现代化曳引电梯机械结构设计探讨

现代化曳引电梯机械结构设计探讨

摘要近年来，随着我国的现代化进程加快，房地产业高速发展，随之而来的是电梯行业的梦幻增长期，因此整个行业对电梯的设计效率要求越来越高。目前。大多数的建筑物都使用曳引方式的电梯，而曳引式电梯的确定包括曳引机安放位置的确定、曳引比及曳引绳缠绕方式的选取三方面内容，其确定对曳引机的结构设计具有很重要的意义。为此，本文就曳引电梯机械结构设计进行分析探讨。

关键词曳引式；电梯；机械结构；设计

前言

目前，曳引式电梯主要由八大系统组成：曳引系统、轿厢系统、电力拖动系统、门系统、重量平衡系统、导向系统、电气控制系统、安全保护系统。曳引系统是电梯的核心系统，曳引能力是曳引系统中最重要的组成部分，而传统的曳引能力校核计算存在设计效率低，对设计人员的要求较高等弊端。随之而来的智能化虚拟设计方法，因其高效、低成本的优点已越来越多地应用到现代制造业的设计进程中。

1 曳引式电梯的结构设计

1.1 结构设计

1、1.1、1.

2、1.

3、1.4.位置传感器 2.平衡配重 3.导轨 4.涨紧轮 5.电缆 6.发电电动机7.控制器8.离合器9.卷扬式提升机构10.联轴器11.自动变速器12.曳引机13.定对重14.轿厢15.重量传感器

其中，曳引电机（12）、平衡重（13）、轿厢（14）等组成了独立的传统曳引式电梯模块；而位置传感器（1）、平衡配重（2）、导轨（3）、电机（6）、离合器（8）、卷扬机构（9）、换挡机构（11）等构成平衡配重模块。两个模块是相对独立的，通过联轴器（10）进行连接，并都接受控制器（7）的控制。

1.2 工作原理

传统电梯模块与传统电梯相似，其工作原理是：轿厢和定对重通过曳引钢丝绳悬挂在曳引机上，由于重力作用，曳引钢丝绳与曳引轮之间存在较大的静摩擦力，当曳引机转动时，依靠这种静摩擦力使得轿厢和定对重作相对运动，从而完成轿厢的上、下运行。当传统曳引式电梯模块与平衡配重模块连接构成本文所述的电梯时，其工作原理是：称重装置实时获取负载的重量，控制器通过内置的计算装置对轿厢侧总重量进行计算，并与平衡重侧的重量进行对比，从而确定换挡机构的变速比，使得曳引机输出端的外负载总扭矩接近零；这样，曳引机在输出功率较小的情况下，就能带动轿厢上、下运行，其运行系统图如图1、2。

现假设曳引轮的半径与卷扬机构的滚筒半径旋转半径相同，那么曳引机的平均输出功率可以用下式表达：

式中：P1为本文所设计的电梯功率；α1为动力系数；α2为轮槽断面变化的影响系数；M1为轿厢重量；M2为负载重量；M3为平衡重重量；M4为平衡配重重量；i为传动比；V为电梯运行速度；η为效率。

对比传统曳引式电梯平均输出功率：

由于传动比i的存在，可以将平衡配重所产生的扭矩施加到曳引机的输出轴上，使得曳引机的输出轴外负载保持较小值，从而了减小曳引机的输出功率[1]。

2 曳引式电梯的钢丝绳的选择

2.1 曳引机的安放位置

根据曳引机的安放位置，电梯的曳引形式可以分为上置式传动和下置式传动。上置式传动的特点是对建筑物施加的载荷量较小，对井道的建筑面积要求较小，这也是电梯曳引机最常见的一种放置方式。此时：机房总载重量=曳引机、控制屏等重量+轿厢自重、载重重量+对重重量。下置式传动对建筑物施加的载荷量比上置式大，对井道的建筑面积要求也大，一般用于船舶电梯。此时：机房总载重量为2（轿厢自重+轿厢自重、载重重量+对重重量）。

