探討超高速電梯中的關(guān)鍵技術(shù)

馮智樂

摘? 要：高速電梯作為超高層建筑的垂直運(yùn)輸設(shè)備，其各項(xiàng)技術(shù)備受關(guān)注。世界上超高層建筑越來越多，人們對(duì)電梯速度的期望也隨之提高，超高層建筑的建造給電梯行業(yè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。開發(fā)超高速電梯成為大勢(shì)所趨，電梯的速度越快，需要解決的問題就越多。因此超高速電梯系統(tǒng)有很多關(guān)鍵的技術(shù)需要突破，以滿足人們對(duì)超高速電梯在速度、安全性、可靠性、舒適性、高效節(jié)能等方面要求。

關(guān)鍵詞：超高速? 問題? 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU85 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（c）-0070-02

1? 當(dāng)今超高速電梯的現(xiàn)狀

世界上高層建筑的大量涌現(xiàn)，高度越來越高，電梯速度也隨之刷新。根據(jù)世界高層建筑的調(diào)查報(bào)告顯示，在所有已經(jīng)建成并已安裝電梯的大廈中，速度最快的是上海中心大廈，其由三菱電機(jī)公司設(shè)計(jì)的超高速電梯速度達(dá)到了20.5/s。而這座大廈不僅是電梯速度之最，它同時(shí)也保持著電梯提升高度之最，其提升高度達(dá)到578.5m，占整座大廈的90%高度。在這樣的速度下，到達(dá)頂層僅需要55s。其次是廣州周大福金融中心，而臺(tái)北101大廈則緊隨其后。它們分別是由日本日立公司設(shè)計(jì)的電梯速度達(dá)到了20m/s，和日本東芝公司設(shè)計(jì)的 16.8m/s電梯。

2? 超高速電梯的關(guān)鍵技術(shù)

通過采購(gòu)高速電梯的部件，在試驗(yàn)井道中組裝一臺(tái)超高速電梯，目前不是一件難事，但要達(dá)到運(yùn)行安全、可靠，特別是乘坐舒適的程度卻不是一件易事，因此我們要研究其中的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 減少轎廂內(nèi)噪音

電梯在井道中高速運(yùn)行時(shí)，轎廂與空氣會(huì)產(chǎn)生相互作用的摩擦力從而產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪音。要減少空氣動(dòng)力噪音，可以從聲源上著手。首先減少轎廂外部擾動(dòng)氣流的障礙物，可在轎廂的頂部與底部設(shè)置整流罩的辦法，讓轎廂外形變成流線型結(jié)構(gòu)，能夠有效地減少氣流干擾，進(jìn)而也有效的降低了電梯在運(yùn)行過程產(chǎn)生的噪音。其次減少井道內(nèi)的氣壓差，可通過圓柱型轎廂，配合圓柱形狀的井道，能夠使轎廂外壁到井道內(nèi)壁等距，從而減小因氣壓差所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪音。除了控制聲源外，還能從抑制聲音傳播著手。采用雙層封閉結(jié)構(gòu)的轎壁，壁板內(nèi)部抽直空處理，能有效地阻擋噪聲往轎廂內(nèi)部傳播。同時(shí)轎內(nèi)的壁板也應(yīng)該考慮采用具有吸聲的材料以考慮進(jìn)入轎廂內(nèi)噪聲的反射問題。

除空氣動(dòng)力動(dòng)噪音外，轎廂機(jī)械噪音也是一個(gè)不可忽視的問題。當(dāng)轎廂穿越層門地坎時(shí)會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的風(fēng)壓，層門板和轎廂門板同時(shí)受側(cè)向力的作用而產(chǎn)生機(jī)械噪音。因此轎門板和層門也必須采用隔音屏蔽的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減少噪音的效果。

2.2 安全部件的開發(fā)與研究

2.2.1 安全鉗

對(duì)于超高速運(yùn)行的電梯而言，出現(xiàn)速度上的失控是致命的，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此，研發(fā)出滿足超高速電梯使用的安全鉗，是至關(guān)重要的。當(dāng)電梯運(yùn)行速度達(dá)到10m/s以上的時(shí)候，若安全鉗被觸發(fā)，安全鉗楔塊會(huì)馬上動(dòng)作抱緊導(dǎo)軌，與導(dǎo)軌產(chǎn)生劇烈摩擦，由于普通安全鉗是使用銅鋼制楔塊，在剎車過程中，所產(chǎn)生的高溫會(huì)將其熔化，從而導(dǎo)致安全鉗失效。當(dāng)前超高速電梯開發(fā)中，通常采用耐摩擦和耐高溫的復(fù)合型陶瓷材料。而陶瓷的撞擊性能較差，當(dāng)剎車過程中發(fā)生導(dǎo)軌變形時(shí)，導(dǎo)軌會(huì)與安全鉗發(fā)生撞擊，從而讓楔塊很容易被撞碎。若出現(xiàn)此情況，安全鉗功能便會(huì)失效。因此，在安全鉗楔塊材質(zhì)的研制中，應(yīng)該開發(fā)出同時(shí)具備陶瓷和鋼鐵雙重特性的材料。

2.2.2 緩沖器

緩沖器高度是跟轎廂額定速度的平方成正比。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB7588-2003要求緩沖器可能的總行程應(yīng)至少等于相應(yīng)于115%額定速度的重力制停距離的兩倍，即0.0674v2（m）。如電梯額定速度為15m/s時(shí)，傳統(tǒng)單級(jí)緩沖器的壓縮行程最少需要15m。如此高的緩沖器無論是對(duì)建筑物的底坑深度，還是對(duì)運(yùn)輸都是難以去實(shí)現(xiàn)的，因此必需研發(fā)出高度更為合理的緩沖器。具有套筒式柱塞結(jié)構(gòu)緩沖器，可將緩沖器分多級(jí)壓縮，能有效的減少緩沖器的高度，更好地滿足運(yùn)輸和建筑要求。

