住宅用高速汽车电梯的设计案例探析

刘杰

摘 要：目前，汽车电梯都是在载货电梯的范畴内进行设计制造，速度低、舒适感较差、智能化程度不强，不能满足第四代建筑概念中电梯运输汽车直接入户的目标。基于研发合作项目，西继迅达电梯有限公司依据电梯标准、规范的要求，致力于解决重载平稳、高速舒适、智能便捷等方面的技术问题，设计完成了载重可达3 200 kg、速度2.5 m/s的住宅用高速汽车电梯，其得到了项目合作单位的认可并通过验收。2019年通过了国家电梯质量监督检验中心的验收，取得了整梯型式试验证书。住宅用高速汽车电梯，作为智能建筑的配套设施，将具有广阔的使用前景。

关键词：第四代建筑;住宅高速汽车电梯;电梯制造

中图分类号：TU857文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）14-0088-03

Design Case Analysis of High-speed Automobile Elevator for Residential

LIU Jie

（Xiji Xunda Elevator Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： At present， automobile elevators are all designed and manufactured in the category of cargo elevators， they have low speed， poor comfort and low intelligence， which cannot meet the goal of elevator transportation vehicles entering the household in the fourth-generation architectural concept. Based on R & D cooperation projects， Xiji Xunda Elevator Co.， Ltd. was committed to solving the technical problems of stable heavy load， high speed comfort， intelligence and convenience in accordance with elevator standards and specifications， and designed a high-speed residential elevator with a load of up to 3 200 kg and a speed of 2.5 m/s， which had been approved by the project cooperation unit and passed the acceptance. In 2019， it passed the acceptance of the National Elevator Quality Supervision and Inspection Center and obtained the whole elevator type test certificate. Residential high-speed car elevators， as supporting facilities for intelligent buildings， will have broad use prospects.

Keywords： fourth-generation buildings;residential high-speed car elevators;elevator manufacturing

目前，汽車电梯的设计制造定位于满足运输汽车或物品，多用于汽车制造工厂或汽车4S店。载重一般不超3 000 kg，速度在0.5 m/s以下，速度低，舒适感较差，智能化程度不强。

近年，清华大学建筑设计院提出了第四代建筑的概念，其中“可将车开到空中家门口”的需求，意味着人们需要设计配合住宅使用的汽车电梯。如图1所示，每层住户都可以停车入户，如平层花园洋房。随着市场调研的信息反馈，适用于此类建筑的汽车电梯已有需求，因此，西继迅达电梯有限公司把该类型汽车电梯的设计研发作为重要项目进行开展。

1 项目介绍

针对本公司和市场的共同需求，2018年西继迅达电梯有限公司与天地建筑创新技术成都有限公司合作，研发适合第四代建筑的住宅用高速汽车电梯。其于2018年5月立项，2019年3月完成了样梯的设计和安装。而后，样梯经过近2个月连续试运行及调试优化，于2019年5月27日通过了国家电梯质量监督检验中心的验收，取得了整梯型式试验证书，至此获得了初步的进展。图2为西继迅达电梯有限公司依附试验塔搭建的试验样梯。

2 项目特点及解决方案措施

该住宅用高速汽车电梯，设计载重为3 200 kg，梯速为2.5 m/s，同时车辆运行状态能匹配响应小区对车辆的智能管理。因此，该梯要致力于解决重载平稳、高速舒适、智能便捷等方面的技术难题。电梯设计具有鲜明的特点，针对技术难题，西继迅达电梯有限公司提供了解决方案。

2.1 结构承载强度大，平衡性要求高

依据《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）[1]的规定，载重3 200 kg的汽车电梯轿厢面积可达16 m2，这么大面积的电梯，其自身质量可达6 000 kg。同时，必须考虑电梯在紧急工况下的运行，如安全钳动作、缓冲器动作，电梯部件尤其是作为轿厢承载体的轿架，设计强度必须足够大，并要留有足够的安全系数。

此外，该型汽车电梯的结构必须受力均衡，布局必须保证稳定：考虑到轿车外形尺寸，汽车电梯轿厢深度一般不小于6 m，如果伴随着进车、出车等工况而出现轿厢前后俯仰，用户将产生安全和稳定性方面的质疑，舒适感也会降低。

针对上述，动力方面，西继迅达电梯有限公司采用了自主设计研发的WGT型大吨位的永磁同步曳引机，功率约为50 kW，结构采用卧式+无齿+输出轴两点支撑[2-3]，可以实现在125%额定载重时提供足够的曳引力，能正常上、下运行;悬挂系统采用了16根钢丝绳，2∶1单绕，采用顶吊方式，重心下置，目的是保证正常使用的前提下最大限度地提高承载稳定性;安全部件采用威特WSGB04渐进式安全钳，复式结构，提供P+Q=9 500 kg的系统质量，满足制动要求（见图3）;导向系统布置了一大（T127）两小（T89）3组对列导轨，尽最大可能限制轿厢深度方向出现俯仰角度而造成的进出车工况下的门区升降。

