彭云飞
湖南海诺电梯有限公司
摘要：我国电梯从上世纪50年代至80年代经历了起步阶段，能够独立自主和研制电梯设备，而改革开放至今我国电梯技术进一步发展，不断与国际技术接轨。在电梯设计安装环节向发达国家借鉴经验，使得电梯机械设计水平提升。新时期随着新型材料的利用以及电子信息技术的融入，多种高质量的电梯出现在大型商场以及医院等场所中，大大推进了我国城市化发展进程。电梯机械质量直接关系到人们的安全，因此必须确保设计方案具有合理性，做好电梯机械结构设计工作。本文从电梯机械系统组成和原理入手，讨论电梯结构安全性，并分析如何解决电梯机械设计系统问题，希望对相关研究带来帮助。
关键词：电梯；机械设计；合理化
在城市化进程不断推进的背景下，高层建筑和超高层建筑逐渐增多，人们乘坐电梯可以短时间并且无需步行的情况下达到指定地点，由此凸显出了电梯的重要性。然而在人们实际生活中，一些电梯机械的设计存在不合理情况，比如电梯门、轿厢存在质量问题后由此导致安全事故，因此新时期必须切实做好电梯机械系统的优化设计，使其处于良好的运行状态下。
一、电梯机械系统组成和原理
电梯在结构上主要分为两个部分，其中包括电气系统和机械系统，机械部分电梯机械会增设安保系统。对于电气系统来说，包括了电气控制系统以及电力拖动系统，而机械部分主要由门系统、安全保护系统、导向系统、曳引系统、重量平衡系统组成。在电梯使用过程中，一般以升降和维护两种工作模式存在，电梯升降的工作原理如下：其一，电梯电动机牵引和带动曳引轮，在电动机处于变速转动模式期间减速器代替曳引轮产生联动，使其处于运转状态。曳引轮和钢丝绳摩擦后产生强大牵引力，最终让电梯完成升降动作。此外，在电梯维护系统出现电梯故障时必须及时抢修，日常也需要做好养护措施[1]。
二、电梯结构安全性分析
电梯是建筑物的运程工具，为人们出行带来极大便利，不过也可能存在着安全问题，所以设计人员、施工人员和使用人员都需要高度关注电梯安全问题。通常来讲电梯事故包括下蹲底和冲顶两种类型。近年来，门系统失灵和溜梯事件偶尔出现在新闻报道中，甚至造成了人员的死伤。冲顶事故主要是电梯处于井道顶部不能控制其下降，溜梯则是电梯不受控制持续下滑，并且速度越来越快，发生下坠撞击。由此看来，做好电梯系统的安全设计十分关键，必须确保制动器能够控制电梯的启动和停止。如果制动器出现问题一般和机械故障、电气故障存在密切关系，因此要求相关单位定期进行电梯制动器的维护和检修，避免制动器出现接触不良问题。此外，制动轮和制动器间产生强大摩擦力会导致磨损加剧影响制动器的控制效果。
制动器能够保持电梯启动和停止状态是电梯系统中的重要组成，大量实践分析发现，电梯存在故障的多数原因在于制动器发生故障，而目前制动器故障在电气故障当中主要表现为电流切断操作，在电梯处于停止状态下接触仪器的接触点被打开后，下次运行时方向出现变化，一旦电气装置出现故障并不能及时切断，将造成安全事故发生。而机械故障主要是由于设计结构不合理以及设备长期运行导致的磨损，在电梯结构中包括了多种零部件，要求设计过程中确保各种零部件的合理安装，发挥出每个零部件应有作用，才能确保电梯的平稳运行。不过一些电梯安装验收后未能即时检测而直接使用，在高强度运行模式下会导致诸多部件磨损严重、加速老化，无法保证电梯运行的安全性，所以必须根据国家规定进行电梯的设计与安装，做好后期的维护工作[2]。
