工业电梯应用于港口起重设备的设计要点

梁作学

（日照港建设监理有限公司，山东 日照276826）



工业电梯应用于港口起重设备的设计要点

梁作学

（日照港建设监理有限公司，山东 日照276826）

摘要：港口大型装卸设备现代化技术程度不断提高，这就对配套的工业电梯的技术水平提出更高要求。对港口工业电梯的设计要点进行研究，从港口起重设备的实际需求入手，对电梯的设计过程中的问题及产生问题的原因进行分析，并提出相应的改善策略。

关键词：港口；起重设备；电梯；设计

为更好地适应国民经济的高速发展，港口码头对装卸设备的要求也越来越高，矿石卸船机和集装箱岸边起重机等大型起重设备广泛地用于码头日常作业。而港口用工业电梯是这些大型起重机中的重要组成部分，这就对工业电梯的设计提出更高要求。本文从港口起重设备入手，对工业电梯设计问题进行分析，以提高电梯的效率与安全系数，更好的为港口起重设备运行服务。

1　港口用工业电梯综述

随着国民经济的飞速发展，我国的对内、对外贸易量不断增加，而这些贸易量大多通过海路运输，港口起重机作为必不可少的装卸设备，起到越来越重要的作用。以日照港为例，其货物吞吐量在2005年仅6000万吨左右，2013年就突破3.1亿吨，短短几年时间翻了数倍。工业电梯在港口设备中属于安全辅助设备，近几年来，出于对工作人员人身安全及提高工作效率的考虑，其在大型设备中的应用范围不断扩大。在传统的港口起重设备中，操作人员多是通过固定的扶梯进入起重机上部司机室，存在安全隐患及效率低下等问题。随着港口现代化程度的不断提高，以及“以人为本”理念的深入人心，为了确保操作人员在港口起重设备的准备、操作过程中的安全性，需要通过工业电梯实现人员安全快速到达起重设备的相应高度（层数）。这样就避免受到恶劣天气、大风等不利因素的影响。在此之前，工业电梯在建筑塔吊领域得到了广泛的应用，通过不断规范化的管理，已经充分体现了其在人身安全保护方面及工作效率方面的作用与效果。另一方面，工业电梯的在港口设备中的应用也是现代化电气工程技术不断进步的体现。工业电梯在港口起重设备中属于安全辅助设备，近年来，其在港口大型起重设备中的应用范围不断扩大［1］。

2　港口用工业电梯的设计技术要点

以日照港为例，港口用工业电梯是固定在大型起重设备（如矿石卸船机或集装箱装卸桥式起重机等）的钢性腿外（个别的在钢性腿内）。它要经受住主机行走、装卸或俯仰工作时产生的震动并能在震动中正常工作，需要适应在环境温度-13℃～37℃、最大相对湿度100%、最大风速为30 m/s的气候环境下工作。下面就从电梯设计要点和港口用工业电梯特点两方面分别进行阐述。

3　电梯设计要点

（1）井框、轿厢、门及门锁

电梯井框一般应设计为钢结构梁，梁的结构和尺寸符合相应国标要求，曳引机机座钢梁采用工字钢，两端以钢板连接成一体，位置应设计在起重设备主梁上，以保证稳定性［2］。轿厢由轿顶、轿壁、轿底和轿门组成一个封闭的箱体，轿顶一般采用3 mm～5 mm不锈钢板一次冲压成型，能够承受3个维修人员的重量，承受相当于3 000 N左右的垂直受力时无需采取其它加强措施。轿顶上应设置活扳门（安全窗），该门应有手动锁紧装置，可向轿外打开，活扳门打开后，电梯的电气联锁装置就断开，使轿厢无法开动，以保证安全。轿顶靠近对重的一面应设计有防护拦杆。轿壁一般采用1.5 mm不锈钢板组装而成。轿底是直接支撑负载的部分，它由框架和底板组成，可设计成防滑结构。为适应湿度大盐分大的特点，轿门也设计为不锈钢材质。电梯轿门、层门的开关结构分手动和自动两种，门的开闭与锁紧是保证使用者安全的首要条件，轿门和层门的开闭也联接相应的电气联锁保证安全［3］。

（2）导轨、导靴、对重

导轨主要使用电梯专用T型导轨，共有十三个规格，可按照GB/T22562-2008进行选择。进行导轨强度和安全性验算时，应当适当增加导轨截面积以保证电梯能承受主机行走、装卸作业晃动和风速的影响。导向轮轴应设计为45号钢，热处理后硬度为230HB～260HB［4］.

