沈向鋒

（森赫電梯股份有限公司，浙江湖州313013）

0 引言

近年來，建筑電梯的外觀形狀、電梯材質(zhì)等均發(fā)生了巨大變化。不僅如此，電梯控制方式也由最原始的手柄開關(guān)控制和基礎(chǔ)按鈕控制，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)有的信號控制、集選控制以及智能控制等。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯整體結(jié)構(gòu)和實用性也在不斷發(fā)展。除了原始的僅適用于高層居民樓或?qū)懽謽堑墓搽娞萃?，一種可以適用于各類私人住宅的家用電梯也在逐漸興起。根據(jù)2017年市場研究數(shù)據(jù)顯示，亞洲的電梯市場正逐漸被中國電梯所占據(jù)，國內(nèi)全年電梯總銷售額超過1 000億美元。其中，家用電梯所占比例達到35%，連續(xù)三年呈上升趨勢。從某種意義上來說，當今世界衡量一個國家整體工業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代化發(fā)展程度的重要標志就是國內(nèi)建筑電梯使用量。電梯作為當今世界重要的生活交通工具，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡漠a(chǎn)品。通過對電梯關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，可以提高電梯整體舒適性和安全性，增強使用者的體驗感[1]。

1 家用電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

1.1 電梯井道空間優(yōu)化設計

表1為市場常用的320 kg和400 kg兩種主流規(guī)格家用電梯的載重和井道空間尺寸參數(shù)[2]。

表1 兩種主流規(guī)格家用電梯參數(shù)表

根據(jù)資料顯示，國內(nèi)市場上家用電梯最好的品牌是瑞士的CIIBS，其整體井道利用率可以達到65%～69%。目前國內(nèi)家用電梯結(jié)構(gòu)大多以龍門架結(jié)構(gòu)為主，如圖1所示。

龍門架結(jié)構(gòu)是目前市場上家用電梯箱體使用最廣泛的建筑架構(gòu)。其最大優(yōu)勢在于在內(nèi)部井巷開鑿時，只需在內(nèi)部井道一側(cè)留有混凝土墻壁的空間即可[3]。因此，應用龍門架結(jié)構(gòu)可以大幅減小井巷占地空間，更適合私人家居使用。但是其整體強度偏弱，很容易受到住宅樓周圍環(huán)境包括其他墻體的影響，且如果長時間處于靜置狀態(tài)，頂部牽引滾輪導靴很容易出現(xiàn)變形情況。一旦再次運行，不僅影響前期舒適感，還容易造成安全隱患[4]。

為了有效避免龍門架結(jié)構(gòu)的局限性，在滿足建筑空間的基礎(chǔ)上，兼顧電梯整體安全性。利用傳統(tǒng)龍門架結(jié)構(gòu)原理，將其優(yōu)化成為書包架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 電梯龍門架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 書包架結(jié)構(gòu)示意圖

書包架結(jié)構(gòu)可以充分利用地下巷道平面，為電梯通道大門的安裝提供一定的便利條件，改善電梯廂的受力方向。根據(jù)實際測量顯示，400 kg的家用電梯井道尺寸必須為1 300 mm×1 500 mm以上，外部采用書包架結(jié)構(gòu)轎架?？紤]到私人家庭用戶的實際使用情況，需要在樓梯中間設置預留井道，故可將井道口設置為正方形，方便用戶使用，井道尺寸改為2 500 mm×2 500 mm?？紤]到個別家庭有老人，可能需要在家乘坐輪椅使用電梯，所以設計的家用電梯口需要綜合考慮輪椅進出的情況。通常情況下輪椅的尺寸大約為800 mm×950 mm×700 mm，所以可以將電梯門尺寸設計為900 mm。

