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輸設(shè)備，其各項技術(shù)備受關(guān)注。世界上超高層建筑越來越多，人們對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：TU85 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：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，其由三菱電機公司設(shè)計的超高速電梯速度達到了20.5/s。而這座大廈不僅是電梯速度之最，它同時也保持著電梯提升高度之最，其提升高度達到578.5m，占整座大廈的90%高度。在這樣的速度下，到達頂層僅需要55s。其次是廣州周大福金融中心，而臺北101大廈則緊隨其后。它們分別是由日本日立公司設(shè)計的電梯速度達到了20m/s，和日本東芝公司設(shè)計的 16.8m/s電梯。

2? 超高速電梯的關(guān)鍵技術(shù)

通過采購高速電梯的部件，在試驗井道中組裝一臺超高速電梯，目前不是一件難事，但要達到運行安全、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行時，轎廂與空氣會產(chǎn)生相互作用的摩擦力從而產(chǎn)生空氣動力噪音。要減少空氣動力噪音，可以從聲源上著手。首先減少轎廂外部擾動氣流的障礙物，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，進而也有效的降低了電梯在運行過程產(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入轎廂內(nèi)噪聲的反射問題。

除空氣動力動噪音外，轎廂機械噪音也是一個不可忽視的問題。當(dāng)轎廂穿越層門地坎時會產(chǎn)生脈動的風(fēng)壓，層門板和轎廂門板同時受側(cè)向力的作用而產(chǎn)生機械噪音。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

對于超高速運行的電梯而言，出現(xiàn)速度上的失控是致命的，將會導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，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)電梯運行速度達到10m/s以上的時候，若安全鉗被觸發(fā)，安全鉗楔塊會馬上動作抱緊導(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，導(dǎo)軌會與安全鉗發(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，傳統(tǒng)單級緩沖器的壓縮行程最少需要15m。如此高的緩沖器無論是對建筑物的底坑深度，還是對運輸都是難以去實現(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，可將緩沖器分多級壓縮，能有效的減少緩沖器的高度，更好地滿足運輸和建筑要求。

2.3 乘坐舒適性

超高速電梯在運行中，對導(dǎo)軌細(xì)微的彎曲及脈動的風(fēng)壓，都會引起轎廂的橫向震動，這種晃動是與轎廂的運行速度成正比，因此高強度、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，可以在轎廂的上下左右四個導(dǎo)向處安裝能檢測出導(dǎo)軌彎曲和脈動風(fēng)壓引起的水平振動并進行主動控制的減震裝置。此外，采用磁懸浮式的導(dǎo)靴能實現(xiàn)轎廂與導(dǎo)軌的非接觸運行，有效地減小震動，從而提高電梯的乘坐舒適性。

2.4 開發(fā)新型驅(qū)動電機

永磁同步電機的優(yōu)點是節(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)動主機。通過采用永磁同步電機，電梯主機一般能夠降低20%的體積，功率能提高至少15%，振動和噪音能降低10dB。因為永磁同步電機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優(yōu)點，跟直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點;和異步電機相比，它由于不需要無功勵磁電流，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)可測控制性能好;和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。

新型驅(qū)動電機應(yīng)同時具備能量反饋技術(shù)。顧名思義能量反饋技術(shù)即可以將電梯運行時，產(chǎn)生的勢能和動能通過能量轉(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，由于對重裝置或轎廂會比另一側(cè)重，當(dāng)速度達到了額定速度后，電梯系統(tǒng)便會產(chǎn)生多余的勢能，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 提高電梯的運輸能力

電梯作為一種交通運輸工具，就有一個運輸能力問題。高層建筑在配置電梯時需要分析大廈交通模式、電梯運行速度、開關(guān)門時間和停站時間等，以保證滿足人流的使用要求?？s短開關(guān)門時間，是提高電梯運輸能力的一項重要舉措。因此開發(fā)出具有安全、穩(wěn)定和快速的門機，是日后的工作重點。停站時間是電梯運輸能力中一項復(fù)雜的參數(shù)，因為它取決于出入電梯轎廂人數(shù)而變化，具有很大的不確定因素。通常停站時間是電梯使用過程中耗時最多的參數(shù)，它因此成為電梯系統(tǒng)運輸能力的決定性因素。為縮短停站時間，提高電梯通行效率，一般的超高層建筑均配備多臺電梯，后臺控制系統(tǒng)收集到來自各層站的呼叫后，會優(yōu)先安排最近的電梯到達相應(yīng)層站。由于高層建筑層站較多，電梯也難免出現(xiàn)空載運行的現(xiàn)象，如何將現(xiàn)時的控制系統(tǒng)進一步優(yōu)化，減小電梯空載率，提升運行效率將會是未來開發(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層站的廳門分別出入轎廂，下層轎廂?？繂螖?shù)樓層，上層轎廂停靠雙數(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行效率。

3? 結(jié)語

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

參考文獻

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