電梯機械設計的合理化分析

陳明航 劉 闖 龐紅迪

（南陽職業(yè)學院，南陽 474500）

電梯作為當前建筑重要的組成部分，使人們的出行更加方便，但也存在很多安全隱患，如何解決這些問題，成為設計者應該考慮的問題。日常生活經(jīng)常使用的電梯，按樣式分類可以分為垂直電梯和臺階式電梯，主要通過電機拖動以及鋼絲繩曳引來運行。本文將以垂直電梯為例，介紹了電梯機械工作原理，并對電梯機械結構安全性進行分析，闡述國內外電梯機械設計開發(fā)現(xiàn)狀，最后針對電梯機械設計提出合理建議。

1 電梯機械結構安全的介紹

電梯機械結構主要由機械和電氣兩大系統(tǒng)組成，部分電梯還會增加安全保護系統(tǒng)。其中機械部分包括轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、門系統(tǒng)以及安全保護系統(tǒng)；電氣部分則由電力拖動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。電梯在日常生活的使用中一般有兩種工作模式，即升降和維護。

為提升電梯機械安全性，在設計結構時，不僅要重視材料選擇，還要對系統(tǒng)設計進行嚴格把控，保證電梯運行安全，防止安全事故發(fā)生。

2 國內外電梯機械研究及設計開發(fā)歷史

2.1 國內電梯機械的研究及設計開發(fā)情況

我國電梯技術的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。第一階段主要是指建國初始階段。建國后，在黨中央要求下，提出了在北京天安門安裝1臺由我國自主研究并制造的電梯，這一項任務交給了天津從慶生電機廠，相關技術人員不負眾望，設計出了中國第一臺電梯，這既是我國電梯事業(yè)發(fā)展歷史的里程碑，也是我國電梯行業(yè)的開端，推動了電梯機械設計的發(fā)展。

第二階段主要是指1950～1979年期間，該階段我國電梯設計主要出于獨立自主研制與生產階段。第三階段是1979年至今。隨著改革開放政策提出，我國電梯技術有了質的飛躍，與國際先進技術接軌，不斷借鑒別國先進經(jīng)驗，取其精華，推動了我國電梯機械設計專業(yè)的發(fā)展。自此我國電梯機械設計質量不僅有了保證了質量，還通過各種電子技術、新型材料技術擴展了我國電梯類型。

2.2 國外電梯機械的研究或設計開發(fā)歷史

國外電梯機械設計最早是在1857年，由美國的奧蒂斯公司成功研制出世界上第一臺包含安全保護措施的電梯，并于1858年應用于紐約市的第一臺客梯上，這也是第一臺真正載人電梯。但是這個階段的電梯設計還不夠成熟，運行速度較慢。

隨著科學技術的發(fā)展，1903年，奧蒂斯公司研制出不帶減速器的無齒輪高速電梯，電梯傳動機構采用拽引驅動代替原來的卷筒式，這種電梯也為如今高層建筑中大行程、高速度電梯的前身。

1949年后，國外電梯設計開始廣泛使用電子技術，直至1989年，世界上誕生了第一臺直線電動機電梯，它取消了電梯的機房，對傳統(tǒng)技術作了重大革新，標志著電梯技術進入到一個全新領域。1990年，國外設計者將電梯控制系統(tǒng)由并行信號傳輸轉換為以串行為主的信號傳輸，提高了電梯系統(tǒng)的可靠性，為實現(xiàn)電梯群控制、智能化和遠程控制提供了技術支持。

總之，國內外電梯機械設計技術都在不斷的發(fā)展，我國電梯機械設計起步晚，較之其他發(fā)達國家電梯機械產品仍有許多不足，因此要加強技術開發(fā)力度，對先進知識要不斷學習，改進傳統(tǒng)設計思路，提高電梯質量，縮短與發(fā)達國家之間的差距。

