浅谈电梯的机械结构及相关问题

【摘 要】同传统运输设备相比，电梯的运输与其存在着众多的相同之处，但是同样因电梯结构不稳定而导致的安全问题对人们的生活秩序也产生了重要的影响。基于此，文章对电梯的机械结构及相关问题进行分析，以期能够提供一个借鉴。

【关键词】电梯；机械结构；分析

1.电梯的概念及分类

1.1电梯的概念

现阶段，电梯已经广泛的应用到我国的城市高层建筑中，并且大多数人也都乘坐过电梯，然而人们对于电梯的理解相对来说还是较少的，并且理解的程度也基本都局限在狭义的概念上面，狭义的概念是这样定义电梯的，其就是针对规定楼层服务的，电梯包含了轿厢垂直或倾斜的升降设备，而自动扶梯和人行道则是不包含在电梯的范围内的。而从广义的概念上对电梯进行理解，认为电梯主要指的是具有动力驱动的，能沿着固定的轨道进行运动的踏步和梯级或是沿着刚性导轨运送货物的箱体，其是一种能够完成平行运送或是升降运送作业的机电设备。而广义上的电梯设备则是应包含载货电梯、载人电梯、自动人行道以及自动扶梯。

1.2电梯的分类

（1）对电梯进行分类时，如果以其运行的速度快慢为依据，那么通常应将电梯分为超高速电梯、高速电梯、快速电梯和低速电梯四大类，超高速电梯的运行速度是要超过4m/s的，通常在分区进行控制的高层大厦中常采用这种电梯；而高速电梯的运行速度则是在2m/s-4m/s的范围内，在高层写字楼中通常会采用高速电梯；快速电梯的运行速度一般都在1m/s-2m/s的范围内，通常情况下，住宅电梯和楼层数小于15层的多层客梯会采用快速电梯；低速电梯的运行速度是小于1m/s的，其通常都被应用在绝大部分的货梯中；（2）如果根据使用用途对电梯进行分类，一般可以将电梯分为乘客、观光、载货、杂物、医用、船舶以及车辆等多种类型，同时市场上还存在着一些特殊种类的电梯，常见的有立体停车场用电梯、斜行电梯以及建筑施工电梯等。

2.电梯的机械结构及主要装置分析

2.1门系统

电梯的门系统由层门、轿门及开关门机构组成，层门和轿门由门、导轨、滑轮、滑块，门框、地坎等部件组成。门系统的主要作用是防止侯梯的人员出现不安全的事故，避免轿厢内的人员与井道之间发生碰撞的情况。为了保证电梯安全的运行，在电梯的启动之前，应当保证轿门与厅门为关闭的状态，并要求在厅门上安装门锁，从而将厅门锁住，只有在专用钥匙解锁的情况下，才能将厅门打开；对于控制电路来讲，借助于门锁上的微动开关可对电梯回路的接通及断开进行控制，从而方面对电梯的起动及其运行过程进行适当的调整。对于门系统而言，应当保证下面几个方面的内容：在轿厢未升到层门并停稳前，层门应自动进行闭锁；轿厢在运动时轿厢门应处于自动闭锁状态。

2.2曳引系统

这一系统的主要作用为及时的牵引轿厢的上行和下行，从而帮助乘客顺利的到达相应的楼层。其主要包括曳引机、导向轮、反绳轮和曳引钢丝绳等部分，曳引机是电梯的动力提供装置，根据电动机的差异性又分为直流曳引机和交流曳引机，根据速度的快慢可分为超高速、高速、快速和低速曳引机，根据结构形式的区别可分为卧式曳引机和立式曳引机，根据减速方式的差异性分为无齿轮曳引机和齿轮曳引机。电梯的轿厢通过曳引钢丝绳悬挂在曳引轮上，曳引轮在曳引机的驱动下就可以实现轿厢的上下运行。导向轮用于分开轿厢和对重的间距，安装在曳引机机架或者承重梁上。轿厢侧反绳轮设置在轿厢的顶部或底部，对重侧反绳轮设置在对重架的顶部。曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重上（或者两端固定在机房内的曳引机机架上、承重梁上），轿厢的升降依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动实现。

2.3轿厢系统

轿厢由轿厢架、轿底、轿壁、轿顶组成。轿厢架由上梁、下梁、立柱、拉条等部件组成，其作用是固定和悬吊轿厢。在上下梁两端固定有导靴，引导轿厢沿着导轨上下移动，保持轿厢在井道内的水平位置。在下梁上装有安全钳，在电梯超速下坠时，安全钳可在限速器带动下将轿厢夹持在导轨上，在上梁上还有固定绳吊板，起悬吊轿厢的作用。

电梯的轿厢体一般由轿底、轿顶、轿壁和轿门组成。GB7588-2003规定，轿厢内部净高度不应小于2m，并详细规定了轿厢的有效面积、额定载重量和乘客人数。

轿底是轿厢支撑负荷的组件，其前沿设有轿门地坎，地坎处装有一块垂直向下延伸的光滑挡板（护脚板），GB7588-2003规定，其垂直部分的高度不应小于0.75m。轿底还安装了轿厢称重装置，当轿厢载荷超重时，电梯不能起动，并发出报警声。