考虑到主机行走、装卸作业晃动和风速的影响，电梯导靴要选择户外型滚动导靴，减少导靴与导轨之间的摩擦力，起到节能的效果并可提高乘坐舒适感。

对重可以相对平衡轿厢的重量和部分电梯负载重量，一般由对重架、对重块、导靴、缓冲器碰块、压块，以及与轿厢相连的曳引绳组成。设计时对重的总重量通常按照W=G+KQ（G=轿厢自重，Q=轿厢额定载重量，K=电梯平衡系数，为0.4～0.5，以钢丝绳两端重量之差值最小为好）计算，然后必须按照GB7588-2003中附录M进行校验。

（3）曳引机，钢丝绳

曳引机是电梯升降的动力源，是驱动电梯的轿厢和对重装置作上下运动的装置。曳引机由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成，它是通过曳引钢丝绳与曳引轮的摩擦力来实现轿厢升降运行的驱动装置。在选择曳引机的时候要充分考虑港口设备的特点，适当增加电机功率，提高防护等级（室外运行）。

曳引钢丝绳采用电梯专用钢丝绳用以联接轿厢和对重，并靠曳引机驱动轿厢升降。它承载着轿厢、对重装置、额定载重量等重量的总和。曳引绳所处工作环境较为恶劣，其在工作中反复的弯曲，且在绳槽中承受很高的比压（较高的摩擦），并频繁承受电梯起、制动时的冲击。因此在强度、挠性及耐磨性方面，均有很高要求。设计钢丝绳时，应在曳引能力满足的前提下，尽量增大曲率半径，避免钢丝绳的反向弯曲和扭曲，减小钢丝绳的弯曲应力，从而提高使用寿命。我国对曳引钢丝绳有明确的规定，设计时主要参考GB8903-2005.在设计时，应认真考察港口装卸设备的工作条件，可适当提高钢丝绳的安全系数。

（4）超速保护装置

在现实中，电气控制元件故障和制动能力下降是电梯超速的主要原因［5］。超速保护系统主要由限速器、安全钳、限速器张紧轮、钢丝绳、安全钳联动机构、电气安全开关等组成，是电梯最重要的安全保护措施。其动作原理是速度监控元件检测到超速（下限是额定速度的115%），限速器机械装置动作，首先切断电梯电源，随后通过限速器钢丝绳触发安全钳联动机构动作，使电梯轿厢或对重在所运动方向上强制刹车，并且越刹越紧，直至停车。根据乘客的承受力及动作可靠性，相关电梯标准对电梯安全钳从触发到完全停止过程所经过的距离，都有明确规定［6］。在港口起重机出厂前应对配套电梯进行刹车距离的严格测试。设计审图时必须对选用的限速器和安全钳要求制造厂出具权威机构签发的型式试验报告、产品合格证、检测报告等。另外，港口设备配套的工业电梯由于主机因素特别要求：除轿厢外电梯对重装置也必须配套夹绳器，防止对重侧超速。

（5）门联锁保护

电梯超速保护已得到包括港口设备使用者在内各方面的高度重视，同时又由于在设计阶段，设计人员已充分考虑到安全系数，目前已很少发生港口工业电梯坠落等严重事故。现在港口设备配套电梯发生人身伤害事故的情形大多由于电梯门系统保护环节失灵。设计时，电梯必须有轿门和层门机械联锁保护功能，使用时注意：第一，在正常运行和轿厢未停止在开锁区域内，层门应不能打开；第二，如果轿门或层门（多扇门的任意一个）打开，电梯应不能正常启动或运行。机械联锁的设计要求门锁元件的最小啮合长度为7 mm，以确保门连锁保护的可靠性，同时对门连锁保护机械设计方面也有明确规定，如要求有重力（重锤）、永久磁铁或弹簧产生和保持锁紧动作，锁紧弹簧应在压缩下作用，应有导向，并且在磁铁（或弹簧）失效、加热、冲击情形下不应该使其失效［6］。同时必须设计层门闭合的电气装置，而门锁电气安全开关在层门打开后设计成断开状态。

