梁作學(xué)

（日照港建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 日照276826）

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工業(yè)電梯應(yīng)用于港口起重設(shè)備的設(shè)計要點

梁作學(xué)

（日照港建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 日照276826）

摘要：港口大型裝卸設(shè)備現(xiàn)代化技術(shù)程度不斷提高，這就對配套的工業(yè)電梯的技術(shù)水平提出更高要求。對港口工業(yè)電梯的設(shè)計要點進(jìn)行研究，從港口起重設(shè)備的實際需求入手，對電梯的設(shè)計過程中的問題及產(chǎn)生問題的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改善策略。

關(guān)鍵詞：港口；起重設(shè)備；電梯；設(shè)計

為更好地適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，港口碼頭對裝卸設(shè)備的要求也越來越高，礦石卸船機(jī)和集裝箱岸邊起重機(jī)等大型起重設(shè)備廣泛地用于碼頭日常作業(yè)。而港口用工業(yè)電梯是這些大型起重機(jī)中的重要組成部分，這就對工業(yè)電梯的設(shè)計提出更高要求。本文從港口起重設(shè)備入手，對工業(yè)電梯設(shè)計問題進(jìn)行分析，以提高電梯的效率與安全系數(shù)，更好的為港口起重設(shè)備運(yùn)行服務(wù)。

1　港口用工業(yè)電梯綜述

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的對內(nèi)、對外貿(mào)易量不斷增加，而這些貿(mào)易量大多通過海路運(yùn)輸，港口起重機(jī)作為必不可少的裝卸設(shè)備，起到越來越重要的作用。以日照港為例，其貨物吞吐量在2005年僅6000萬噸左右，2013年就突破3.1億噸，短短幾年時間翻了數(shù)倍。工業(yè)電梯在港口設(shè)備中屬于安全輔助設(shè)備，近幾年來，出于對工作人員人身安全及提高工作效率的考慮，其在大型設(shè)備中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在傳統(tǒng)的港口起重設(shè)備中，操作人員多是通過固定的扶梯進(jìn)入起重機(jī)上部司機(jī)室，存在安全隱患及效率低下等問題。隨著港口現(xiàn)代化程度的不斷提高，以及“以人為本”理念的深入人心，為了確保操作人員在港口起重設(shè)備的準(zhǔn)備、操作過程中的安全性，需要通過工業(yè)電梯實現(xiàn)人員安全快速到達(dá)起重設(shè)備的相應(yīng)高度（層數(shù)）。這樣就避免受到惡劣天氣、大風(fēng)等不利因素的影響。在此之前，工業(yè)電梯在建筑塔吊領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，通過不斷規(guī)范化的管理，已經(jīng)充分體現(xiàn)了其在人身安全保護(hù)方面及工作效率方面的作用與效果。另一方面，工業(yè)電梯的在港口設(shè)備中的應(yīng)用也是現(xiàn)代化電氣工程技術(shù)不斷進(jìn)步的體現(xiàn)。工業(yè)電梯在港口起重設(shè)備中屬于安全輔助設(shè)備，近年來，其在港口大型起重設(shè)備中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大［1］。

2　港口用工業(yè)電梯的設(shè)計技術(shù)要點

以日照港為例，港口用工業(yè)電梯是固定在大型起重設(shè)備（如礦石卸船機(jī)或集裝箱裝卸橋式起重機(jī)等）的鋼性腿外（個別的在鋼性腿內(nèi)）。它要經(jīng)受住主機(jī)行走、裝卸或俯仰工作時產(chǎn)生的震動并能在震動中正常工作，需要適應(yīng)在環(huán)境溫度-13℃～37℃、最大相對濕度100%、最大風(fēng)速為30 m/s的氣候環(huán)境下工作。下面就從電梯設(shè)計要點和港口用工業(yè)電梯特點兩方面分別進(jìn)行闡述。

