智能CAD 技術(shù)在電梯機械設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用

劉云香，劉艷想，楊 翠

（1.菏澤市產(chǎn)品檢驗檢測研究院，山東菏澤 274000；2.華愷智聯(lián)電梯科技有限公司，山東菏澤 274000）

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，機械制造與零件設(shè)計中，智能化CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）技術(shù)得到極為廣泛的應(yīng)用。在機械制圖中，智能CAD 能夠大幅度提升工作效率，為其提供全方位技術(shù)支持。由此，在電梯制造與設(shè)計中應(yīng)采取行之有效的方法實現(xiàn)智能CAD 與機械設(shè)計有機融合，對于電梯設(shè)計制造行業(yè)的發(fā)展有著極為重要的現(xiàn)實意義。

1 CAD 技術(shù)在電梯設(shè)計中的理念

智能CAD 技術(shù)是一門新興人工智能技術(shù)，是現(xiàn)代產(chǎn)品和技術(shù)的衍生品，處于綜合性開發(fā)研究范疇。將CAD 技術(shù)應(yīng)用于電梯機械設(shè)計，能夠在設(shè)計中融入結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析，同時也可對相關(guān)圖形處理加以完善。合理地選取設(shè)計范例，可以減少解決問題的復(fù)雜程度。ICAD 從設(shè)計目標表現(xiàn)入手，給出了兩種設(shè)計解決方案，一是CBD（Case-Based Design，以案例為基礎(chǔ)的設(shè)計），二是PBD（Prototype-Based Design，以原型為基礎(chǔ)的設(shè)計），這為ICAD 技術(shù)發(fā)展和推廣提供了良好的思路[1]。

2 智能CAD 技術(shù)在電梯設(shè)計中的優(yōu)勢

2.1 縮短周期，優(yōu)化產(chǎn)品

智能CAD 技術(shù)可以對三維立體造型問題實現(xiàn)良好改善，同時也可運用簡單模型組合與集合實體運算令三維模型具有更強的靈活性與便捷性，降低電梯機械設(shè)計工作量，最大限度降低電梯機械設(shè)計周期，大幅度提升機械設(shè)計工作效率。另外，CAD軟件還可以對零碎部件進行重新設(shè)計與優(yōu)化升級，同時也可運用類同變形設(shè)計在短時間內(nèi)構(gòu)建模型，從而生產(chǎn)全新產(chǎn)品，為縮短電梯機械設(shè)計周期打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 強化機械產(chǎn)品技術(shù)含量與質(zhì)量

現(xiàn)代社會已實現(xiàn)數(shù)字化與信息化有效結(jié)合，企業(yè)可以利用CAD 與CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統(tǒng)）組織生產(chǎn)模式，通過先進CAD、CAM、CAPP 等技術(shù)手段，迅速獲得新的零件，從而確保產(chǎn)品設(shè)計和制造質(zhì)量。利用CAD 技術(shù)可以改善電梯機械零件的幾何參數(shù)，提升參數(shù)信息描述準確性與便捷性，同時為零件的設(shè)計與改良提供更加詳細的信息支撐，確保其幾何形狀與參數(shù)等得到更加精準的描述，使設(shè)計意圖得以充分顯現(xiàn)[2]。在電梯設(shè)計中應(yīng)用智能CAD技術(shù)，電梯產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量會得到進一步提升。

2.3 提高設(shè)計者的自主性和主觀能動性

在設(shè)計與制造電梯機械產(chǎn)品過程中，設(shè)計人需與設(shè)計模式、參數(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能等方面相結(jié)合，并與設(shè)計目標、主題等相結(jié)合，確保機械設(shè)計模式完整性。因此設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計初始階段需投入更多精力，同時加大初始方案關(guān)注力度。在此背景下，運用智能CAD 技術(shù)能夠為設(shè)計人員自身觀念與關(guān)注點加以轉(zhuǎn)變，將其精力聚集到設(shè)計構(gòu)思與優(yōu)化設(shè)計之上，避免在模型設(shè)計表達與實現(xiàn)方面投入不必要關(guān)注，從而為產(chǎn)品可拓展性提供有力保障。