（6）底坑缓冲保护

电梯缓冲保护是电梯的最后一道保护装置，它安装在电梯底坑内，位于轿厢和对重的正下方。单纯从速度看，电梯速度小于或等于1 m/s的选用蓄能型缓冲器（如弹簧缓冲器），大于1 m/s的选用耗能型缓冲器（如液压缓冲器）。但在实际设计时，设计人员应根据电梯额定速度、电梯载重量、缓冲行程等参数，选用弹簧缓冲器或液压缓冲器。设计缓冲器的具体规定在GB7588-2003中有明确而详细的叙述。需要特别指出的是缓冲器动作后应无永久变形，设计时必须设有在动作后未恢复到正常位置时使电梯不能正常运行的电气安全开关。

（7）电梯端站保护

电梯上端必须设计电气防冲顶装置，下端应设计蹲底保护装置，以尽量避免导致缓冲器动作的故障发生。上下端站保护装置主要有端站强迫减速开关，终端限位开关，终端极限开关及相应的碰板、碰轮和联动机构组成。端站强迫减速有别于中间层站减速，中间层站减速必须满足电梯轿厢层站位置、电梯召唤信号、电梯减速位置信号发生，而端站减速只需端站减速开关信号触发即可，这样可有效提高端站减速的可靠性。终端限位保护是阻止电梯轿厢在一个方向上继续运行，而允许其相反方向的运行。终端极限保护措施是立即切断电梯电源，立即终止电梯运行。

（8）电源错相、断相保护

电梯正常使用时，三相电动机的相位齐全而且相位正确。如果设计控制系统时对相位没有合理的保护措施，当电梯因外部或内部因素导致断、错相时，将会给乘客和电梯本身带来危害。工业电梯设计时应配备相序保护继电器，一旦发生电源断、错相情形，为避免电动机过热、烧毁或反转导致的危险，电气安全系统应立即切断电梯安全回路，电梯停止运行。

（9）电梯超载保护

电梯必须设计超载保护功能，所谓超载通常是超过额定载荷10%，并至少为75 kg［3］.按照超载信号的采集位置，可分为两类：采集于钢丝绳绳端和轿厢。超载保护从设计形式上可分为机械式和电子式，由于电子式超载保护有超载信号放大功能，大大提高灵敏度，现已渐渐替代机械式超载保护。电梯轿厢一旦发生超载现象，应阻止电梯运行及再平层，同时发出声光报警信号。

4　港口用工业电梯设计特点

港口起重设备配套工业电梯使用环境与一般民用电梯不同，长期暴露于空气中，极易受外界因素干扰。在设计过程中，尤其要注意电梯的防护，以提高使用寿命，增强安全效果［7］。

（1）系统的温控设计

港口起重设备运行温度区间相对更大，电梯系统部件要承受更恶劣的环境温度。例如日照港集装箱岸边桥式起重机正常工作环境温度为-13℃～+37℃，阳光直射时甚至达+60℃.系统设计时要考虑高低温下所用材质的各方面性能，低温容易使材质变脆，继电器出现故障等，高温会使某些元器件的实效率增大，因此系统设计时要选用高规格的元器件，还要相应增加散热和加温系统技术，使得满足港口环境要求。图1是日照港集装箱岸边桥式起重机的温控设计。

图1　日照港集装箱岸边桥式起重机温控设计

（2）港口用电梯的三防设计（防潮湿，防盐雾，防风）

港口码头环境普遍降雨量较大，空气相对湿度达到100%并有盐雾，直接会造成电梯电气产品的绝缘电阻降低，可能出现漏电现象。另外，元器件在潮湿环境中工作，介质损耗增大，金属腐蚀加快，使得产品可靠性大大降低。盐雾是一种气溶胶状体，在器件表面形成盐水膜，将加速金属材料的腐蚀。设计时对重要部件要采用密封结构，未密封的部件结构必须是通风的，且能够自动排水。另外需提高材料防腐，绝缘等级等，如电机要选用防护等级IP55、绝缘等级达到F级以上，电器元件如继电器，接触器要采用符合海洋环境标准，可参考船用电器标准。轿厢及操作箱、控制柜等材质要选用不锈钢，黑色金属零件表面要用镀锌或磷化处理，未经处理的黑色金属零件表面应涂船用防锈底漆和面漆。

