电梯机械设计的合理化分析

陈明航 刘 闯 庞红迪

（南阳职业学院，南阳 474500）

电梯作为当前建筑重要的组成部分，使人们的出行更加方便，但也存在很多安全隐患，如何解决这些问题，成为设计者应该考虑的问题。日常生活经常使用的电梯，按样式分类可以分为垂直电梯和台阶式电梯，主要通过电机拖动以及钢丝绳曳引来运行。本文将以垂直电梯为例，介绍了电梯机械工作原理，并对电梯机械结构安全性进行分析，阐述国内外电梯机械设计开发现状，最后针对电梯机械设计提出合理建议。

1 电梯机械结构安全的介绍

电梯机械结构主要由机械和电气两大系统组成，部分电梯还会增加安全保护系统。其中机械部分包括轿厢系统、重量平衡系统、导向系统、曳引系统、门系统以及安全保护系统；电气部分则由电力拖动系统和电气控制系统组成。电梯在日常生活的使用中一般有两种工作模式，即升降和维护。

为提升电梯机械安全性，在设计结构时，不仅要重视材料选择，还要对系统设计进行严格把控，保证电梯运行安全，防止安全事故发生。

2 国内外电梯机械研究及设计开发历史

2.1 国内电梯机械的研究及设计开发情况

我国电梯技术的发展主要经历了三个阶段。第一阶段主要是指建国初始阶段。建国后，在党中央要求下，提出了在北京天安门安装1台由我国自主研究并制造的电梯，这一项任务交给了天津从庆生电机厂，相关技术人员不负众望，设计出了中国第一台电梯，这既是我国电梯事业发展历史的里程碑，也是我国电梯行业的开端，推动了电梯机械设计的发展。

第二阶段主要是指1950～1979年期间，该阶段我国电梯设计主要出于独立自主研制与生产阶段。第三阶段是1979年至今。随着改革开放政策提出，我国电梯技术有了质的飞跃，与国际先进技术接轨，不断借鉴别国先进经验，取其精华，推动了我国电梯机械设计专业的发展。自此我国电梯机械设计质量不仅有了保证了质量，还通过各种电子技术、新型材料技术扩展了我国电梯类型。

2.2 国外电梯机械的研究或设计开发历史

国外电梯机械设计最早是在1857年，由美国的奥蒂斯公司成功研制出世界上第一台包含安全保护措施的电梯，并于1858年应用于纽约市的第一台客梯上，这也是第一台真正载人电梯。但是这个阶段的电梯设计还不够成熟，运行速度较慢。

随着科学技术的发展，1903年，奥蒂斯公司研制出不带减速器的无齿轮高速电梯，电梯传动机构采用拽引驱动代替原来的卷筒式，这种电梯也为如今高层建筑中大行程、高速度电梯的前身。

1949年后，国外电梯设计开始广泛使用电子技术，直至1989年，世界上诞生了第一台直线电动机电梯，它取消了电梯的机房，对传统技术作了重大革新，标志着电梯技术进入到一个全新领域。1990年，国外设计者将电梯控制系统由并行信号传输转换为以串行为主的信号传输，提高了电梯系统的可靠性，为实现电梯群控制、智能化和远程控制提供了技术支持。

总之，国内外电梯机械设计技术都在不断的发展，我国电梯机械设计起步晚，较之其他发达国家电梯机械产品仍有许多不足，因此要加强技术开发力度，对先进知识要不断学习，改进传统设计思路，提高电梯质量，缩短与发达国家之间的差距。

3 电梯机械结构合理化设计建议

电梯机械设计人员需要具备谨慎的科学态度，把安全设计原理贯穿整个设计过程，包括科学选择机械材料、选择电力系统等，接下来笔者就针对电梯结构合理化设计提出几点建议。

3.1 电梯导向系统的设计

电梯导向系统功能是限制轿厢和对重活动自由度，使轿厢和对重只沿着各自导轨作升降运动，使两者在运行的过程中更加平稳，不会偏斜，保证电梯机械稳定性，是电梯机械发展的一大里程碑。电梯导向系统由导轨、导靴、导轨架三部分构成，在电梯升降的过程中，导向系统中的导轨和导靴都是常用部件，通常导靴固定在电梯上，在电梯升降的过程中导靴在导轨上滑动，其运行过程中摩擦系数较大，长期使用会导致导靴与导轨之间间隙增大，从而降低电梯运行稳定性，并产生较大的噪声，给电梯乘客带来不适感，而且还会降低导靴与导轨的使用寿命。

为了解决上述问题，设计者进行了一系列研究，旨在延长导靴与导轨的使用寿命，对导靴的靴头、靴体和靴座进行合理化设计，主要包含三项措施，优化导轨结构形式、严格筛选材料以及不断校核导轨强度[1]。

3.2 轿厢系统及PLC控制系统的设计

由于老式电梯可靠性较差，使用者对其安全性提出质疑，要求进行改造。因此，电梯机械设计者可通过编程控制器（PLC）对电梯自动控制系统进行设计，从而提高国产电梯技术水平和质量。加强电梯轿厢及PLC控制系统理论研究，能够有效减少电梯事故发生概率，实现为人民服务的宗旨[2]。

3.3 重量平衡系统的设计

重量平衡系统主要作用是在电梯运行中平衡轿厢及电梯负载重量，同时并减少电动机功率损耗，在电梯机械设计中，要保证轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，这样既可以减轻牵引绳与导轨之间的曳引力，还能够延长牵引绳使用寿命。此外，选择合适的材料也可以有效地加强电梯机械的强度，减少电梯出现故障概率。总之，合理设计重量平衡系统可以加强电梯机械的平衡性，保证电梯质量，让用户更加放心。

3.4 曳引系统的设计

曳引系统是整个电梯机械设计的核心，其重要性毋庸置疑，它是驱动电梯的轿厢和对重做上、下运动的部件，由曳引电动机、制动器、减速箱以及曳引轮组成。它能调动电梯机械的整体性，在曳引电动机设计中，要尽量减少曳引电动机噪音，增强稳定性与机械特性，保证其维护简单。在曳引轮材料选择上，材料必须满足强度大、韧性好、耐磨损以及耐冲击强等特性，尽可能减少曳引钢丝绳在曳引轮绳槽内的磨损。

3.5 门系统的设计

为了保证电梯机械安全性，门系统设计也是电梯机械设计中需要格外注意的内容。在电梯未运行或者运行过程当中，一定要保证轿门和厅门为紧闭状态，并且电梯的厅门还必须要设置门锁，防止用户因提前进入而掉进电梯井道[3]。

4 结语

电梯设计是否合理性与用户日常生活息息相关，为保证用户更加放心使用电梯，一定要提高电梯的稳定性与安全性。本文以电梯机械设计为研究对象，对国内外电梯设计历史进行了简要分析，同时对电梯设计内容提出了几点建议。希望通过本文研究，能够帮助相关设计人员设计出更加合理化的作品，规避电梯风险，更好为人民群众服务。