何建威　雷源春　歐陽(yáng)格

摘 要 電梯從誕生到今天已經(jīng)有100多年，由最早的簡(jiǎn)陋不安全、不舒適的升降電梯，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的改進(jìn)和提高，才能發(fā)展到今天升降電梯的技術(shù)水平。而且技術(shù)發(fā)展還不斷前進(jìn)。已經(jīng)由功能單一發(fā)展到多用途、全功能、超高速電梯。但電梯的效率與節(jié)能方面卻很少納入考慮范圍，通常都是考慮功能性、安全性、舒適性方面，本設(shè)計(jì)思路從節(jié)能與效率方面進(jìn)行考慮，比普通的單井電梯節(jié)能50%以上，而且運(yùn)行效率也有所提高，尤其是在特定場(chǎng)合中使用能明顯提高運(yùn)行效率，節(jié)省乘客的等待時(shí)間。

關(guān)鍵詞 升降電梯 自平衡式 節(jié)能 高效率

中圖分類號(hào)：TU231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.02.025

Abstract Elevator from birth to today has more than 100 years， from the earliest primitive insecurity， uncomfortable elevators， has experienced numerous improvements and improved elevators to the development of today's technology. And technology development also continues to advance. It has been developed from single function to multi-purpose， full-featured， ultra-high-speed elevators. But efficiency and energy saving elevators rarely taken into account， is usually considered the functionality， safety， comfort， consider the present design ideas from energy conservation and efficiency， energy saving than the average single well lift more than 50% and operating efficiency also improved， especially for use in specific occasions can significantly improve operational efficiency and save waiting time of passengers.

Key words elevators； balanced； energy-saving； high efficiency

1852年美國(guó)機(jī)械工程師奧的斯先生發(fā)明了電梯之前，人們就已經(jīng)開(kāi)始使用原始的升降工具來(lái)運(yùn)送人員和貨物，當(dāng)時(shí)大多采用人力或畜力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，直到19世紀(jì)初工業(yè)革命的發(fā)展，在歐美國(guó)家才開(kāi)始使用蒸汽機(jī)作為升降工具的動(dòng)力，并不斷地進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)。隨著當(dāng)今人口與可利用土地面積之間矛盾不斷加劇，發(fā)展節(jié)能型、多功能、多用途、超高速的電梯已成為現(xiàn)代研究的必然課題和發(fā)展方向。

1 自平衡式雙聯(lián)升降電梯總體設(shè)計(jì)思路

雙聯(lián)升降電梯與現(xiàn)有電梯的系統(tǒng)有所區(qū)別，主要在轎箱系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)。這三大部分與現(xiàn)有升降電梯有著本質(zhì)的區(qū)別，本設(shè)計(jì)思路省去了重量平衡系統(tǒng)重的對(duì)重，用另外一個(gè)轎箱來(lái)替代對(duì)重，以達(dá)到電梯動(dòng)力設(shè)備的工作平衡。轎廂始終一個(gè)向上運(yùn)動(dòng)，一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)。以減少乘客等待時(shí)間，上的搭乘上升一側(cè)電梯，下的搭乘下降一側(cè)電梯，而普通單箱電梯設(shè)計(jì)都是遵循一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)原則：上的要到頂才能下，下的要到底才能上，誰(shuí)先操作以誰(shuí)的運(yùn)行方向?yàn)闇?zhǔn)。這種模式盡管能相對(duì)提高升降電梯的運(yùn)行效率，但乘客等待的時(shí)間就會(huì)增加。而雙聯(lián)升降電梯都解決了運(yùn)行效率與等待時(shí)間的矛盾，使兩者得到優(yōu)化，一方面能提高電梯運(yùn)行效率，節(jié)省能耗，另一方面能使乘客等待的時(shí)間縮短，符合當(dāng)今社會(huì)的快節(jié)奏生活，值得推廣普及。

自平衡式升降電梯主要由七大系統(tǒng)組成：轎廂自平衡系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、門系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)與安全保護(hù)系統(tǒng)（圖1）。

圖1

2 轎廂自平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電梯轎廂使裝載乘客或貨物并能方便進(jìn)出的箱型結(jié)構(gòu)部件，它由轎架和轎廂兩部分組成。轎架要求有足夠的強(qiáng)度以承受自重與安全裝置產(chǎn)生的反作用力。轎架一般有上梁、底梁和拉條等組成。轎廂體是承載乘客的地方，要求安全、無(wú)毒、不易燃燒、不產(chǎn)生有害氣體與煙霧等。轎廂一般有轎底板、轎廂壁、轎廂頂?shù)冉M成。

