而且導軌平面必須光滑沒有明顯凹凸不平的表面。由于導軌是導靴和安全裝置的穿梭路軌，要保證其運行間隙同時在電梯出現(xiàn)超速事故承受制停電梯的責任。導靴可采用普通升降電梯的配件，既能方便安裝又節(jié)省了研制成本。

4 曳引系統(tǒng)

曳引系統(tǒng)是向電梯輸送與傳輸動力，使電梯運行的動力來源。它主要由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪反繩輪等組成。

曳引機又稱電梯主機，它由電動機、制動器、聯(lián)軸器、減速器、曳引輪機架、導向輪及附屬盤車手輪組成。

曳引機可采用動力通過中間減速器傳遞曳引輪的有齒曳引機。在這個基礎上還可以設計一個手搖式動力驅動器，在斷電或者其他特殊情況下，外部救援人員可以在斷電情況下，通過手搖方式使電梯上下運動，以達到快速解救被困者的目的。

導向輪為曳引繩導向，讓鋼絲繩分別連接兩個轎廂的兩頭以引導其適當?shù)奈恢谩?/p>

5 門系統(tǒng)

電梯門系統(tǒng)由層門與轎廂門組成，層門與轎廂門結構相同，由門、導軌架、滑輪、滑塊、門框、地坎等組成。要使門具有強度與剛性最好在門背配上加強鋼筋。為了提高舒適性、減少噪音，可在門板背面涂貼防震吸音材料。

6電力拖動系統(tǒng)

電力拖動系統(tǒng)為電梯提供動力，對電梯的啟動加速、勻速運行和制動減速起著控制作用，拖動系統(tǒng)的性能直接影響電梯加減速性能、平層精度、舒適感等重要指標?？筛鶕?jù)實際情況采用直流電動機拖動、交流電動機拖動或永磁同步電動機拖動。他們各有優(yōu)缺點，可以根據(jù)實際安裝環(huán)境與條件進行選擇。（1）直流電機拖動具有調速性能好、啟動力矩大等特點。（2）交流電機拖動具有結構簡單、運行性好、價格便宜等優(yōu)點。但功率因數(shù)低，調速性差等缺點。（3）永磁同步電機拖動具有體積小、重量輕、高效率節(jié)能等優(yōu)點。

7 電氣控制系統(tǒng)

電梯的電氣控制系統(tǒng)是對電梯主曳引電動機和門機的啟動、運行減速、停止控制，以及每層站顯示、層站召喚、轎內(nèi)指令、安全保護等信號進行分析與處理。以保證各系統(tǒng)部件協(xié)調工作。

雙聯(lián)升降電梯采用MCU微機控制器，對電梯內(nèi)部傳感器的信息進行分析處理，以使各系統(tǒng)能更好地工作。

MCU程序主要包括：同向流程設計、反向流程設計、門開啟關閉設計、超員系統(tǒng)設計、應急系統(tǒng)設計、安全系統(tǒng)設計等組成。

MCU程序設計與傳統(tǒng)單轎廂升降電梯有所不同，主要表現(xiàn)在雙轎廂的乘客搭乘程序上：（1）當乘客為同向乘客時，這與普通單轎廂電梯的程序設計是基本相同。按照誰先操作誰優(yōu)先原則，同向順路搭載原則；（2）當乘客為反向乘客時，這個是普通電梯程序所不具有的，必須另外設計。（3）進轎廂時：開始也是按照誰先操作誰優(yōu)先原則，并判斷乘客與轎廂最短距離來啟動最近轎廂進行接載乘客。當中途有反向且反向轎廂順路乘客時，開啟反向轎廂門接載反向乘客，另一個轎廂乘客等待。（4）出轎廂時：系統(tǒng)自動根據(jù)乘客所需樓層計算轎廂內(nèi)乘客出轎廂位置，中途乘客可以優(yōu)先出轎箱，直到把所有乘客搭載到所需位置后停止運行，等待下一位乘客的到來。

8 雙聯(lián)電梯電氣組成

雙聯(lián)電梯的電氣組成結構上與普通電梯有所不同，但電器控制系統(tǒng)的主要組成部分卻大致相同，這樣能很大程度上節(jié)約研發(fā)與維護成本，在安裝與調試過程中也與普通電梯大致相同，能減輕安裝技術人員的勞動時間與勞動強度。

雙聯(lián)電梯電氣控制系統(tǒng)主要由：召喚盒、內(nèi)外呼應箱、層站位置顯示裝置、平停層裝置、端站強迫換速開關、頂層電機換向裝置、限位開關、控制箱、檢修箱等組成。

9 安全裝置

限速安全鉗系統(tǒng)是電梯必不可少的安全裝置，當電梯速度超過額定速度的115%、運行失控、懸掛裝置斷裂時，限速安全裝置迅速將電梯轎廂制停在導軌上，并保持靜止狀態(tài)，避免乘客傷亡與設備損壞事故。

本系統(tǒng)為了提高安全性，采用了耗能型緩沖器。要求轎廂沖擊到緩沖器上的平均減速度不能超過1g，為了保證人員的安全，且減速超過2.5g以上的作用時間不能超過40ms。乘客的人身安全才有保障。

根據(jù)國家標準GB7588-95規(guī)定電源錯相與電壓降低都應有保護措施的要求，電梯控制系統(tǒng)必須采用相序繼電器以防止供電相序錯誤與缺相。在直流電梯中驅動直流電動機的相序錯會導致飛車事故、在交流電梯中發(fā)生相序錯就會使上與下運行反向。所以必須采用相序裝置保護人身與設備安全。

安全觸板是在電梯自動關門過程中，防止人員或物體被夾受損。

紅外光幕通過MCU控制，自上而下連續(xù)掃描轎門區(qū)域，當任何一束紅外線被擋時，系統(tǒng)立即開門，以防止人員被夾。

超載保護裝置：當電梯負載超過電梯的額定負載時，過載裝置使電梯不能啟動運行并發(fā)出過載信號，要求后上乘客下梯。

10 結語

本雙聯(lián)電梯設計初衷在于節(jié)能考慮，在某些場合可能有一定的局限性，不能適用于所有的場合，但在人流密集與流動性大的場合，如醫(yī)院、購物中心等場合具有明顯的優(yōu)勢，能提高運行效率與節(jié)約能源，是現(xiàn)有單聯(lián)電梯無法比擬的。

課題來源：2015年廣州科技職業(yè)技術學院《自平衡式雙聯(lián)開降電梯》研究課題（項目編號：2015ZR04）

參考文獻

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