1.2 電梯曳引系統(tǒng)優(yōu)化設計

傳統(tǒng)家用電梯曳引系統(tǒng)的漲緊輪主要是通過電梯壓倒板固定在電梯導軌下部，再利用電梯支架對接口部位進行重點處理。這種設計方式需要電梯具有很大的底坑深度，井道空間占據(jù)較大，所以需要對曳引系統(tǒng)進行綜合優(yōu)化。傳統(tǒng)家用電梯的主機大多數(shù)是鋼絲繩驅(qū)動，為了滿足實際設計需要，根據(jù)實際井道和使用要求，設計出新型的漲緊輪。通過將漲緊輪內(nèi)部的膨脹螺栓直接固定在地面上，依靠彈簧可以保證漲緊力。曳引機方面因為私人住宅頂部空間結(jié)構(gòu)限制因素較多，家用電梯頂層的機房難以正常設置，所以設計采用無機房形式。因為井道空間有限，所以曳引機可以選擇體積較小的磁浮曳引機。磁浮曳引機的懸掛比一般為1:1，雖然傳動結(jié)構(gòu)簡單，但是整體造價較高，所以選擇2:1的懸掛比，其傳動結(jié)構(gòu)成本可降低30%以上[5]。

1.3 電梯對重結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

因為受空間設計限制，家用電梯對重結(jié)構(gòu)的設置必須盡量縮小，不能占據(jù)太大空間。根據(jù)對重確定公式：式中，ε為電梯對重的綜合平衡系數(shù)，一般根據(jù)重量取值0.45～0.5；Q為電梯總重量，為400 kg；P值為346 kg

故式（1）取值為G=P+εQ=346+0.5×400=546 kg。根據(jù)計算結(jié)果可以看出，因為電梯軌距需要達到600 mm，所以需要利用鑄鐵進行制造。實際設計中，由于電梯對重架靠內(nèi)墻一側(cè)具有一定剩余空間，所以對重塊可以改成偏心結(jié)構(gòu)，其整體設計結(jié)構(gòu)如圖3所示，可以減少對重塊使用數(shù)量，從而降低整體高度。

圖3 對重塊整體設計結(jié)構(gòu)示意圖

2 電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化實驗

為了探究新型電梯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果，對電梯運行穩(wěn)定性、噪聲量、井道利用率三項基本參數(shù)進行實際比較。

根據(jù)實際統(tǒng)計，傳統(tǒng)老式結(jié)構(gòu)家用電梯井道面積一般為1 600 mm×1 400 mm，電梯轎廂面積為1 000 mm×1 085 mm，整體井道利用率為43.5%。新設計的電梯結(jié)構(gòu)井道面積為1 500 mm×1 500 mm，電梯轎廂面積為950 mm×1 200 mm，井道利用率為55%。

此外，對電梯噪聲和波動值域兩項參數(shù)也進行了對比，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，新型電梯設計結(jié)構(gòu)井道利用率更高，噪聲和運行波動值域也優(yōu)于傳統(tǒng)電梯設計結(jié)構(gòu)。

表2 參數(shù)對比表

3 結(jié)語

電梯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，對家用電梯的發(fā)展具有重要的意義。本文通過將傳統(tǒng)井道的龍門架結(jié)構(gòu)重新設計為書包架結(jié)構(gòu)，可以有效提高井道利用率，減少家用電梯整體設計空間。通過電梯曳引系統(tǒng)和對重系統(tǒng)的重新規(guī)劃設計，可以有效降低電梯噪聲，提高整體穩(wěn)定性。實踐證明，新設計的電梯結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法具有可推廣價值。

[1]周年勇，陳夢夢，王露，等.防火型家用救生艙艙體熱環(huán)境與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2017，13（12）：186-192.

[2]姜鑫.基于ANSYS室外施工升降電梯的結(jié)構(gòu)設計與自動化控制[J].自動化技術(shù)與應用，2016，35（8）：117-120.

[3]姚品.電梯機械故障的診斷及優(yōu)化設計探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（24）：9.

[4]李樺.關(guān)于電梯層門保護設計及沖擊試驗方法的討論[J].消防界，2017（4）：81.

[5]李俊青.基于電梯應急裝置設計要點分析研究[J].房地產(chǎn)導刊，2016（26）：15，21.