3　電梯設(shè)計要點

（1）井框、轎廂、門及門鎖

電梯井框一般應(yīng)設(shè)計為鋼結(jié)構(gòu)梁，梁的結(jié)構(gòu)和尺寸符合相應(yīng)國標(biāo)要求，曳引機(jī)機(jī)座鋼梁采用工字鋼，兩端以鋼板連接成一體，位置應(yīng)設(shè)計在起重設(shè)備主梁上，以保證穩(wěn)定性［2］。轎廂由轎頂、轎壁、轎底和轎門組成一個封閉的箱體，轎頂一般采用3 mm～5 mm不銹鋼板一次沖壓成型，能夠承受3個維修人員的重量，承受相當(dāng)于3 000 N左右的垂直受力時無需采取其它加強(qiáng)措施。轎頂上應(yīng)設(shè)置活扳門（安全窗），該門應(yīng)有手動鎖緊裝置，可向轎外打開，活扳門打開后，電梯的電氣聯(lián)鎖裝置就斷開，使轎廂無法開動，以保證安全。轎頂靠近對重的一面應(yīng)設(shè)計有防護(hù)攔桿。轎壁一般采用1.5 mm不銹鋼板組裝而成。轎底是直接支撐負(fù)載的部分，它由框架和底板組成，可設(shè)計成防滑結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)濕度大鹽分大的特點，轎門也設(shè)計為不銹鋼材質(zhì)。電梯轎門、層門的開關(guān)結(jié)構(gòu)分手動和自動兩種，門的開閉與鎖緊是保證使用者安全的首要條件，轎門和層門的開閉也聯(lián)接相應(yīng)的電氣聯(lián)鎖保證安全［3］。

（2）導(dǎo)軌、導(dǎo)靴、對重

導(dǎo)軌主要使用電梯專用T型導(dǎo)軌，共有十三個規(guī)格，可按照GB/T22562-2008進(jìn)行選擇。進(jìn)行導(dǎo)軌強(qiáng)度和安全性驗算時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加導(dǎo)軌截面積以保證電梯能承受主機(jī)行走、裝卸作業(yè)晃動和風(fēng)速的影響。導(dǎo)向輪軸應(yīng)設(shè)計為45號鋼，熱處理后硬度為230HB～260HB［4］.

考慮到主機(jī)行走、裝卸作業(yè)晃動和風(fēng)速的影響，電梯導(dǎo)靴要選擇戶外型滾動導(dǎo)靴，減少導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的摩擦力，起到節(jié)能的效果并可提高乘坐舒適感。

對重可以相對平衡轎廂的重量和部分電梯負(fù)載重量，一般由對重架、對重塊、導(dǎo)靴、緩沖器碰塊、壓塊，以及與轎廂相連的曳引繩組成。設(shè)計時對重的總重量通常按照W=G+KQ（G=轎廂自重，Q=轎廂額定載重量，K=電梯平衡系數(shù)，為0.4～0.5，以鋼絲繩兩端重量之差值最小為好）計算，然后必須按照GB7588-2003中附錄M進(jìn)行校驗。

（3）曳引機(jī)，鋼絲繩

曳引機(jī)是電梯升降的動力源，是驅(qū)動電梯的轎廂和對重裝置作上下運(yùn)動的裝置。曳引機(jī)由曳引電動機(jī)、電磁制動器、減速器、曳引輪和盤車手輪等組成，它是通過曳引鋼絲繩與曳引輪的摩擦力來實現(xiàn)轎廂升降運(yùn)行的驅(qū)動裝置。在選擇曳引機(jī)的時候要充分考慮港口設(shè)備的特點，適當(dāng)增加電機(jī)功率，提高防護(hù)等級（室外運(yùn)行）。

曳引鋼絲繩采用電梯專用鋼絲繩用以聯(lián)接轎廂和對重，并靠曳引機(jī)驅(qū)動轎廂升降。它承載著轎廂、對重裝置、額定載重量等重量的總和。曳引繩所處工作環(huán)境較為惡劣，其在工作中反復(fù)的彎曲，且在繩槽中承受很高的比壓（較高的摩擦），并頻繁承受電梯起、制動時的沖擊。因此在強(qiáng)度、撓性及耐磨性方面，均有很高要求。設(shè)計鋼絲繩時，應(yīng)在曳引能力滿足的前提下，盡量增大曲率半徑，避免鋼絲繩的反向彎曲和扭曲，減小鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，從而提高使用壽命。我國對曳引鋼絲繩有明確的規(guī)定，設(shè)計時主要參考GB8903-2005.在設(shè)計時，應(yīng)認(rèn)真考察港口裝卸設(shè)備的工作條件，可適當(dāng)提高鋼絲繩的安全系數(shù)。