其中，轿架的设计是一个重点[4]。作为高速汽车电梯的骨架，轿架起着支撑固定轿厢及轿内装载物品的关键作用。在该例中，整体结构方面采用的是前、中、后三列架体的设计，在轿厢深度方面提供足够长的承载面，合理地分配轿厢对轿架的压力;三列架体之间通过上、下横梁紧紧固定，并利用特别设计的斜支撑、斜拉杆、加强角板等零件进行更深一步的加固和支撑，保证结构的稳定、平衡（见图4）。设计过程中，重点校核了轿架上主要受力构件的强度和变形量，如上梁、下梁、立柱等。

2.2 舒适感要求较高

一般汽车梯的梯速只需要0.5 m/s，而本例中2.5 m/s的梯速已属于高速梯范畴。在本例中，基于住宅汽车电梯的实际使用需求，有必要严格保证轿厢内乘用空间和井道外居住空间的舒适感，确保轿厢内振动（水平、垂直）、噪声的控制高于国家规范要求（机房噪声≤79 dB;轿厢内噪声≤55 dB）、井道噪声的传递隔离完好。

关于高速电梯的气动和振动噪声问题，各厂家早有各种解决方案提出，如运动系统增加整流罩、井道增加通风孔、增加隔振减振的阻尼单元、在控制中针对电梯启停曲线进行调整优化，甚至是增加一些主动反应单元、主动减振的一些新技术。

在本例中，电梯NVH方面的设计除了结合部分上列技术外，以隔振方向为主进行减振降噪处理：在轿厢系统和轿架系统之间进行减振隔离，在轿厢轿架系统与钢丝绳传动系统之间进行减振隔离，在钢丝绳传动系统与曳引机动力部分之间进行减振隔离，在动力系统与机房土建单元之间进行减振隔离。另外，悬挂方案采用顶吊式轿架，尽量减少振动传递路径和振动发生点，争取将系统振动隔離在轿厢外;对电梯薄壁零件进行处理、封闭/减小狭小缝隙，用以调节部件或整体模态频率。

在新梯型的初步设计中，这样的振动问题解决思路主要考虑了结构问题，尽量避免产生后期无法更改的缺陷，是基于成本和时间的快速应对方案。后期需要结合建筑设计院，制定井道隔振方案，尽量将井道/机房内振动限制在井道/机房内;结合仿真分析，制定气动噪声的降低方案等。

2.3 智能化车辆引导系统设计

针对住宅用户的汽车电梯有别于常规电梯：甲方在技术参数中提出了一系列人性化的智能车辆导流和控制要求。这个系统实质相当于在电梯呼梯控制系统基础上融合了车库行业的智能泊车系统，最终研发出一整套完善的人机交互系统，这是未来物联网时代小区物联系统的雏形。

例如，本例甲方合同中提出以下具体要求：车牌识别系统，要求能够智能识别车主信息;中央车辆管理系统，根据识别车牌得到的车辆信息、车主单元、楼层信息等，要求电梯群控系统同时开始分配，并在上下班等忙时自动返基站候梯;收费管理系统，对车辆登记后计时收费，目前国内用户都倾向于结合微信等端口的支付手段，因而其又根据有人值守、无人值守等，应用微信小程序、二维码等技术手段，有多种开发解决思路;车辆引导系统，在等候区由信号灯控制车辆，适当分布减速带，电梯前或入口处等布置智能道闸抬杆，辅助信号灯/语音等提示引导车辆行驶;车辆保护系统，保护车辆进出电梯，采用感应开关、光幕开关、语音/灯光报警等提示车主当时车辆位置，采用强制阻止的车辆止挡、软接触保护、车轮导正装置等方式，提醒车主正确行驶车辆，并限制车主进行危险动作。

此外，由于汽车电梯面积过大，在住宅用途中，存在超员超载的风险。一般来说，前序引导流程中，有车牌识别、道闸阻挡、禁止标识等车辆引导程序，限定车辆运输的唯一用途，且过滤掉商用汽车驶入电梯的可能。针对平层开门时上客超员、货物超标带来的意外超载带来的溜车等风险，平层时夹轨器抱紧，关门启动后，若夹轨器松开，绳头称重装置检测到超载，则安全回路断开、报警开门。

3 结语

以上三个方面，即是西继迅达电梯有限公司在该型电梯设计和项目开展期间的一些经验总结，作为一个系统，基本满足了合同项目的需求，将车辆与电梯两个分属水平和垂直方向的运输工具进行友好衔接，实现了车辆能安全、便捷地进、出电梯，快速运达建筑物的指定高度和位置。当然，作为一种实现方案，此次初步的设计是存在很多缺陷的，但参与并实施一项新的梯型设计是值得骄傲的。住宅用高速汽车电梯作为未来建筑中不可或缺的一部分，也势必将随着建筑行业的不断创新而出现新的生命力，变得更加智能、高速、舒适。

参考文献：

[1]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电梯制造与安装安全规范：GB 7588—2003[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电梯技术条件：GB/T 10058—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电梯试验方法：GB/T 10059—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[4]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.电梯安装验收规范：GB/T 10060—2011[S].北京：中国标准出版社，2011.