2.2 曳引比及曳引绳缠的绕方式

曳引传动是指借助于钢丝绳与曳引轮轮槽之间产生的摩擦力矩来驱动电梯轿厢与对重垂直上下运动的传动。本课题的研究对象是针对客梯，所以这里对于货梯常用的曳引比为2：1、3：1及更大曳引比的传动方式不作介绍。半绕式1：1传动和全绕式1：1传动，其曳引比为12：1，曳引轮的圆周速度与轿厢运行速度相等，曳引轮上钢丝绳承受的拉力等于轿厢的总重量。由于全绕式1：1传动用于高速客梯（v≥2.5m/s），对于额定速度v=1.0m/s的客梯应选用上置式曳引比为1：1的半绕式传动。

2.3 电梯曳引机用钢丝绳的选择

电梯用钢丝绳由于工作中弯曲次数较多，因此采用特级钢丝。电梯用钢丝绳由于是多股的，因此在股与丝的捻向和捻法上有所不同。捻绳虽然其耐磨性能比交互捻绳好，但有扭转趋势，容易打结和松散，通常用于两端固定的场所。由于电梯是以悬挂式使用钢丝绳的，因此必须采用交互捻绳，一般为右交互捻。由于天然纤维芯具有很好的挠性，电梯用钢丝绳绳芯一般均采用天然纤维芯[2]。

3 曳引轮的结构参数设计

曳引轮结构参数设计包括曳引轮节圆直径的设计和曳引轮绳槽结构参数设

计两方面。曳引轮直径D的大小直接影响到轿厢的速度，设电动机的输入转矩为T1，蜗轮上的输出转矩为T2（圆周力为F2），曳引轮上承受的曳引转矩为（曳引轮两侧曳引繩之间的拉力差为G）。则：

根据曳引轮力矩平衡则：

即（1）

当曳引轮两侧之间的拉力差G给定，D、增大，引起T2增大，则需要选用较大功率的电动机，而且曳引轮直径D的增大也会造成曳引轮加工困难，铸件质量下降，成本提高。但如果曳引轮直径过小，会使曳引钢丝绳的弯曲应力加大，钢丝绳的弯曲循环次数增多，从曳引绳安全的角度，电梯上规定曳引轮直径D≥40do（do为曳引绳直径），根据GB7588-92曳引轮的直径D为：

（2）

式中：v为电梯额定速度，单位（m/s）；i12为电梯曳引机减速器传动比；n1为电梯曳引机用电动机的额定转速，单位（r/min）；e为速度系数，取值0.94～1.05，此处e=1.006；根据式（2），将各相关系数代入可得曳引轮直径D=620mm，其在数值上大于40do=520mm，满足使用要求。

目前在曳引轮上普遍应用的槽形有切口半圆槽、半圆槽和梯形槽三种形式。在曳引轮绳槽结构尺寸一致的条件下，梯形槽的当量摩擦系数fv大于半圆槽和和切口半圆槽的当量摩擦系数fv，故相应的承载能力较大，而且其几何形状简单，易于加工。切口半圆槽克服了以上两种槽形的缺点，虽然结构相对复杂，但仍被广泛应用。曳引轮槽距p受结构强度的制约，其尺寸不能過小，以免曳引轮绳槽顶部崩裂；槽距过大，又会使曳引轮的宽度增加。根据曳引轮切口半圆槽槽距通用标准，对于直径为13.0mm的曳引钢丝绳，选取曳引轮切口半圆槽的槽距P=20.0mm。曳引轮切口半圆槽的圆弧中心O位于节圆上方，顶圆与节圆之间距离由于曳引绳的直径数值较大，取较大值2.0mm。切口半圆槽的圆弧直径与曳引绳直径相等，均为13.0mm。

随着曳引轮切口半圆槽结构参数2β、2γ减小，绳槽的工作弧段下移，绳槽侧面挤压力减小，摩擦力减小，工作面产生的压应力差值变大，绳槽根部容易发生压溃现象。但2β、2γ增大，使得绳槽的工作弧长减小，即实际工作面积减小，工作槽面的比压增大。从增大比压、防止曳引轮与钢丝绳打滑角度来讲，2β、2γ应取较大值。结合目前曳引轮切口半圆槽的几何尺寸规定，设计其几何尺寸如下：2β=35°，2γ=90～95°，此处取2γ=90°；A=（1.2～1.35）do，此处A取较大值；A=15.0mm；B=dosinγ=9.0mm[3]。

4 结束语

综上所述，根据电梯结构的不同，电梯的划分也很多，但是大多数的电梯组成都是靠电机拖动和钢丝绳曵引的形式来使电梯运行的。电梯在人们的生活中有