而轿顶上，通常设置有检修用的检修箱及照明设备，以便在发生故障时，检修人员能够在轿厢顶检修井道内的设备。轿厢顶也设置有防护栏，以确保电梯维修人员的安全。

2.4导向系统

此系统主要包括了三个部分的结构，分别为导轨、导轨支架和导靴，其主要作用是限制轿厢和对重的活动自由度，保证轿厢和对重在井道中是按照正确的路线上下运行。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，能够精确的控制电梯的升降轨迹，所以，导向系统就是可以保证对重和轿厢在垂直方向移动，保证对重和轿厢在井道中都是处于一个合理的位置。在电梯的井道中通常会设置四根导轨，两根是对重架导向，另外两根则是轿厢导向，固定导轨时通常都采用压导板，并使用紧固件固定在导轨支架上，导轨支架与井道壁联接。

2.5重量平衡系统

重量平衡系统主要包括了补偿装置、补偿缆、补偿绳以及对重等结构部分，在曳引轮和导向轮的牵引下，对重用的钢丝绳会直接连接轿厢，而在整个系统的运行过程中，这一系统主要起到的是对电梯和轿厢负载的平衡作用。在配置对重量的量值时，应严格的依据电梯额定载重量的相关要求，从而保证整个电梯系统是具备一个良好的使用状态的。如果电梯的曳引高度超过了30m，那么曳引钢丝绳的差重对电梯运行的平衡性和稳定性就可能会产生影响，所以，必须设置补偿缆和补偿链等相应的补偿装置。

2.6电梯机械结构中的机械装置

为了最大限度地保证电梯使用的安全性，那么在电梯机械结构中还必须设置有安全钳、限速器、缓冲器和上下极限超越保护装置等机械装置，当电梯系统的运行速度超过了其极限值时，限速器就会停止运转，并且借助绳轮之间的摩擦力或夹绳机构，提拉起安装在轿厢梁上的安全钳连杆系统，使轿厢两侧安全钳的楔块同步提起并夹住导轨，强制性的将轿厢停留在导轨上，在所有的安全开关都恢复状态后，轿厢向上提起时，安全钳才会释放。在所有的安全保护装置都失去作用后，缓冲器就会作为最后一道保护装置，其能够将电梯的能量吸收并消耗掉，避免轿厢出现撞底的事故。而极限超越保护装置的最主要作用就是保证电气系统的顺利运行，从而保证轿厢的稳定运行，避免撞底和冲顶等安全事故的发生。

3.信息技术在电梯控制系统中的应用分析

电梯控制系统大部分都是借助电脑的软硬件结构，并搭配各式各样的感应器及预先所规划的复杂的各式操作程序，结合成所谓的人工智能。精准的监控及引导各部电梯的动作，是以模糊逻辑方法为基础。模糊理论是根据不明确的信号，通过近似推理的过程，且经过运算而得到明确的结论，类似人头脑中“过程模糊，结果明确”的思维特征。使用模糊逻辑数学分析统计法，能快速的找出任何时刻最适合的运行模式。

文章主要以小型电梯控制系统为例，结合PLC控制技术的特点，提出了一套结合模糊逻辑理论，将推理、判断、决策、控制等的知识思考行为，转化成为知识库及规则库储存于电脑中，再经由模糊理论法（fuzzy theory）以数值计算方法完成推论，实现于此电梯控制系统的视窗化的设计与应用。

系统的硬件架构是由可编程控制器、步进电机及驱动器、传感器等所组成。系统在可编程控制器内部所完成实现的内容，可先定义误差量（E）与误差偏差量（ΔE）两轴，误差量是由软件设定的参考距离与回授距离的差值。误差偏差量的计算是目前误差En减去前一次的误差量En-1，当程序连续执行下，循环一次的时间步距Δt很短时，可视为一个误差偏差量ΔE，或称之为误差微分量ΔE/Δt。

（1）可编程控制器。系统所使用的控制器是利用三菱公司的产品。该系列PLC在电脑通讯的模式中，其交信资料的类型分别为读取PLC元件及交信资料的交信型式和写入PLC元件及交信资料的交信型式。（2）步进电机及驱动器。系统所使用的步进电机及驱动器可完成实现输出距离，提供搭乘者更短的搭乘时间及更精准的楼层距离定位。步进电机的结构不论是PM式、VR式或复合式步进电机，其定子均设计为齿轮状，这是因为步进电机是以脉波信号依照顺序使定子激磁，以数字电压输入来控制其转速及转动方向。就电机驱动原理而言，将其脉波激磁信号依序传送至A相、A+相、B相、B+相则转子向右移动（正转），相反的若将顺序颠倒则转子向左移动（反转）。（3）传感器。系统所使用的传感器可完成实现取样输入信号，提供给可编程控制器的输入端，进入控制器内部做运算处理。

结束语

随着建筑行业的发展，电梯的运用越来越多。但是，同其他任何机电系统相同，电梯的装置以及机械结构间存在着不少问题，容易造成不安全事故的发生。因此，需要结合合理的优化方法，从而更好地提高电梯的使用效果。

参考文献：

[1]包元.QS6100型电梯的结构分析与优化研究[D].沈阳建筑大学，2013.

[2]解艳彩.基于响应面法的机械结构可靠性灵敏度分析[D].吉林大学，2008.

[3]龚秋生.堆垛机的机械结构及控制系统设计研究[D].沈阳理工大学，2013.