港口电梯设计工作风速为22 m/s，非工作风速为45 m/s，设计时要充分考虑整机防风。电梯应能够在1.25倍风速下正常运行，且在装载状态下不受强风损伤，比如层门及防护网要有冲孔，减少迎风面积；轿厢及轿架提高结构受力强度；导轨支架数量增加，减少导轨支架间距，增加导轨截面积尺寸，提高整体运行稳定性能；电缆及主钢丝绳要有防风保护措施，可增加电缆防风槽，保证随行电缆运行过程中不被扎住和拉断，主钢丝绳可设置护绳系统。图2是日照港集装箱岸边桥式起重机电梯的防风设计。

图2　日照港集装箱岸边桥式起重机电梯的防风设计

（3）港口设备电梯设计与民用电梯的整体设计结构差异

港口机械结构设计多元化，导致电梯机房位置及井道布局随意性很大，所以对于每台电梯都要因地制宜，考虑结构的特点，以最合理的设计方案，最可靠的产品性能满足用户要求。图3是不同港机的电梯布置图。

图3　不同港机的电梯布置图

5　港口起重设备电梯的发展趋势

在现代化码头中，港口起重设备技术水平直接决定港口整体运行效率。要想提高港口工作效率，需要不断提高设备技术性能。随着港口科技的不断发展，工业电梯将会更广泛地应用到港口起重设备上。工业电梯应在现在的基础上，大力发展各型的载人载货电梯，并不断提高设计技术水平，目的是提高电梯乘坐舒服度，完善电气控制、智能控制、安全防护技术，提高工业电梯的可靠性与安全性。另外还需要提高港口工业电梯的安装技术以及维护、保养技术的水平，保证在其寿命年限内的使用性能和安全性能。

6　结束语

港口工业电梯应用范围不断扩大，对其的设计和研究不断深入。实际上，工业电梯应用于港口大型起重设备才刚刚起步，在设计方面可能存在一定的不足，需要不断的深入研究进行完善与改进，以实现更加科学规范的设计，促进工业电梯作为港口辅助设备的进一步发展。

参考文献：

［1］兰春燕.港口重点设备安全监管与事故应急信息系统原型研究［D］.南京：南京理工大学，2013.

［2］江书军.基于风险的特种设备使用单位安全分类监管研究［D］.徐州：中国矿业大学（北京），2013.

［3］GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范［S］.

［4］CB/T3878-2011，船用载货电梯［S］.

［5］郭维忠，孙晔.电梯上行超速的保护［J］.中国特种设备安全，2010，（08）:11-14.

［6］沈廷春，李松玲.船用电梯安全保护功能分析［J］.船舶工程，2010，32（增刊）:147-150.

［7］刘敬东，强成健，杨先顺，运向勇.浅谈轮胎式集装箱门式起重机的安全检验［J］.起重运输机械，2008，（09）：98-101.

Design Points of the Industrial Elevator Used in Port Hoisting Equipment

LIANG Zuo-xue
（Rizhao Port Construction Supervision Co.，Ltd.，Rizhao Shangdong 276826，China）

Abstract：The large port loading and unloading equipment modernization degree enhances unceasingly，this is to form a complete set of industrial technology put forward higher requirements of the lift.In this paper the design key points of port industrial elevator，from the actual demand of port lifting equipment，problems in the design process of the elevator and analyze the causes of the problem，and proposes the corresponding improvement strategy.

Key words：port；hoisting equipment；the elevator；design

中图分类号：TH21

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0194-04

收稿日期：2015-12-29

作者简介：梁作学（1978-），男，山东省日照市人，本科，工程师，主要研究方向：机械设备与监理。