3 智能CAD 技術(shù)在電梯機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 電梯門設(shè)計

電梯門結(jié)構(gòu)包括門機、廳門、轎門、保護裝置。在啟動電梯前，廳門、轎門能夠起到閉合的作用，廳門有自動關(guān)門裝置，以防止電梯使用人員提前進入井道而墜落，因此電梯門是電梯運作安全性與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)保障。運用以實例推理為基礎(chǔ)的CBR 技術(shù)，在此基礎(chǔ)上汲取先進經(jīng)驗，并結(jié)合先進設(shè)計實踐，以實現(xiàn)電梯門系統(tǒng)的快速開發(fā)。本系統(tǒng)包含方案設(shè)計、實例庫、建模、分析評價4 個步驟。

（1）方案設(shè)計：依據(jù)所需各項指標和分析結(jié)論，對電梯自動開門機構(gòu)進行合理設(shè)計。

（2）實例庫是一種在新形式機械結(jié)構(gòu)設(shè)計完畢后進行存檔升級的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，該實例庫存儲了各類機械零件二維工程圖和三維模型圖集。

（3）采用PRO/ENGINEER 建模工具進行模型的參數(shù)化[3]。

（4）分析評價：采用PRO/ENGINEER 對其進行機械干涉，并對其進行機械運動模擬與動態(tài)干擾分析，從而確保了系統(tǒng)的可靠性，增加設(shè)計成功概率。通過函數(shù)調(diào)用PRO/ENGINEER，完成實體造型、虛擬裝配、參數(shù)繪圖。軟件的設(shè)計功能包括模擬、生成工程圖紙等。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們物質(zhì)生活質(zhì)量日益改善，對小型非標與功能性種類的需求日益增加。由于不同用戶之間存有較大個體差異，所使用產(chǎn)品環(huán)境也有顯著差別，故而大部分產(chǎn)品無法在不同場景下重復(fù)使用，促使設(shè)計負擔大幅度增加，在此背景下，運用智能CAD 技術(shù)能夠有效解決該問題，并且在大幅度縮短設(shè)計周期的同時，提升一次性設(shè)計成功率，使產(chǎn)品在市場當中具有較強競爭能力。

3.2 電梯無機房繩頭座機械設(shè)計

普通電梯機房繩頭由兩個槽鋼支撐在一片金屬板上（即繩頭板）。由于無機房繩頭沒有機房，也沒有安裝通道，因此需要在頂樓安裝輔助通道，然后在副通道上安裝繩頭板。由于沒有機房，安裝輔助通道時，需要在頂部的墻壁上開洞進行預(yù)埋。因為井道結(jié)構(gòu)由用戶自理，控制難度增加，而其預(yù)留孔不具備頂部磚墻結(jié)構(gòu)，且不允許預(yù)埋，避免大梁受到破壞，導(dǎo)致輔助通道無法安裝。通用的無機房繩頭固定方法見圖1。對此，本文提出了一種新型的無機房繩頭支架設(shè)計方案，該方案采用導(dǎo)軌直接固定，解決由于場地條件復(fù)雜而造成的不能安裝和安裝不牢固等技術(shù)問題。其基本思路如下：①工作原理和程序：將繩頭直接用螺釘固定在導(dǎo)向軌道上，然后用壓力導(dǎo)向板進行擠壓，避免了安裝支撐通道的問題；②各構(gòu)件的構(gòu)成和關(guān)系：繩頭板焊在繩頭底座上，在繩頭底座上用壓力導(dǎo)向板將長腰孔和圓孔固定。導(dǎo)向件鉆孔，并與繩頭支架穿心地相連接[4]。

