高速电梯系统结构浅析

李晓楠

（黑龙江省机械科学研究院，黑龙江 哈尔滨 154000）

1 高速电梯概述

电梯，lift，elevator，服务于高层建筑运输的固定式升降设备。电梯有个轿厢，用来承载乘客或运送物体，沿着刚性铁轨做升降运动，与铁轨两列垂直或与铁轨保持150的倾斜角。轿厢的尺寸和结构满足住户出行和运输货物。

电梯是一个集机电一体化比较复杂的机器设备，由机械部分、液压部分、电控部分三大部分组成。一般按照行业习惯，电梯从用途、拖动方式、提升速度和控制方式几方面分类。不同类型的电梯按照建筑物本身需求，根据建筑物用途和客货流量设计。

文章中的电梯是高速电梯，是一种曳引式电梯，用于较高建筑物运送乘客、运输货物。曳引式高速电梯中曳引绳与曳引轮之间运动产生摩擦力，曳引式高速电梯靠这摩擦力作为牵引力带动轿厢和对重做上下行运动，这个摩擦力称为曳引能力。电梯工作过程中有三个工作状态，上行、下行和制动。

1.1 电梯的组成及特点

电梯是一机电一体化比较复杂的机器设备，其功能分布由机械部分、液压部分、电控部分三大部分组成，其结构图如图1所示。

高速电梯的特点是采用曳引传动，普通电梯一般是齿轮传动，而高速电梯是无齿轮传动，高速电梯的安全钳是渐进式的，告诉电梯的导靴区别于普通电梯，采用的是滚动导靴，为减少高速运行时产生的摩擦，高速电梯液压缓冲器较普通电梯相比采用两个缓冲器保证安全，高速电梯的重力保护装置是由对重、补偿钢丝绳及张紧装置组成。

1.2 电梯的工作原理

电梯作为高层建筑运送乘客和货物的设备，固然有承载人或物的箱体，即轿厢，通过轿厢的升降完成电梯的运输目的。轿厢通过一根钢丝绳将它与对重连接起来，钢丝绳即是曳引绳，它缠绕在曳引轮和导向轮上，当曳引轮转动，曳引绳与曳引轮之间摩擦产生牵引力，实现轿厢和对重的上下行运动。轿厢在电梯中沿着导轨运行，为了保证轿厢能够持续平稳，在轿厢上安装导靴，导靴可以沿着导轨持续稳定的做循环往复的升降运动，防止运行中轿厢有偏移或者摆动，实现电梯的安全运行。常闭块式制动器是曳引式电梯中及其重要的安全装置，具有电梯正常运行时指定层站的停靠和电梯故障时紧急迫停的功能。轿厢是箱体结构，功能是运载乘客货物，对重与轿厢连接，平衡轿厢的负载。补偿装置中的补偿绳一端与对重下部固定连接，另一端通过补偿绳张紧装置与轿厢的下不连接，补偿电梯上下行时曳引绳在轿厢和对重两边长短变化产生的重量差，保持电动机功率稳定，使轿厢在指定层站准确停靠，减小误差，保证电梯安全运行。控制系统控制电梯运行方向及运行过程中的停靠选层、测速及故障检测等工作。指示呼叫系统实时监控轿厢的运行状态。其设备空间分布为控制室部分、轿厢部分、井道部分、层道部分，电梯的组成如图2所示。

图2 高速电梯组成图

1.3 电梯的安全部件

电梯的安全保护部件有限速装置、安全钳装置、缓冲器、终端限位保护装置、门锁、轿厢超载保护装置、电梯急停开关、紧急报警装置等。

（1）限速装置：当电梯运行速度超过其额定速度并达到危险值时，限速装置工作，急停回路被打开，电动机停转，制动器制动，安全钳动作，致使轿厢被夹在轨道上，停止运动并保持静止。限速器装置和安全钳总是联合使用。限速器装置包括限速器、限速绳以及限速器绳张紧轮。

（2）安全钳装置：安全钳安装在轿厢两侧的立柱上，通过拉臂与限速器钢丝绳相连，在达到速度上限或者悬挂装置断裂的情况下，安全钳装置便夹紧导轨，使轿厢被迫停止上下行运动保持静止状态，同时，安全钳开关动作，电梯控制回路失电。

（3）缓冲器：缓冲器是电梯安全运行的最后一道防线，安装在电梯的井道底坑内，位于轿厢和对重的正下方。当电梯做垂直的上下行运动时，突发控制系统失灵曳引绳伸长等其他故障，前几个安全装置没能有效制动，造成电梯轿厢或对重直接撞底或冲顶的危险时，缓冲器起到缓冲作用，减缓轿厢速度，保护乘客和设备安全。

