浅析直角电梯轿厢结构的设计

林伟俭

摘 要：电梯是高层建筑中非常常见的一种机械设备，能够为建筑住户上下楼提供便利，已经成为了人们日常生活中一项不可或缺的建筑设施。一般情况下，建筑对于电梯功能的要求基本不存在差别，多是提供人和物的垂直运输，而在一些特殊建筑中，需要采用特殊的电梯结构来保证其正常使用。本文对一种直角开门电梯轿厢的结构设计进行了分析，并结合专业建模软件以及立梯验证，就结构设计的合理性和可行性进行了验证。

关键词：直角开门；电梯轿厢；结构设计

前言

电梯属于一种以曳引机为主要动力的垂直运输设备，常见于高层建筑，能够用户人员或者货物的运输。新时期，伴随着科学技术的快速发展，电梯的技术水平也在不断提高，已经成为了一种非常典型的机电一体化产品。在部分建筑中，因为结构特殊，常规电梯的单开门或者前后双开门结构并不能很好的满足使用需求，需要技术人员做好电梯轿厢结构的合理设计。

1.电梯的发展

建筑施工技术的发展，以及城乡一体化进程的加快，使得高层建筑成为了城市建筑的主流，而在动辄数十层的高层建筑中，想要确保用户的自由出入，就必然离不开电梯。简单来讲，电梯指能够服务于建筑内部若干特定楼层，轿厢运行在垂直于水平面，或者与铅垂线倾斜角小于15°的刚性轨道中，一般都属于永久性的运输设备。电梯最早产生于19世纪中期，当时的电梯采用的是液压系统，在一些底层建筑中依然有所应用；19世纪80年代，电梯驱动装置得到了改善，电动机可以借助相应的蜗杆传动来带动缠绕卷筒动作，使用平衡重来保证安全；19世纪末，摩擦轮传动的出现，使得电梯的提升高度得到了显著改善，其也开始被广泛应用到高层建筑中；20世纪末，永磁同步曳引机作为一种新的动力，被应用到了电梯中，相比较传统电梯，这种新的电梯体积更小，能够有效减少机房占地，而且能耗更低、效率更高，提升速度也更快，将高层建筑直接推进到了超高层发展的阶段。

伴随着经济的快速发展，我国电梯行业呈现出了一种前所未有的发展态势，巨大的市场空间也使得很多全球知名电梯企业在我国建立起了独资或者合资企业，推动了电梯行业的国际化发展，技术标准、管理理念和经营模式不断更新，电梯的质量和安全性显著提高。在科学技术的带动下，电梯的发展呈现出了几个特点，一是以人工智能技术为支撑，电梯群控系统的智能化程度可以得到显著提高，电梯的运行管理更加简单，运行安全性更强；二是曳引机、控制系统以及安装装置等的发展，使得电梯的速度一再提升，超高速电梯将成为未来高层乃至超高层建筑电梯的主流；三是蓝牙技术被广泛应用到了电梯中，能够为信息传递提供便利，保证信息的质量；四是可视系统或者人机对话逐渐得到普及，使得电梯内的人员能够非常方便的与外界进行沟通，即便遇到突发状况，也能够在第一时间进行解決，保障电梯的运行安全[1]。

2.直角开门电梯轿厢结构设计

2.1井道布置

对于直角开门电梯而言，井道的布置非常关键，而其井道一般都比较复杂，需要设计人员做好电梯部件在井道内部布设的分析和计算。而对照井道平面图纸分析，电梯井道内部的空间十分狭窄，在预留限速器安装空间的情况下，如何对轿厢位置进行布设，也就成为设计人员必须关注的一个核心问题。如果将两个对角进行抹角处理，可以近似将轿厢看做正方形，其导轨被设置在对角巷两侧，而考虑井道导轨和门洞位置的双重限制，电梯开门并不能选择常规的中分两扇形式，只能选择旁开两扇。设计人员需要做好相关数据的收集工作，通过计算的方式，确定好轿厢中心和开门中心的偏移距离，这样能够避免轿门和导轨架的相互影响。从保证轿厢系统平衡的角度，在设计环节需要确定好其中心位置，明确在何处设置悬吊装置才能保证安全。经过全面系统分析，轿厢的中心为正方形几何中心，而因为电梯采用了对重后置的方式，需要技术人员立足井道空间的实际情况，做好对重框架及轿厢侧导轨架最小间距的计算，最终确定好对重的具体位置。

2.2结构确定

直角开门电梯轿厢系统包含的部件大致可以分为四种不同类型，一是轿厢围壁，二是内轿底，包括减震垫、地坎支架和焊接轿底，三是主体结构，如上下梁、侧梁、拉条等，四是结构轿顶。在对其结构进行确定以及三位建模的过程中，可以从这些结构类型出发。

2.2.1轿厢围壁

电梯轿厢围壁包括了两侧开门的门楣和前围壁、后侧围壁、左侧围壁以及左上角与右下角围壁几部分，为了保证轿厢结构本身的重量平衡和对称性，可以将角围壁和相连围壁的夹角设置为45°。考虑到在实际施工中，井道内部空间有限，而且轿厢门采用的是旁开结构，前侧的轿厢门需要向井道左下角方向打开，左侧轿厢门则需要向井道右上角方向打开。