圖1 一般無機房繩頭安裝

4 電梯機械結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計

4.1 重量平衡與導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計

重力平衡是電梯的一個不可操作部件，其主要功能是保持電梯的承重和保持電梯平衡，對電梯運行安全有著重要意義。通常情況下，電梯重量平衡系統(tǒng)包括3 個部件：配重、補償裝置和固定裝置。在電梯工作中起曳引作用的是導(dǎo)向輪和曳引輪，只有使轎廂與鋼絲繩之間有效關(guān)聯(lián)，才能保證電梯平衡。該系統(tǒng)主要作用是當電梯曳引高度超出額定值時，可以補償纜索的重量。為了確保電梯安全運行，必須對電梯的載荷進行適當?shù)恼{(diào)整，并嚴格遵守載荷要求。電梯導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架、導(dǎo)靴三大部件組成，合理的導(dǎo)向系統(tǒng)可以使轎廂穩(wěn)定性得到有力保障，確保其在預(yù)定的線路上運行，同時也可以避免過多振動。一般而言，電梯穩(wěn)定度、舒適度和安全性都與導(dǎo)向系統(tǒng)有關(guān)。在危急時刻，通過安全夾具固定轎廂，可以極大地減少墜落概率[5]。同時，由于導(dǎo)軌具有控制升降方向功能，因此在具體的設(shè)計中，井下需設(shè)置4個導(dǎo)軌，主要用于對重架和轎廂進行引導(dǎo)，只有固定好軌道、螺栓、螺母、壓路板才能發(fā)揮出最大作用。

4.2 曳引系統(tǒng)設(shè)計

在電梯機械結(jié)構(gòu)中，曳引裝置起到升降作用。電梯曳引系統(tǒng)由曳引鋼絲繩、曳引機、導(dǎo)向輪、限速輪組成，曳引機是電梯的動力源泉，也是曳引系統(tǒng)的核心，而轎廂則是由曳引輪和鋼絲繩提供動力完成輸送工作。由于電機種類繁多，分為直流和交流兩種，所以在設(shè)計時要根據(jù)電梯的速度選擇，如超高速、高速、快速和低速曳引設(shè)備，還可以根據(jù)電梯的機械構(gòu)造不同，選用垂直或水平曳引設(shè)備，根據(jù)不同的減速方式，可選用有齒輪曳引輪和無齒輪曳引機。

4.3 轎廂與稱量裝置設(shè)計

轎廂主要包括轎廂架和廂體。其中，轎廂支架起到承重的作用，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須采用拉條裝置，以增強箱體韌性，避免箱體傾斜。轎廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由門、壁、頂、底4個部分構(gòu)成，在設(shè)計時，天花板上會有燈光和維修設(shè)施，有些設(shè)計師還會在天花板上安裝安全逃生窗，以保證一旦出現(xiàn)事故，救援人員可以從頂部進入營救。轎底功能是起到支撐旅客和貨物的作用，一般情況下，轎廂內(nèi)都有稱量裝置，當電梯內(nèi)負載過大時，會有超重警報[6]。轎壁位于轎頂與轎底之間，是重要的連接部分，因此在設(shè)計時，要注重結(jié)構(gòu)的力學性能，通常采用墻體加強結(jié)構(gòu)。通常情況下，電梯稱重設(shè)備安裝在轎廂頂纜繩連接處，該設(shè)備主體由杠桿與彈簧構(gòu)成，主要作用是通過杠桿的搖晃反映電梯承重。一旦超過負荷，杠桿搖晃會超過極限，從而觸發(fā)保護裝置，由于設(shè)計的限制，稱量裝置不能安裝在轎廂頂部，而是采用2∶1 的纏繞方式在機房內(nèi)安裝。需要嚴格注意此類設(shè)備與吊頂稱重設(shè)備箱體都要裝在電梯頂端，但是其杠桿會隨著繩頭縱向上下運動，當電梯內(nèi)重量超過負荷時，自動保護裝置便會被觸發(fā)[7]。

5 結(jié)束語

隨著人們生活水平的不斷改善，對于生活質(zhì)量的要求也在不斷提升，在此背景影響下，電梯機械設(shè)計系統(tǒng)對人們的生產(chǎn)和生活愈發(fā)重要。因此，在電梯的設(shè)計生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員應(yīng)加強機械設(shè)計的關(guān)注力度，并將智能CAD 技術(shù)在此類設(shè)備中開發(fā)應(yīng)用，減少電梯在運作過程中發(fā)生故障的概率，提升電梯機械設(shè)計系統(tǒng)技術(shù)水平，將設(shè)計周期降至最低。