关于电梯机械设计的合理化分析

姜炎均　付敬文

摘 要：机械产品设计水平的高低直接关系到产品的质量、性能和经济效益。机械的性能和质量在很大程度上取决于设计的质量，而机械的制造过程实质上就是要实现设计所规定的性能和质量。机械设计是作为机械产品开发研制的一个重要环节，不仅决定着产品的性能好坏，而且还决定着产品质量的高低。

关键词：电梯设计；运输能力；合理化

机械设计就是从使用要求出发，对机械的工作原理、结构、运动形式、力和能量的传递方式，机械结构中各零件的材料、尺寸和形状，以及对机械的使用维护等问题进行构思、分析和决策的创造性过程。设计方法可以理解为设计中的一般过程及解决具体设计问题的方法和手段。前者可认为是战略问题，后者是战术问题。设计方法的研究包括设计步骤和程式以及与之相联系的解决具体设计问题的方法和手段的研究。现代机械设计是相对传统机械设计而言的，一般把过去长期使用的设计方法称为传统的设计方法，近几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。现代设计方法具有程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、CAD 等特点。

一、电梯机械系统的工作原理

电梯结构主要有2大组成部分：机械和电气系统，通常还增加一个安全保护系统。其中机械部分包括轿厢系统、重量平衡系统、导向系统、曳引系统、门系统、安全保护系统等；电气部分则由电力拖动系统、电气控制系统组成。电梯在日常使用过程中，一般有两种工作情况：升降和维护。以1 比1 绕绳电梯为例，电梯升降的工作原理是曳引轮由电动机带动运转，牵引曳引绳进行工作。曳引钢绳的两端分别是轿厢和对重，电动机变速转动时，减速器联动进行曳引，带动曳引轮运转，由于曳引轮和曳引绳相互摩擦，在两者中间产生相应的牵引力，从而实现了电梯的升降动作。而电梯的维护系统，则主要是在电梯工作发生故障时进行抢修或是对电梯系统进行定期维护，从而保证电梯安全良好运行。

二、电梯结构的安全性

电梯作为乘运工具，给人们带来便利的同时，也关系着人们的人身安全，电梯的安全性应该得到高度重视。常见的电梯事故有冲顶、蹲底等，最近两年门系统事故以及溜梯事件也时有发生。溜梯事故发生时，电梯突然下滑，不受控制，在此情况下，若下坠撞击到底部，就极易发生蹲底的情况；而冲顶则是电梯上升到井道顶部。显然电梯的控制系统极其重要，而其中制动器则是关键部件，它控制着电梯的启停以及使电梯保持停止状态，可以说它的性能与电梯良好运行有着密切的联系。通常而言，电气故障和机械故障是制动器主要的故障原因。如果制动器长时间使用没有及时检修维护，制动器的接触点极易出现触电接触不良或者粘连的情况，导致接触效果不理想，时好时坏，这时制动件和制动轮之间会不断摩擦，产生消耗和磨损，严重影响制动器的制动效果，不能保证电梯正常停止，出现故障。

三、电梯机械结构合理化设计

（一）电梯导向系统的设计

该系统主要由导轨、导轨架和导靴三个组成结构构成，这一系统的作用除了用于保证轿厢按照正确的路线上下运行外，还可以避免过多振动的发生。导轨的强度对乘坐舒适感，轿厢稳定性以及安全性起着至关重要的作用，紧急情况发生时，安全钳类制动装置可以通过导轨固定轿厢来避免因坠落事故造成的人员伤亡。除此之外，导轨还起到精确控制升降方向的作用。在电梯的设计中，井道通常会安装四列导轨，其中两列用于对重架导向，两列用于轿厢导向。导轨还必须进行固定，压板和螺栓、螺母就会派上用场。

（二）外部结构系统的设计

电梯井道坠落事故的报道屡见不鲜，这与电梯的门系统设置有关。电梯系统的构造中，门系统的构造相当复杂且十分重要，是整个电梯结构的稳定性能和其安全运行的保障。它有四个组成部分：轿门、厅门、开关门和保护装置。电梯一旦投入运行，在未启动时，其轿门和厅门除了保持关闭的状态外，还必须要求厅门设置门锁，以防止用户提前进入井道，发生坠落事故，造成人员伤亡。电梯的轿厢系统包括轿厢架和轿厢体两部分，是把乘客和货物运往高层的载体。轿厢架主要负责承载，轿厢架上通常会安装拉条，用以提升其刚韧度，防止轿厢倾斜。轿厢体的构成比较复杂，它由轿门、轿顶、轿壁和轿底组成。在轿顶通常会装有照明设备，安装检修装置一般也会安装在轿顶上，必要时，轿顶会设有安全窗，意外情况发生时，可提供专业人员进行紧急救援。轿底主要起支撑乘客和货物的作用。轿厢一般配有称重设备，一旦电梯容量超过规定，就会有报警器提示。轿壁在轿顶和轿底的中间，起连接作用。在轿壁的背面通常会有加强筋，从而提高电梯的机械强度。

（三）动力平衡系统的设计

曳引系统的主要作用是及时为轿厢提供来回上下功能，为乘客提供便捷、迅速、可靠的楼层运输服务。这一系统主要包括曳引机、导向轮、限速轮和曳引钢丝绳等组成部分。曳引机为电梯提供动力，是该系统的心脏，轿厢依靠曳引轮在曳引机提供的动力下完成运输服务。不同种类的电机造成曳引机两种型号：直流和交流；电梯运送速度有别，导致曳引机有超高速、高速、快速和低速四种；不同的电梯结构形式导致曳引机有卧式和立式两种类型；不同的减速方式造成曳引机有无齿轮和有齿轮两种形态。重量平衡系统用于运行时维持轿厢内的负重量与电梯的平衡，电梯的平衡对于整个系统来说至关重要，它主要包括对重、补偿绳（或补偿链）和补偿装置。电梯运行时，依靠导向轮和曳引轮的牵引，对重钢丝绳通过和轿厢直接连接来实现平衡。补偿链（或补偿绳）的作用主要是当电梯曳引高度超过规定范围时补偿钢丝绳的差重。

四、结语

电梯的结构设计虽然表面上十分简单，但对技术有着很高的要求。其结构设计也时有瑕疵，甚至存在安全隐患。对电梯结构设计存在的问题必须采取对应的措施，从根本上提高电梯的安全性，尽量减少电梯故障的发生，使电梯真正为人民造福利。

参考文献：

[1]黄尚君.浅谈超高层建筑的电梯设计[J].科技创新导报，2014.

[2]黄军威.高层建筑中电梯选型、配置与设计方法[J].甘肃科技，2015.