2.3 乘坐舒適性

超高速電梯在運(yùn)行中，對(duì)導(dǎo)軌細(xì)微的彎曲及脈動(dòng)的風(fēng)壓，都會(huì)引起轎廂的橫向震動(dòng)，這種晃動(dòng)是與轎廂的運(yùn)行速度成正比，因此高強(qiáng)度、高質(zhì)量導(dǎo)軌的選用和導(dǎo)軌高精度的安裝是最基本要求。同時(shí)，可以在轎廂的上下左右四個(gè)導(dǎo)向處安裝能檢測(cè)出導(dǎo)軌彎曲和脈動(dòng)風(fēng)壓引起的水平振動(dòng)并進(jìn)行主動(dòng)控制的減震裝置。此外，采用磁懸浮式的導(dǎo)靴能實(shí)現(xiàn)轎廂與導(dǎo)軌的非接觸運(yùn)行，有效地減小震動(dòng)，從而提高電梯的乘坐舒適性。

2.4 開發(fā)新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)

永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能和低速大轉(zhuǎn)矩，隨著技術(shù)的不斷提升，永磁同步電機(jī)的不斷發(fā)展，容量上的有了大大的提升，它將是超高速電梯開發(fā)更新?lián)Q代的主要驅(qū)動(dòng)主機(jī)。通過采用永磁同步電機(jī)，電梯主機(jī)一般能夠降低20%的體積，功率能提高至少15%，振動(dòng)和噪音能降低10dB。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，跟直流電機(jī)相比，它沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn);和異步電機(jī)相比，它由于不需要無功勵(lì)磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)控制性能好;和普通同步電動(dòng)機(jī)相比，它省去了勵(lì)磁裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。

新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)同時(shí)具備能量反饋技術(shù)。顧名思義能量反饋技術(shù)即可以將電梯運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的勢(shì)能和動(dòng)能通過能量轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)換為電能并反饋到其他用電設(shè)備當(dāng)中。電梯輕載上行或滿載下行時(shí)，由于對(duì)重裝置或轎廂會(huì)比另一側(cè)重，當(dāng)速度達(dá)到了額定速度后，電梯系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生多余的勢(shì)能，通過多重整流技術(shù)轉(zhuǎn)化為電能并回饋到電網(wǎng)，由此可減少設(shè)備的能耗，滿足節(jié)能環(huán)保要求。能量反饋技術(shù)可以說是繼永磁同步電機(jī)技術(shù)后電梯行業(yè)的又一重大技術(shù)突破。

2.5 提高電梯的運(yùn)輸能力

電梯作為一種交通運(yùn)輸工具，就有一個(gè)運(yùn)輸能力問題。高層建筑在配置電梯時(shí)需要分析大廈交通模式、電梯運(yùn)行速度、開關(guān)門時(shí)間和停站時(shí)間等，以保證滿足人流的使用要求?？s短開關(guān)門時(shí)間，是提高電梯運(yùn)輸能力的一項(xiàng)重要舉措。因此開發(fā)出具有安全、穩(wěn)定和快速的門機(jī)，是日后的工作重點(diǎn)。停站時(shí)間是電梯運(yùn)輸能力中一項(xiàng)復(fù)雜的參數(shù)，因?yàn)樗Q于出入電梯轎廂人數(shù)而變化，具有很大的不確定因素。通常停站時(shí)間是電梯使用過程中耗時(shí)最多的參數(shù)，它因此成為電梯系統(tǒng)運(yùn)輸能力的決定性因素。為縮短停站時(shí)間，提高電梯通行效率，一般的超高層建筑均配備多臺(tái)電梯，后臺(tái)控制系統(tǒng)收集到來自各層站的呼叫后，會(huì)優(yōu)先安排最近的電梯到達(dá)相應(yīng)層站。由于高層建筑層站較多，電梯也難免出現(xiàn)空載運(yùn)行的現(xiàn)象，如何將現(xiàn)時(shí)的控制系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，減小電梯空載率，提升運(yùn)行效率將會(huì)是未來開發(fā)的任務(wù)。

雙層轎廂電梯是另一種提高電梯運(yùn)輸能力的新方式。顧名思義，雙層轎廂分為上下層廂體結(jié)構(gòu)，乘客可以從上下兩個(gè)層站的廳門分別出入轎廂，下層轎廂?？繂螖?shù)樓層，上層轎廂?？侩p數(shù)樓層。這樣布置的優(yōu)越性在于節(jié)省能源，而且有助于緩解候梯大廳人群的擁擠程度，從而在客流高峰期間提高了運(yùn)行效率。

3? 結(jié)語

隨著國(guó)內(nèi)高層建筑的不斷涌現(xiàn)，高速電梯關(guān)鍵技術(shù)的探討勢(shì)必對(duì)舒適、高效及高速電梯的研制起到積極的推動(dòng)作用。進(jìn)入信息化時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等也勢(shì)必會(huì)應(yīng)用到高速電梯中去，新技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)給人類未來的生活帶來巨大的改變。因此，對(duì)高速電梯的研究應(yīng)該不斷深入，高速電梯的發(fā)展也會(huì)越來越好。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅尚先.淺析高速電梯的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2007（7）：74-77.

[2] 金晴川譯.超高層電梯[J].中國(guó)電梯，1998，9（11）：32-35.

[3] 徐嘉.超高層電梯設(shè)計(jì)的分析[J].重慶建筑，2012（11）：38-40.