3 電梯機械結構合理化設計建議

電梯機械設計人員需要具備謹慎的科學態(tài)度，把安全設計原理貫穿整個設計過程，包括科學選擇機械材料、選擇電力系統(tǒng)等，接下來筆者就針對電梯結構合理化設計提出幾點建議。

3.1 電梯導向系統(tǒng)的設計

電梯導向系統(tǒng)功能是限制轎廂和對重活動自由度，使轎廂和對重只沿著各自導軌作升降運動，使兩者在運行的過程中更加平穩(wěn)，不會偏斜，保證電梯機械穩(wěn)定性，是電梯機械發(fā)展的一大里程碑。電梯導向系統(tǒng)由導軌、導靴、導軌架三部分構成，在電梯升降的過程中，導向系統(tǒng)中的導軌和導靴都是常用部件，通常導靴固定在電梯上，在電梯升降的過程中導靴在導軌上滑動，其運行過程中摩擦系數(shù)較大，長期使用會導致導靴與導軌之間間隙增大，從而降低電梯運行穩(wěn)定性，并產生較大的噪聲，給電梯乘客帶來不適感，而且還會降低導靴與導軌的使用壽命。

為了解決上述問題，設計者進行了一系列研究，旨在延長導靴與導軌的使用壽命，對導靴的靴頭、靴體和靴座進行合理化設計，主要包含三項措施，優(yōu)化導軌結構形式、嚴格篩選材料以及不斷校核導軌強度[1]。

3.2 轎廂系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)的設計

由于老式電梯可靠性較差，使用者對其安全性提出質疑，要求進行改造。因此，電梯機械設計者可通過編程控制器（PLC）對電梯自動控制系統(tǒng)進行設計，從而提高國產電梯技術水平和質量。加強電梯轎廂及PLC控制系統(tǒng)理論研究，能夠有效減少電梯事故發(fā)生概率，實現(xiàn)為人民服務的宗旨[2]。

3.3 重量平衡系統(tǒng)的設計

重量平衡系統(tǒng)主要作用是在電梯運行中平衡轎廂及電梯負載重量，同時并減少電動機功率損耗，在電梯機械設計中，要保證轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，這樣既可以減輕牽引繩與導軌之間的曳引力，還能夠延長牽引繩使用壽命。此外，選擇合適的材料也可以有效地加強電梯機械的強度，減少電梯出現(xiàn)故障概率。總之，合理設計重量平衡系統(tǒng)可以加強電梯機械的平衡性，保證電梯質量，讓用戶更加放心。

3.4 曳引系統(tǒng)的設計

曳引系統(tǒng)是整個電梯機械設計的核心，其重要性毋庸置疑，它是驅動電梯的轎廂和對重做上、下運動的部件，由曳引電動機、制動器、減速箱以及曳引輪組成。它能調動電梯機械的整體性，在曳引電動機設計中，要盡量減少曳引電動機噪音，增強穩(wěn)定性與機械特性，保證其維護簡單。在曳引輪材料選擇上，材料必須滿足強度大、韌性好、耐磨損以及耐沖擊強等特性，盡可能減少曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽內的磨損。

3.5 門系統(tǒng)的設計

為了保證電梯機械安全性，門系統(tǒng)設計也是電梯機械設計中需要格外注意的內容。在電梯未運行或者運行過程當中，一定要保證轎門和廳門為緊閉狀態(tài)，并且電梯的廳門還必須要設置門鎖，防止用戶因提前進入而掉進電梯井道[3]。

4 結語

電梯設計是否合理性與用戶日常生活息息相關，為保證用戶更加放心使用電梯，一定要提高電梯的穩(wěn)定性與安全性。本文以電梯機械設計為研究對象，對國內外電梯設計歷史進行了簡要分析，同時對電梯設計內容提出了幾點建議。希望通過本文研究，能夠幫助相關設計人員設計出更加合理化的作品，規(guī)避電梯風險，更好為人民群眾服務。