（4）超速保護(hù)裝置

在現(xiàn)實中，電氣控制元件故障和制動能力下降是電梯超速的主要原因［5］。超速保護(hù)系統(tǒng)主要由限速器、安全鉗、限速器張緊輪、鋼絲繩、安全鉗聯(lián)動機(jī)構(gòu)、電氣安全開關(guān)等組成，是電梯最重要的安全保護(hù)措施。其動作原理是速度監(jiān)控元件檢測到超速（下限是額定速度的115%），限速器機(jī)械裝置動作，首先切斷電梯電源，隨后通過限速器鋼絲繩觸發(fā)安全鉗聯(lián)動機(jī)構(gòu)動作，使電梯轎廂或?qū)χ卦谒\(yùn)動方向上強(qiáng)制剎車，并且越剎越緊，直至停車。根據(jù)乘客的承受力及動作可靠性，相關(guān)電梯標(biāo)準(zhǔn)對電梯安全鉗從觸發(fā)到完全停止過程所經(jīng)過的距離，都有明確規(guī)定［6］。在港口起重機(jī)出廠前應(yīng)對配套電梯進(jìn)行剎車距離的嚴(yán)格測試。設(shè)計審圖時必須對選用的限速器和安全鉗要求制造廠出具權(quán)威機(jī)構(gòu)簽發(fā)的型式試驗報告、產(chǎn)品合格證、檢測報告等。另外，港口設(shè)備配套的工業(yè)電梯由于主機(jī)因素特別要求：除轎廂外電梯對重裝置也必須配套夾繩器，防止對重側(cè)超速。

（5）門聯(lián)鎖保護(hù)

電梯超速保護(hù)已得到包括港口設(shè)備使用者在內(nèi)各方面的高度重視，同時又由于在設(shè)計階段，設(shè)計人員已充分考慮到安全系數(shù)，目前已很少發(fā)生港口工業(yè)電梯墜落等嚴(yán)重事故?，F(xiàn)在港口設(shè)備配套電梯發(fā)生人身傷害事故的情形大多由于電梯門系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)失靈。設(shè)計時，電梯必須有轎門和層門機(jī)械聯(lián)鎖保護(hù)功能，使用時注意：第一，在正常運(yùn)行和轎廂未停止在開鎖區(qū)域內(nèi)，層門應(yīng)不能打開；第二，如果轎門或?qū)娱T（多扇門的任意一個）打開，電梯應(yīng)不能正常啟動或運(yùn)行。機(jī)械聯(lián)鎖的設(shè)計要求門鎖元件的最小嚙合長度為7 mm，以確保門連鎖保護(hù)的可靠性，同時對門連鎖保護(hù)機(jī)械設(shè)計方面也有明確規(guī)定，如要求有重力（重錘）、永久磁鐵或彈簧產(chǎn)生和保持鎖緊動作，鎖緊彈簧應(yīng)在壓縮下作用，應(yīng)有導(dǎo)向，并且在磁鐵（或彈簧）失效、加熱、沖擊情形下不應(yīng)該使其失效［6］。同時必須設(shè)計層門閉合的電氣裝置，而門鎖電氣安全開關(guān)在層門打開后設(shè)計成斷開狀態(tài)。

（6）底坑緩沖保護(hù)

電梯緩沖保護(hù)是電梯的最后一道保護(hù)裝置，它安裝在電梯底坑內(nèi)，位于轎廂和對重的正下方。單純從速度看，電梯速度小于或等于1 m/s的選用蓄能型緩沖器（如彈簧緩沖器），大于1 m/s的選用耗能型緩沖器（如液壓緩沖器）。但在實際設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)電梯額定速度、電梯載重量、緩沖行程等參數(shù)，選用彈簧緩沖器或液壓緩沖器。設(shè)計緩沖器的具體規(guī)定在GB7588-2003中有明確而詳細(xì)的敘述。需要特別指出的是緩沖器動作后應(yīng)無永久變形，設(shè)計時必須設(shè)有在動作后未恢復(fù)到正常位置時使電梯不能正常運(yùn)行的電氣安全開關(guān)。

（7）電梯端站保護(hù)