自平衡式雙聯(lián)電梯的兩個(gè)轎廂是完全一樣的并且等重，其中一個(gè)既替代了普通升降電梯的對(duì)重，也達(dá)到了雙聯(lián)電梯的工作穩(wěn)定性，在同等條件下，是普通升降電梯運(yùn)力的一倍，相當(dāng)于兩臺(tái)普通電梯工作的效率，而能耗只是一臺(tái)普通電梯能耗。

重量平衡系統(tǒng)的作用是使左右兩個(gè)轎廂達(dá)到相對(duì)平衡，在電梯運(yùn)行中即使載重不斷變化仍是左右兩者的重量差保持在一定范圍內(nèi)，由于本設(shè)計(jì)使用雙轎廂結(jié)構(gòu)，從而省去了對(duì)重裝置，當(dāng)左右轎廂的載重相等時(shí)，電梯處于最節(jié)能狀態(tài)節(jié)能50%，當(dāng)兩個(gè)轎廂滿載時(shí)節(jié)能可達(dá)80%（兩個(gè)轎廂基本達(dá)到平衡，基本沒(méi)有重力差）。重量補(bǔ)償裝置是懸掛在轎廂與轎廂之間的補(bǔ)償鏈條，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，其長(zhǎng)度的變化正好與曳引長(zhǎng)度變化趨勢(shì)相反，無(wú)論兩個(gè)轎廂在哪個(gè)位置，曳引繩與補(bǔ)償鏈相互補(bǔ)償，這樣兩個(gè)轎廂就有了補(bǔ)償平衡作用。

3 導(dǎo)向系統(tǒng)

導(dǎo)向系統(tǒng)是限制轎廂活動(dòng)自由的，使轎廂只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生橫向的擺動(dòng)和振動(dòng)，保證轎廂運(yùn)行平穩(wěn)，以保證乘客的舒適與安全性。它是由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。導(dǎo)軌必須具有剛性強(qiáng)、可靠性高、安全等特點(diǎn)，而且導(dǎo)軌平面必須光滑沒(méi)有明顯凹凸不平的表面。由于導(dǎo)軌是導(dǎo)靴和安全裝置的穿梭路軌，要保證其運(yùn)行間隙同時(shí)在電梯出現(xiàn)超速事故承受制停電梯的責(zé)任。導(dǎo)靴可采用普通升降電梯的配件，既能方便安裝又節(jié)省了研制成本。

4 曳引系統(tǒng)

曳引系統(tǒng)是向電梯輸送與傳輸動(dòng)力，使電梯運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)源。它主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪反繩輪等組成。

曳引機(jī)又稱電梯主機(jī)，它由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器、減速器、曳引輪機(jī)架、導(dǎo)向輪及附屬盤(pán)車手輪組成。

曳引機(jī)可采用動(dòng)力通過(guò)中間減速器傳遞曳引輪的有齒曳引機(jī)。在這個(gè)基礎(chǔ)上還可以設(shè)計(jì)一個(gè)手搖式動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，在斷電或者其他特殊情況下，外部救援人員可以在斷電情況下，通過(guò)手搖方式使電梯上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到快速解救被困者的目的。

導(dǎo)向輪為曳引繩導(dǎo)向，讓鋼絲繩分別連接兩個(gè)轎廂的兩頭以引導(dǎo)其適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

5 門系統(tǒng)

電梯門系統(tǒng)由層門與轎廂門組成，層門與轎廂門結(jié)構(gòu)相同，由門、導(dǎo)軌架、滑輪、滑塊、門框、地坎等組成。要使門具有強(qiáng)度與剛性最好在門背配上加強(qiáng)鋼筋。為了提高舒適性、減少噪音，可在門板背面涂貼防震吸音材料。

6電力拖動(dòng)系統(tǒng)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)為電梯提供動(dòng)力，對(duì)電梯的啟動(dòng)加速、勻速運(yùn)行和制動(dòng)減速起著控制作用，拖動(dòng)系統(tǒng)的性能直接影響電梯加減速性能、平層精度、舒適感等重要指標(biāo)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)或永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際安裝環(huán)境與條件進(jìn)行選擇。（1）直流電機(jī)拖動(dòng)具有調(diào)速性能好、啟動(dòng)力矩大等特點(diǎn)。（2）交流電機(jī)拖動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但功率因數(shù)低，調(diào)速性差等缺點(diǎn)。（3）永磁同步電機(jī)拖動(dòng)具有體積小、重量輕、高效率節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

7 電氣控制系統(tǒng)

電梯的電氣控制系統(tǒng)是對(duì)電梯主曳引電動(dòng)機(jī)和門機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行減速、停止控制，以及每層站顯示、層站召喚、轎內(nèi)指令、安全保護(hù)等信號(hào)進(jìn)行分析與處理。以保證各系統(tǒng)部件協(xié)調(diào)工作。

