家用电梯结构设计与优化研究

2018-06-28沈向锋

机电信息 2018年18期

沈向锋

（森赫电梯股份有限公司，浙江湖州313013）

0 引言

近年来，建筑电梯的外观形状、电梯材质等均发生了巨大变化。不仅如此，电梯控制方式也由最原始的手柄开关控制和基础按钮控制，转变为现有的信号控制、集选控制以及智能控制等。随着现代科学技术的不断发展，电梯整体结构和实用性也在不断发展。除了原始的仅适用于高层居民楼或写字楼的公共电梯外，一种可以适用于各类私人住宅的家用电梯也在逐渐兴起。根据2017年市场研究数据显示，亚洲的电梯市场正逐渐被中国电梯所占据，国内全年电梯总销售额超过1 000亿美元。其中，家用电梯所占比例达到35%，连续三年呈上升趋势。从某种意义上来说，当今世界衡量一个国家整体工业发展和现代化发展程度的重要标志就是国内建筑电梯使用量。电梯作为当今世界重要的生活交通工具，已成为人们日常生活中不可或缺的产品。通过对电梯关键结构的优化设计，可以提高电梯整体舒适性和安全性，增强使用者的体验感[1]。

1 家用电梯结构优化设计

1.1 电梯井道空间优化设计

表1为市场常用的320 kg和400 kg两种主流规格家用电梯的载重和井道空间尺寸参数[2]。

表1 两种主流规格家用电梯参数表

根据资料显示，国内市场上家用电梯最好的品牌是瑞士的CIIBS，其整体井道利用率可以达到65%～69%。目前国内家用电梯结构大多以龙门架结构为主，如图1所示。

龙门架结构是目前市场上家用电梯箱体使用最广泛的建筑架构。其最大优势在于在内部井巷开凿时，只需在内部井道一侧留有混凝土墙壁的空间即可[3]。因此，应用龙门架结构可以大幅减小井巷占地空间，更适合私人家居使用。但是其整体强度偏弱，很容易受到住宅楼周围环境包括其他墙体的影响，且如果长时间处于静置状态，顶部牵引滚轮导靴很容易出现变形情况。一旦再次运行，不仅影响前期舒适感，还容易造成安全隐患[4]。

为了有效避免龙门架结构的局限性，在满足建筑空间的基础上，兼顾电梯整体安全性。利用传统龙门架结构原理，将其优化成为书包架结构，如图2所示。

图1 电梯龙门架结构示意图

图2 书包架结构示意图

书包架结构可以充分利用地下巷道平面，为电梯通道大门的安装提供一定的便利条件，改善电梯厢的受力方向。根据实际测量显示，400 kg的家用电梯井道尺寸必须为1 300 mm×1 500 mm以上，外部采用书包架结构轿架。考虑到私人家庭用户的实际使用情况，需要在楼梯中间设置预留井道，故可将井道口设置为正方形，方便用户使用，井道尺寸改为2 500 mm×2 500 mm。考虑到个别家庭有老人，可能需要在家乘坐轮椅使用电梯，所以设计的家用电梯口需要综合考虑轮椅进出的情况。通常情况下轮椅的尺寸大约为800 mm×950 mm×700 mm，所以可以将电梯门尺寸设计为900 mm。

1.2 电梯曳引系统优化设计

传统家用电梯曳引系统的涨紧轮主要是通过电梯压倒板固定在电梯导轨下部，再利用电梯支架对接口部位进行重点处理。这种设计方式需要电梯具有很大的底坑深度，井道空间占据较大，所以需要对曳引系统进行综合优化。传统家用电梯的主机大多数是钢丝绳驱动，为了满足实际设计需要，根据实际井道和使用要求，设计出新型的涨紧轮。通过将涨紧轮内部的膨胀螺栓直接固定在地面上，依靠弹簧可以保证涨紧力。曳引机方面因为私人住宅顶部空间结构限制因素较多，家用电梯顶层的机房难以正常设置，所以设计采用无机房形式。因为井道空间有限，所以曳引机可以选择体积较小的磁浮曳引机。磁浮曳引机的悬挂比一般为1:1，虽然传动结构简单，但是整体造价较高，所以选择2:1的悬挂比，其传动结构成本可降低30%以上[5]。

1.3 电梯对重结构优化设计

因为受空间设计限制，家用电梯对重结构的设置必须尽量缩小，不能占据太大空间。根据对重确定公式：式中，ε为电梯对重的综合平衡系数，一般根据重量取值0.45～0.5；Q为电梯总重量，为400 kg；P值为346 kg

故式（1）取值为G=P+εQ=346+0.5×400=546 kg。根据计算结果可以看出，因为电梯轨距需要达到600 mm，所以需要利用铸铁进行制造。实际设计中，由于电梯对重架靠内墙一侧具有一定剩余空间，所以对重块可以改成偏心结构，其整体设计结构如图3所示，可以减少对重块使用数量，从而降低整体高度。