電梯上端必須設(shè)計電氣防沖頂裝置，下端應(yīng)設(shè)計蹲底保護(hù)裝置，以盡量避免導(dǎo)致緩沖器動作的故障發(fā)生。上下端站保護(hù)裝置主要有端站強(qiáng)迫減速開關(guān)，終端限位開關(guān)，終端極限開關(guān)及相應(yīng)的碰板、碰輪和聯(lián)動機(jī)構(gòu)組成。端站強(qiáng)迫減速有別于中間層站減速，中間層站減速必須滿足電梯轎廂層站位置、電梯召喚信號、電梯減速位置信號發(fā)生，而端站減速只需端站減速開關(guān)信號觸發(fā)即可，這樣可有效提高端站減速的可靠性。終端限位保護(hù)是阻止電梯轎廂在一個方向上繼續(xù)運(yùn)行，而允許其相反方向的運(yùn)行。終端極限保護(hù)措施是立即切斷電梯電源，立即終止電梯運(yùn)行。

（8）電源錯相、斷相保護(hù)

電梯正常使用時，三相電動機(jī)的相位齊全而且相位正確。如果設(shè)計控制系統(tǒng)時對相位沒有合理的保護(hù)措施，當(dāng)電梯因外部或內(nèi)部因素導(dǎo)致斷、錯相時，將會給乘客和電梯本身帶來危害。工業(yè)電梯設(shè)計時應(yīng)配備相序保護(hù)繼電器，一旦發(fā)生電源斷、錯相情形，為避免電動機(jī)過熱、燒毀或反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的危險，電氣安全系統(tǒng)應(yīng)立即切斷電梯安全回路，電梯停止運(yùn)行。

（9）電梯超載保護(hù)

電梯必須設(shè)計超載保護(hù)功能，所謂超載通常是超過額定載荷10%，并至少為75 kg［3］.按照超載信號的采集位置，可分為兩類：采集于鋼絲繩繩端和轎廂。超載保護(hù)從設(shè)計形式上可分為機(jī)械式和電子式，由于電子式超載保護(hù)有超載信號放大功能，大大提高靈敏度，現(xiàn)已漸漸替代機(jī)械式超載保護(hù)。電梯轎廂一旦發(fā)生超載現(xiàn)象，應(yīng)阻止電梯運(yùn)行及再平層，同時發(fā)出聲光報警信號。

4　港口用工業(yè)電梯設(shè)計特點

港口起重設(shè)備配套工業(yè)電梯使用環(huán)境與一般民用電梯不同，長期暴露于空氣中，極易受外界因素干擾。在設(shè)計過程中，尤其要注意電梯的防護(hù)，以提高使用壽命，增強(qiáng)安全效果［7］。

（1）系統(tǒng)的溫控設(shè)計

港口起重設(shè)備運(yùn)行溫度區(qū)間相對更大，電梯系統(tǒng)部件要承受更惡劣的環(huán)境溫度。例如日照港集裝箱岸邊橋式起重機(jī)正常工作環(huán)境溫度為-13℃～+37℃，陽光直射時甚至達(dá)+60℃.系統(tǒng)設(shè)計時要考慮高低溫下所用材質(zhì)的各方面性能，低溫容易使材質(zhì)變脆，繼電器出現(xiàn)故障等，高溫會使某些元器件的實效率增大，因此系統(tǒng)設(shè)計時要選用高規(guī)格的元器件，還要相應(yīng)增加散熱和加溫系統(tǒng)技術(shù)，使得滿足港口環(huán)境要求。圖1是日照港集裝箱岸邊橋式起重機(jī)的溫控設(shè)計。

圖1　日照港集裝箱岸邊橋式起重機(jī)溫控設(shè)計

（2）港口用電梯的三防設(shè)計（防潮濕，防鹽霧，防風(fēng)）

港口碼頭環(huán)境普遍降雨量較大，空氣相對濕度達(dá)到100%并有鹽霧，直接會造成電梯電氣產(chǎn)品的絕緣電阻降低，可能出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。另外，元器件在潮濕環(huán)境中工作，介質(zhì)損耗增大，金屬腐蝕加快，使得產(chǎn)品可靠性大大降低。鹽霧是一種氣溶膠狀體，在器件表面形成鹽水膜，將加速金屬材料的腐蝕。設(shè)計時對重要部件要采用密封結(jié)構(gòu)，未密封的部件結(jié)構(gòu)必須是通風(fēng)的，且能夠自動排水。另外需提高材料防腐，絕緣等級等，如電機(jī)要選用防護(hù)等級IP55、絕緣等級達(dá)到F級以上，電器元件如繼電器，接觸器要采用符合海洋環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，可參考船用電器標(biāo)準(zhǔn)。轎廂及操作箱、控制柜等材質(zhì)要選用不銹鋼，黑色金屬零件表面要用鍍鋅或磷化處理，未經(jīng)處理的黑色金屬零件表面應(yīng)涂船用防銹底漆和面漆。

