李俊杰 林盛受 李秋怡 黃曉華

摘要：作為建筑物中最常用的垂直運輸工具之一，電梯的諸多安全性檢測是必不可少的，許多針對于電梯各部件的檢測工具還在研究和完善當中?？紤]到檢測工具在實驗階段的便捷性，以及在教學等一些場合下的演示需要，本文借助SolidWorks輔助設計了一套模擬實際電梯的實驗裝置，并詳細闡述其設計過程，對一些關鍵部分進行了分析和計算。

Abstract： As one of the most commonly used vertical transportation vehicles in buildings， many elevator safety inspections are indispensable， and many inspection tools for elevator components are still being researched and improved. Considering the convenience of the testing tool in the experimental stage， and the need for demonstration in teaching and other occasions， this article uses SolidWorks to assist in the design of a set of experimental devices that simulate actual elevators， and analyzes and calculates some key parts.

關鍵詞：電梯;模擬實驗裝置;SolidWorks

Key words： elevator;simulation experiment device;SolidWorks

中圖分類號：TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0227-03

0? 引言

隨著科技的發(fā)展，社會的進步，日常生活中出現(xiàn)了很多便捷的工具，電梯就是其中之一。但是電梯在給民眾帶來便利的同時，也隱藏著諸多隱患。由于一些制造誤差或長期不間斷的使用，電梯各部件會存在磨損或損壞，如電梯導軌出現(xiàn)不同程度的彎曲扭轉、電梯導靴出現(xiàn)損壞、曳引系統(tǒng)的鋼繩存在疲勞破壞等等，這些故障不僅會影響人們乘坐電梯的舒適性，甚至會產(chǎn)生安全問題。因此，對電梯部分零部件的質量性能、配合情況等進行全面檢測十分必要。

電梯從開始制造到實際運行，需要進行檢測的環(huán)節(jié)比較多，一般可以分為出廠檢測、用前檢測、型式檢測、改造檢測以及定期檢測等幾類[1]?？紤]到型式檢測和定期檢測時的檢測準確性，以及驗證各種檢測方法可靠性時的便利性，故需要一套能盡量模擬電梯實際的狀況，并可進行多項檢測的模擬電梯實驗裝置。

本文利用SolidWorks輔助設計了一組模擬電梯實驗裝置，對一些關鍵位置進行優(yōu)化分析，得到最終的模擬實驗裝置方案。

1? 模擬電梯實驗裝置的設計思路

本文設計的模擬電梯實驗裝置旨在能夠在室內(nèi)進行檢測電梯多項指標的模擬實驗。該裝置主要由機械機構和電氣控制系統(tǒng)兩大部分組成，機械結構主要有支架、轎廂、緩沖裝置，電氣控制系統(tǒng)包括曳引裝置、控制裝置[2]-[3]。最終只要用控制器控制曳引裝置牽引轎廂沿T型軌在支架上往復運動，便能實現(xiàn)對電梯的模擬運行。

由于T型軌和轎廂的導靴之間存在配合關系，是實際電梯容易出現(xiàn)問題的部分，故需要對支架尺寸、T型軌間距以及導靴間距等進行詳細設計與準確計算。本實驗裝置中轎廂運行速度較為緩慢，可不考慮運行速度對電梯產(chǎn)生的影響。另外由于裝置使用的非長期性，對于安裝以及零部件磨損（例如曳引繩、導靴的磨損）對模擬電梯實驗裝置的影響也不予以考慮[4]。

2? 模擬電梯實驗裝置的設計與優(yōu)化

2.1 機械結構設計——支架

機械結構由三大部分組成：支架、轎廂、緩沖裝置。支架起支撐作用，需要具有較好的剛性?？紤]到支架需要與T型軌相互連接，故采用方便進行鋸切、鉆孔、攻絲的鋁型材搭建支架。支架設計圖如圖1，尺寸為800mm×800mm×2000mm，采用20mm×20mm的鋁型材，T型軌型號為T75-3/B（10mm）。為了方便調(diào)節(jié)T型軌和支架之間的間隙，用兩塊帶槽的角鋼疊加來連接T型軌和支架，角鋼的尺寸為40mm×40mm。

鋁型材越長，其剛度也就越差，支架的剛度也會相應變差。為了提高支架的剛性和穩(wěn)定性，在支架的兩側腰部橫向固定了兩根20mm×20mm的鋁型材。且為了增大鋁型材與角鋼的接觸面積，在增加支架整體穩(wěn)定性的同時，加固支架與T型軌的連接，故將支架兩側的鋁型材全部替換為20mm×40mm的鋁型材。

2.2 機械結構設計——轎廂

轎廂作為運動的主體，需要具備輕便、易拆卸、易調(diào)整的特質，采用20mm×20mm的鋁型材搭建轎廂的主體部分。另外，為了讓儀器與轎廂的連接面更加平整、便捷，選擇用木板作為連接面，連接鋁型材與導靴以及相關儀器，轎廂設計圖如圖2。轎廂尺寸為626mm×500mm×500mm。導靴作為移動裝置，采用槽寬10mm的滑動導靴。