（4）终端限位保护装置：它是由强迫限速开关、终端限位开关、终端极限开关等组成，当电梯失控已到顶层或坠底而不减速时，开关碰触接电发出信号，迫使轿厢减速停驶。当强迫限速开关为使电梯停运时，终端限位开关开启，切断控制电路，使轿厢停止运行。

（5）门锁装置：只要电梯的轿厢没有到位，本层站的门市紧闭的，防止乘客误入电梯通道。

2 高速电梯上行系统结构

高速电梯上行结构主要由曳引机、曳引钢丝绳、上行制动器等组成。

电梯曳引机又称电梯主机，是电梯轿厢移动的主要动力来源，将电能转化为动力能，驱使轿厢做上下垂直运动。

曳引力是保证曳引驱动电梯运行的动力，是当曳引轮转动时，钢丝绳与曳引绳槽之间产生的摩擦力。曳引力需要满足三个条件：（1）轿厢在装载额定负载的125倍时平层状态不打滑；（2）不敢轿厢的装载情况，当出现任何紧急制动情况时，其减速值不能超过缓冲器作用时的减速值；（3）当曳引机按照电梯上行方向旋转时而对总压在缓冲器上，空在轿厢不可能提升。

厢与对重，承载轿厢、对重装置、额定载重量等重量的总和。曳引机驱动使曳引轮与曳引绳在运动过程中产生摩擦，摩擦力作为一种牵引力使轿厢升降。曳引绳是圆形股状结构，主要由钢丝、绳股和绳芯组成。电梯用一般是6股和8股，股数多，抗疲劳强度就高。曳引钢丝绳的绕绳方式取决于曳引条件，额定重量和额定速度等因素，根据不同的传动方式选择绕绳的方法，传动比即曳引比决定绕绳方法，常用的绕法有 1∶1、2∶1、3∶1绕法，即是电梯运行时曳引轮节圆的线速度与轿厢运行速度之比。

电梯制动系统制动器安全可靠，安装它是能够保证电梯安全运行的重要因素之一。当电梯的动力电源或者控制回路断电的情况下，制动器则自动制动，当轿厢载有125%的额定负载并按额定功率运行时，制动器工作制停轿厢，它还对轿厢到达指定层站与厅门地坎平行的准确度有重要作用。

3 高速电梯下行系统结构

高速电梯下行结构主要由导轨、安全钳、轿厢、缓冲器组成。

电梯的导向系统主要由导靴、导轨、导轨架等组成，作用是限制轿厢电梯的自由度，使其只能沿着导轨上下运动。导轨是承载轿厢和对重在垂直方向上做向上运动且不偏移的部件，导靴是与导轨配合使用的，其作用是防止轿厢和对重运动过程中移动到导轨外。用于电梯轿厢导向的导轨叫轿厢导轨，也叫主轨，用于对重导向的导轨叫对重导轨，也叫副轨。电梯导轨的规格根据速度和载重有不同的分配，与轿厢结构也有关系。

安全钳是在当电梯超速、运行失控或悬挂装置断裂等紧急情况时，能将导轨夹住，同时刹住轿厢，并将轿厢在导轨上牢牢持住的装置。

轿厢系统由轿架和轿厢体组成，是电梯的承载不分，用来运送乘客和货物。轿厢是一个箱型空间，承载运送的乘客和货物，由轿底、轿壁、轿顶和轿门等主要部件组成。轿架是轿厢的承载机构，有足够的强度，承载轿厢的自重和额定载重，并将其承载的重量传递给曳引绳，还要承受由此产生的反作用力。

缓冲器是电梯安装系统的最后一个环节，在电梯出现故障或事故蹲底和冲顶时起缓冲作用，从而环节电梯或电梯里的人和物件面授直接的撞击。电梯缓冲器主要有油压缓冲器、弹簧缓冲器和聚氨酯缓冲器，根据电梯速度确定缓冲器，当速度大于1m/s时使用油压缓冲器，当速度小于或等于1m/s时使用弹簧或聚氨酯缓冲器。

4 结语

文章主要概括了曳引式高速电梯的基本结构及工作原理，概括八大安全部件及安全钳、限速器、缓冲器、电气安全保护等部件的工作。分析高速电梯上下行系统结构及各部件的工作及安装要求，使电梯在预期的高速下安全运行。