2.2.2内轿底

作为电梯轿厢系统中的承重部分，内轿底的质量关系着电梯轿厢的运行安全，必须得到足够的重视。内轿底包含了减震垫、地坎支架和焊接轿底三个组成部分，减震垫一般选择橡胶垫，能够对振动进行吸收，地坎支架的作用是连接轿门地坎，保证电梯运行安全。普通电梯中，轿厢采用的是前开门或则前后开门，内轿底对为长方形或者正方形，结构比较简单，而直角开门电梯的对角两侧为45°倾角，轿厢被固定在轿底上，厢门处于前侧和右侧，两侧轿厢门相互垂直[2]。为了保证重量的合理分布，需要对内轿底中减震垫的位置进行优化，具体如图1所示。

2.2.3主体结构

主体结构即轿架，包含了上下梁、侧梁、拉条等，是电梯载荷的主要承载部件，其不仅需要为电梯全部构件提供支撑，还必须能够从容应对电梯运行中的各类工况载荷，这样才能切实保证电梯运行安全。对于整部电梯而言，轿架的作用是承载轿厢，借助钢丝绳或者相应的曳引钢带，沿着电梯导轨，于电梯井内部运行。在轿架中，上梁和下梁都需要连接在侧梁上，下梁与内轿底的连接可以通过相应的橡胶减震垫实现，下梁在轿架中的主要作用，是将原本需要轿底承受的载荷，传递一部分到侧梁上，从而限制轿底变形的现象。考虑到轿门被设置在轿厢的前侧和右侧，从保证系统整体平衡的角度，需要在两个轿门对侧的下梁部分，设置相应的平衡块悬挂装置。设计人员可以将轿架中的拉条设置为斜拉式，两端分别连接下梁安装孔以及侧梁身处的连接板。

2.2.4结构轿顶

轿顶在电梯轿厢中同样扮演着非常重要的角色，也同样会对电梯的正常运行和使用寿命产生不容忽视的影响。在本文提到的直角开门电梯轿厢中，轿顶可以分为前中后三个部分，前后两部分轿顶为了能够配合轎厢壁和内轿底，对角同样需要采用45°抹角设计，而依照直角开门的方向，需要在轿顶右侧，设置类似于前顶的门楣接口。同时，应该在轿顶对角45°的位置，设置相应的橡胶块和防晃支架，做好固定工作，确保其能够将轿架两侧的横梁卡住，保证轿厢整体稳定，避免其在运行过程中出现左右晃动的情况。轿架中，上梁采用的是斜45°布设的方法，因为轿顶空间有限，加上轿厢整体的结构布局相对特殊，需要在中部轿顶的两侧，布置相互对称的轿顶风机开孔，为风机的设置预留空间[3]。

2.3装配检查

电梯轿厢本身的零部件众多，结构也相对复杂，如果采用传统的人工装配检查，不仅效率低下，而且工作量巨大，还容易引发成本浪费问题。因此，对于直角开门电梯轿厢的装配检查，最终选择了SolidWorks三维软件，开展整体装配，整个装配环节可以在极短的时间内完成，而且装配过程中也可以随时检查，并没有发现不同零部件相互干扰的问题，表明模型装配合理。

2.4立梯验证

电梯本身被应用在实际建筑工程中，而考虑到其轿厢结构的特殊性，在进行零部件加工及装配的过程中，可能出现各种问题，为了保证电梯运行安全，需要在出厂前做好必要的立梯验证。立梯验证的重要目的，是为了对轿厢结构的合理性进行检验，判断轿厢在实际安装环节是否存在困难，找出有效的应对措施，为现场安装施工提供指导。电梯轿厢的实物如图3所示，验证结果显示，轿厢结构设计合理，在装配过程中没有发现部件存在任何问题，说明设计方案可行，轿厢能够满足实际需求[4]。

3.结语

总而言之，本文提出了一种不同于常规电梯的直角开门电梯轿厢结构，并就其设计方案进行了分析，对照建筑本身的井道平面结构，对电梯轿厢的主体结构进行了明确，运用SolidWorks三维软件，开展整体装配检查，再配合立梯实验，验证了电梯轿厢设计方案的合理性和可行性，希望能够为特殊电梯轿厢结构的设计提供一些参考。

参考文献：

[1]李峥，吴奇兵，蔡景新.一种电梯可伸展护脚板的机-电设计方案[J].中国电梯，2019，30（07）：27-30.

[2]高向革.一种电梯轿厢意外移动检测保护装置的设计[J].中国电梯，2019，30（05）：27-28，43.

[3]穆洪彪，张含博，赵培余.一种电梯轿厢门锁的改进设计[J].机电工程技术，2018，47（11）：218-222.

[4]贾亮明.电梯空间装饰设计初探[J].建材与装饰，2018，（46）：72-73.