考慮到檢測時測量儀器等裝置不一定能集中放置，為了方便接線與測量，僅在轎廂的上下左右四個面安置木板，使連接線能從轎廂的前后兩個面通過。又因為此時兩根T型軌的間距和轎廂的尺寸都是固定的，故將上下兩塊木板上與滑動導靴連接的孔設計為槽，以便調(diào)整導靴的水平位置，上下兩塊木板平面設計圖如圖2（b）。

木板和鋁型材采用滑塊螺母與螺栓的方式連接。通過在鋁型材的槽內(nèi)移動滑塊螺母可調(diào)整木板位置，提高連接密閉性和轎廂剛性。

2.3 機械結構設計——緩沖裝置

緩沖器的工作原理是將運行轎廂的動能轉化成一種無害的或安全的能量形式。緩沖器安裝在電梯的轎廂和對重的正下方。當電梯在運行過程中，發(fā)生曳引輪與鋼絲繩曳引摩擦力不足、制動器抱閘制動力不足、鋼絲繩或鋼帶斷裂時，緩沖器會起緩沖作用，從而避免轎廂直接沖頂或墩底，保護乘客和設備安全[5]。

本實驗裝置選擇市場常見的聚氨酯緩沖器作為緩沖裝置。聚氨酯緩沖器是利用聚氨酯材料特殊的微孔氣泡結構來吸收緩沖，在受沖擊過程中相當于帶有多氣囊阻尼的彈簧，簡單輕便、可靠且有效。

2.4 電氣控制裝置設計——曳引裝置

2.4.1 電機輸出安全負載的計算

曳引裝置是驅動電梯運動的核心部件。根據(jù)曳引機有關額定參數(shù)，所得電梯的運行速度與電梯額定速度的關系應滿足《GB7588-2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范》中12.6的速度要求，即：當電源為額定頻率，電動機施以額定電壓時，電梯的速度不得大于額定速度的105%，宜不小于額定速度的92%;電梯的直線運行部件的總載荷折算至曳引機主軸的載荷應不大于曳引機主軸最大允許負荷[6]-[7]。

本實驗裝置選用減速電機，額定電壓為24V，額定功率P為250W，額定輸出轉速n為300r/min，故額定扭矩T額：

電機額定轉速下的安全負載FL：

其中ζ是安全系數(shù)。

2.4.2 對曳引鋼絲繩安全系數(shù)進行校核

①給定曳引系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)實際值S的計算。

式中，T為鋼絲繩最大承重，N;n為曳引繩根數(shù);m為曳引鋼絲繩倍率;P為轎廂自重，kg;Q為轎廂上的額定載荷，kg;H為電梯起升高度，m;q為鋼絲繩單位長度質量，kg/m。

②鋼絲繩許用安全系數(shù)Sf的計算。

等效的滑輪數(shù)量為

式中，Nequiv （t）為曳引輪等效數(shù)量，查表得數(shù)值5;Nequiv （p）為導向輪等效數(shù)量，取預估值1。又曳引輪直徑D=50mm，鋼絲繩直徑d=1.2mm， 。根據(jù)GB7588-2003的9.2.2條款規(guī)定，由以上結果查得Sf=15。

③校核結果

因為S>Sf，故曳引鋼絲繩安全系數(shù)校核通過。

2.5 電氣控制裝置設計——控制裝置

控制裝置用來控制電機的啟停、正轉反轉。根據(jù)電機參數(shù)，選擇額定電壓24V，額定電流40A的PWM直流有刷電機馬達調(diào)速器。

2.6 模擬電梯實驗裝置實物

模擬電梯實驗裝置實物圖如圖3。

3? 總結

根據(jù)標準的電梯制造規(guī)范，同時考慮實際應用環(huán)境下，電梯各機組的使用重要性、參與度和檢測時裝置對真實狀況下的還原度，設計了面向實驗階段或教學階段的模擬電梯實驗裝置。主要研究了電梯各部件的簡化方案，改進了一些不便于實驗的缺陷，并對一些關鍵組件進行了分析和計算，實現(xiàn)了安裝的靈活簡便性，并能滿足一般檢測實驗的基本要求。

參考文獻：

[1]高昱.關于電梯檢測與檢測技術的研究[J].機械管理開發(fā)，2016（4）：43-44，87.

[2]吳永祥.電梯模擬實驗裝置的設計與應用[J].實驗室研究與探索，1997：40-41.

[3]劉緯東.電梯機械設計合理化分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（17）：132.

[4]韓樹新，李東洋，金樟民，等.便攜式電梯智能檢測儀的研發(fā)與應用[J].中國特種設備安全，2014（10）：26-29.

[5]崔闖，趙鵬飛.淺析新型電梯緩沖器的發(fā)展趨勢[J].中國電梯，2019，30（22）：34-35，37.

[6]房文娜.電梯曳引機制動系統(tǒng)的設計與研究[D].江蘇：東南大學，2015.

[7]GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].