雙聯(lián)升降電梯采用MCU微機(jī)控制器，對(duì)電梯內(nèi)部傳感器的信息進(jìn)行分析處理，以使各系統(tǒng)能更好地工作。

MCU程序主要包括：同向流程設(shè)計(jì)、反向流程設(shè)計(jì)、門開(kāi)啟關(guān)閉設(shè)計(jì)、超員系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等組成。

MCU程序設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)單轎廂升降電梯有所不同，主要表現(xiàn)在雙轎廂的乘客搭乘程序上：（1）當(dāng)乘客為同向乘客時(shí)，這與普通單轎廂電梯的程序設(shè)計(jì)是基本相同。按照誰(shuí)先操作誰(shuí)優(yōu)先原則，同向順路搭載原則；（2）當(dāng)乘客為反向乘客時(shí)，這個(gè)是普通電梯程序所不具有的，必須另外設(shè)計(jì)。（3）進(jìn)轎廂時(shí)：開(kāi)始也是按照誰(shuí)先操作誰(shuí)優(yōu)先原則，并判斷乘客與轎廂最短距離來(lái)啟動(dòng)最近轎廂進(jìn)行接載乘客。當(dāng)中途有反向且反向轎廂順路乘客時(shí)，開(kāi)啟反向轎廂門接載反向乘客，另一個(gè)轎廂乘客等待。（4）出轎廂時(shí)：系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)乘客所需樓層計(jì)算轎廂內(nèi)乘客出轎廂位置，中途乘客可以優(yōu)先出轎箱，直到把所有乘客搭載到所需位置后停止運(yùn)行，等待下一位乘客的到來(lái)。

8 雙聯(lián)電梯電氣組成

雙聯(lián)電梯的電氣組成結(jié)構(gòu)上與普通電梯有所不同，但電器控制系統(tǒng)的主要組成部分卻大致相同，這樣能很大程度上節(jié)約研發(fā)與維護(hù)成本，在安裝與調(diào)試過(guò)程中也與普通電梯大致相同，能減輕安裝技術(shù)人員的勞動(dòng)時(shí)間與勞動(dòng)強(qiáng)度。

雙聯(lián)電梯電氣控制系統(tǒng)主要由：召喚盒、內(nèi)外呼應(yīng)箱、層站位置顯示裝置、平停層裝置、端站強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)、頂層電機(jī)換向裝置、限位開(kāi)關(guān)、控制箱、檢修箱等組成。

9 安全裝置

限速安全鉗系統(tǒng)是電梯必不可少的安全裝置，當(dāng)電梯速度超過(guò)額定速度的115%、運(yùn)行失控、懸掛裝置斷裂時(shí)，限速安全裝置迅速將電梯轎廂制停在導(dǎo)軌上，并保持靜止?fàn)顟B(tài)，避免乘客傷亡與設(shè)備損壞事故。

本系統(tǒng)為了提高安全性，采用了耗能型緩沖器。要求轎廂沖擊到緩沖器上的平均減速度不能超過(guò)1g，為了保證人員的安全，且減速超過(guò)2.5g以上的作用時(shí)間不能超過(guò)40ms。乘客的人身安全才有保障。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7588-95規(guī)定電源錯(cuò)相與電壓降低都應(yīng)有保護(hù)措施的要求，電梯控制系統(tǒng)必須采用相序繼電器以防止供電相序錯(cuò)誤與缺相。在直流電梯中驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的相序錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致飛車事故、在交流電梯中發(fā)生相序錯(cuò)就會(huì)使上與下運(yùn)行反向。所以必須采用相序裝置保護(hù)人身與設(shè)備安全。

安全觸板是在電梯自動(dòng)關(guān)門過(guò)程中，防止人員或物體被夾受損。

紅外光幕通過(guò)MCU控制，自上而下連續(xù)掃描轎門區(qū)域，當(dāng)任何一束紅外線被擋時(shí)，系統(tǒng)立即開(kāi)門，以防止人員被夾。

超載保護(hù)裝置：當(dāng)電梯負(fù)載超過(guò)電梯的額定負(fù)載時(shí)，過(guò)載裝置使電梯不能啟動(dòng)運(yùn)行并發(fā)出過(guò)載信號(hào)，要求后上乘客下梯。

10 結(jié)語(yǔ)

本雙聯(lián)電梯設(shè)計(jì)初衷在于節(jié)能考慮，在某些場(chǎng)合可能有一定的局限性，不能適用于所有的場(chǎng)合，但在人流密集與流動(dòng)性大的場(chǎng)合，如醫(yī)院、購(gòu)物中心等場(chǎng)合具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能提高運(yùn)行效率與節(jié)約能源，是現(xiàn)有單聯(lián)電梯無(wú)法比擬的。

課題來(lái)源：2015年廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院《自平衡式雙聯(lián)開(kāi)降電梯》研究課題（項(xiàng)目編號(hào)：2015ZR04）

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