港口電梯設(shè)計工作風(fēng)速為22 m/s，非工作風(fēng)速為45 m/s，設(shè)計時要充分考慮整機(jī)防風(fēng)。電梯應(yīng)能夠在1.25倍風(fēng)速下正常運(yùn)行，且在裝載狀態(tài)下不受強(qiáng)風(fēng)損傷，比如層門及防護(hù)網(wǎng)要有沖孔，減少迎風(fēng)面積；轎廂及轎架提高結(jié)構(gòu)受力強(qiáng)度；導(dǎo)軌支架數(shù)量增加，減少導(dǎo)軌支架間距，增加導(dǎo)軌截面積尺寸，提高整體運(yùn)行穩(wěn)定性能；電纜及主鋼絲繩要有防風(fēng)保護(hù)措施，可增加電纜防風(fēng)槽，保證隨行電纜運(yùn)行過程中不被扎住和拉斷，主鋼絲繩可設(shè)置護(hù)繩系統(tǒng)。圖2是日照港集裝箱岸邊橋式起重機(jī)電梯的防風(fēng)設(shè)計。

圖2　日照港集裝箱岸邊橋式起重機(jī)電梯的防風(fēng)設(shè)計

（3）港口設(shè)備電梯設(shè)計與民用電梯的整體設(shè)計結(jié)構(gòu)差異

港口機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計多元化，導(dǎo)致電梯機(jī)房位置及井道布局隨意性很大，所以對于每臺電梯都要因地制宜，考慮結(jié)構(gòu)的特點，以最合理的設(shè)計方案，最可靠的產(chǎn)品性能滿足用戶要求。圖3是不同港機(jī)的電梯布置圖。

圖3　不同港機(jī)的電梯布置圖

5　港口起重設(shè)備電梯的發(fā)展趨勢

在現(xiàn)代化碼頭中，港口起重設(shè)備技術(shù)水平直接決定港口整體運(yùn)行效率。要想提高港口工作效率，需要不斷提高設(shè)備技術(shù)性能。隨著港口科技的不斷發(fā)展，工業(yè)電梯將會更廣泛地應(yīng)用到港口起重設(shè)備上。工業(yè)電梯應(yīng)在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展各型的載人載貨電梯，并不斷提高設(shè)計技術(shù)水平，目的是提高電梯乘坐舒服度，完善電氣控制、智能控制、安全防護(hù)技術(shù)，提高工業(yè)電梯的可靠性與安全性。另外還需要提高港口工業(yè)電梯的安裝技術(shù)以及維護(hù)、保養(yǎng)技術(shù)的水平，保證在其壽命年限內(nèi)的使用性能和安全性能。

6　結(jié)束語

港口工業(yè)電梯應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對其的設(shè)計和研究不斷深入。實際上，工業(yè)電梯應(yīng)用于港口大型起重設(shè)備才剛剛起步，在設(shè)計方面可能存在一定的不足，需要不斷的深入研究進(jìn)行完善與改進(jìn)，以實現(xiàn)更加科學(xué)規(guī)范的設(shè)計，促進(jìn)工業(yè)電梯作為港口輔助設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。

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Design Points of the Industrial Elevator Used in Port Hoisting Equipment

LIANG Zuo-xue
（Rizhao Port Construction Supervision Co.，Ltd.，Rizhao Shangdong 276826，China）

Abstract：The large port loading and unloading equipment modernization degree enhances unceasingly，this is to form a complete set of industrial technology put forward higher requirements of the lift.In this paper the design key points of port industrial elevator，from the actual demand of port lifting equipment，problems in the design process of the elevator and analyze the causes of the problem，and proposes the corresponding improvement strategy.

Key words：port；hoisting equipment；the elevator；design

中圖分類號：TH21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0194-04

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：梁作學(xué)（1978-），男，山東省日照市人，本科，工程師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)備與監(jiān)理。