背包式電梯的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

任明權(quán)　馮志華

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)，電梯已經(jīng)深深地融入了人們的生產(chǎn)、生活當(dāng)中，是必不可少的垂直交通運(yùn)輸工具。其中，背包式電梯作為一種結(jié)構(gòu)特殊的電梯，在一些特定場(chǎng)合也得到廣泛應(yīng)用。比如，當(dāng)需要90度開(kāi)門的場(chǎng)所，甚至三面都開(kāi)門的場(chǎng)所，背包式電梯由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，就非常適合；另外，對(duì)于別墅電梯、現(xiàn)有建筑之上后加電梯，由于背包式電梯僅需要一個(gè)面與現(xiàn)有建筑進(jìn)行連接，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的要求低，適應(yīng)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：背包式電梯；創(chuàng)新；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.244

1 背包架電梯基本特征

目前常見(jiàn)的背包式電梯噸位一般在1000kg以下，提升高度、速度都比較低，多采用1：1繞繩結(jié)構(gòu)。如圖1，轎廂導(dǎo)軌、對(duì)重導(dǎo)軌位于轎廂的一個(gè)側(cè)面，這樣其他的三個(gè)面就具有巨大的利用價(jià)值。比如三個(gè)側(cè)面均可以開(kāi)門、均可以設(shè)置觀光等，其他形式電梯布置形式很難實(shí)現(xiàn)。且從圖中可以看出，曳引機(jī)架在導(dǎo)軌上的話，其對(duì)井道建筑的要求低，對(duì)降低建筑成本也非常的有利。

由于背包架電梯的L型轎廂架這一結(jié)構(gòu)特征，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有很大的限制。

一方面是對(duì)導(dǎo)軌的要求較嚴(yán)格限制。由于其L型結(jié)構(gòu)（懸臂結(jié)構(gòu)），轎廂的自重和額定載重通過(guò)轎廂架上的導(dǎo)靴施加在導(dǎo)軌上，且在轎廂架立梁上部導(dǎo)靴處施加的力與在轎廂架立梁下部導(dǎo)靴處施加的力方向相反，這樣就使導(dǎo)軌在運(yùn)行過(guò)程中承受巨大的彎矩。同時(shí)，由于井道垂直方向上，導(dǎo)軌是由多根導(dǎo)軌通過(guò)導(dǎo)軌連接板連接而成，一般是5米一根，而背包架電梯中轎廂的導(dǎo)靴與導(dǎo)軌在運(yùn)行的過(guò)程中始終是接觸的，這樣其對(duì)導(dǎo)軌的安裝要求就很高，特別是上下兩根導(dǎo)軌接頭處的處理。導(dǎo)軌本身的強(qiáng)度、連接處的強(qiáng)度、垂直度、光潔度等不僅影響電梯運(yùn)行的舒適感，甚至影響電梯的運(yùn)行安全。另外容易加劇導(dǎo)靴靴襯的磨損，需要經(jīng)常更換靴襯，費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)錢。

另一方面是對(duì)其轎廂架的受力要求限制。由于其轎廂架采用懸臂結(jié)構(gòu)，轎廂架的下梁屬于懸臂梁，承載著轎廂的自重、額定載重。這樣對(duì)整個(gè)轎廂架的受力要求就非常高。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析

2.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般背包式電梯轎廂架的受力簡(jiǎn)圖如圖3所示。其中F1、F3處是轎廂上下導(dǎo)靴位置，F(xiàn)代表轎廂的額定載重和轎廂自重。

則力F1與F3大小相等、方向相反。

鑒于以上的特殊要求，現(xiàn)在的背包式電梯其額定載重、速度都不是很大。一般額定載重在1000kg以內(nèi)，速度小于1.5m/s。

背包式電梯的結(jié)構(gòu)限制主要體現(xiàn)其懸臂結(jié)構(gòu)，鋼絲繩懸掛點(diǎn)位于導(dǎo)軌處，與質(zhì)量中心偏離一段距離，這樣就影響了電梯運(yùn)行的舒適感，對(duì)轎廂架、導(dǎo)軌及導(dǎo)軌支架的受力要求很高。如果能夠讓鋼絲繩的懸掛點(diǎn)盡量靠近懸掛點(diǎn)位置，則可以對(duì)電梯的各方面性能有很大的優(yōu)化。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

如圖4，采用2：1曳引比，在轎廂架鋼絲繩懸掛位置增加動(dòng)滑輪，通過(guò)兩個(gè)動(dòng)滑輪使懸掛中心點(diǎn)盡量靠近質(zhì)量中心，減小由于轎廂自重和額定載重對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的彎矩。

該創(chuàng)新型背包式電梯轎廂架的受力簡(jiǎn)圖如圖6所示。其中F1、F3處是轎廂上下導(dǎo)靴位置，F(xiàn)代表轎廂的額定載重和轎廂自重。

則力F1與F3大小相等、方向相反。

由上述公式知，F(xiàn)、F2均屬于系統(tǒng)質(zhì)量，無(wú)法改變，所以當(dāng)L3增大時(shí)，其力F1、F3相應(yīng)減小。但隨著L3的增大，由于動(dòng)滑輪采用懸臂設(shè)計(jì)，其機(jī)械強(qiáng)度要求高，應(yīng)力集中部位就更加難以設(shè)計(jì)，導(dǎo)致成本增加。因此，不能依靠不斷增加L3，來(lái)提高舒適度，需要一個(gè)合理的設(shè)計(jì)，在舒適感、經(jīng)濟(jì)型、結(jié)構(gòu)要求方面進(jìn)行平衡。

2.3 ANSYS分析及PMT測(cè)試

通過(guò)運(yùn)用ANSYS進(jìn)行有限元分析，其最大應(yīng)力約為84MPa，結(jié)果符合要求。

最終通過(guò)PMT進(jìn)行測(cè)試，其在運(yùn)行過(guò)程中由于導(dǎo)軌變形引起的振動(dòng)有很大程度的降低，特別是運(yùn)行過(guò)一段時(shí)間后，在導(dǎo)軌接頭處由于受力工況的改變，其接頭處導(dǎo)軌的變形量減小，電梯Y軸方向上的明顯周期振動(dòng)大幅削弱，有效的降低了導(dǎo)軌接頭處間隙對(duì)電梯舒適感的影響。

圖8為改進(jìn)前傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)變加速度測(cè)試數(shù)據(jù)圖，轎廂偏載嚴(yán)重，導(dǎo)靴壓緊在導(dǎo)軌面上，對(duì)導(dǎo)軌特別是導(dǎo)軌接口要求高，受導(dǎo)軌接縫處精度影響嚴(yán)重。如圖Y向，每隔5m左右（電梯導(dǎo)軌5m一檔），電梯有一個(gè)明顯跳動(dòng)，影響電梯舒適感。

圖9為改進(jìn)后變加速度測(cè)試數(shù)據(jù)圖，偏載問(wèn)題得到了有效解決。間隔5m左右的跳動(dòng)不明顯，電梯整體舒適感也有了很大提高。

同時(shí)，由于采用了新結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)軌型號(hào)由原來(lái)的T114降低為T89，其各方面要求還是可以很好的滿足要求，降低了產(chǎn)品成本。