三、电梯机械设计系统问题及处理方法
（一）导向系统
该系统主要包括导轨架，导轨、导靴三个部分，其主要作用在于确保电梯可以按照正常轨迹运行，避免使用电梯时出现较多震感，导轨的强度直接与乘坐者的舒适感有关，而轿厢安全和稳定性也与导轨存在直接关系。发生紧急情况时制动系统可以在导轨作用下避免电梯坠落，并且控制电梯的升降方向。此外，设计电梯过程中井道至少需要安装4根导轨，其中两根用于重架导向，另外两根用于轿厢导向。
（二）重量平衡系统
在机械设计过程中重量平衡系统主要作用在于确保电梯的平衡性，协调好轿厢内重量和电梯的平衡。在整个系统中必须重视电梯平衡感设计，通常重量平衡系统装置包括补偿链条补偿装置对重装置。
在系统运行期间，导向轮和曳引轮产生牵引力，平衡系统通过钢丝绳连接轿厢，以此确保电梯平衡运行。此外，补偿链可以具备稳定电梯良好运行的作用，在电梯曳引高度超出标准极限范围时补偿链能够补偿钢丝绳的重差，所以要求设计过程中合理设置电梯额定荷载，遵守荷载要求。
（三）曳引系统
该系统的主要功能在于确保轿厢处于上下运转的正常状态，为人们提供可靠的运输服务。曳引系统包括钢丝绳、限速轮、曳引机、导向轮，其中在电梯机械引擎中曳引机是核心动力，是十分关键的部件，曳引轮机的牵引作用较强受到运行动力，以此完成运输服务。此外，电机类型的差异导致曳引机存在不同型号，根据电梯运送速度的差异性曳引机档位包括低速、快速、高速和超高速。由于电梯结构形式，减速方法的差异性，曳引机又分为有齿轮和无齿两种类型。
（三）轿厢系统
轿厢系统的作用在于输送乘客或者货物到高层，其中轿厢体和轿厢架是该载体的重要组成，轿厢体的结构较为复杂，包括轿门、轿底、轿顶。曳引的主要作用在于承载，通常设计人员会在轿厢架上安装拉条，以此避免轿厢倾倒，并且吊顶通常会设置检修装置以及照明系统，顶部还会设置安全窗，如果存在危险情况便于及时救援。轿底能够承载乘客与货物，并且安装称重设备，如果超出额定重量系统会发出警报。
（四）门系统
近年来不断有新闻报道电梯井道坠落事故，而问题的背后主要在于电梯门系统设计不合理，目前门系统的构造较为复杂，直接影响到电梯的稳定性与安全性。门系统包括开关门、厅门、轿门和保护装置。在电梯处于运行期间启动前期门系统中的厅门和轿门处于关闭状态，以此避免使用者进入井道出现坠落事故[3]。
（五）称量装置
称重装置是电梯的安全保护装置，当轿厢超出额定载重量时，能发出警示信号并使轿厢不能运行的安全装置。下面介绍几种常见称重装置方式：
1）轿底安装型：一般客梯轿厢底盘与轿底托架通过轿厢减振胶垫相连接再与轿厢架下梁固定，微动开关或光电感应开关固定在轿厢架下梁上，当轿厢超载时，轿厢减振胶垫被压缩，此时轿厢底盘与轿厢架间距缩小，通过调节微动开关或光电感应开关位置，应最迟在载荷超过额定载重量的110%检测出超载。此种称重装置适用轿厢底盘与轿底用轿厢减振胶垫连接，应用广泛，价格低，
2）轿顶安装型；这种装置是以压缩弹簧作为称重元件，在轿厢架上梁的绳头组合处设以超载装置杠杆，当电梯承受不同载荷时，绳头组合弹簧受到压缩，当轿厢超载时称重装置杠杆触动微动开关，从而给电梯相应的控制信号，此种结构主要用于曳引比1:1的货梯。
3）机房安装型：当使用杠杆装置时，称量装置的主要部件包括杠杆以及弹簧度，其原理在于借助杠杆的摆动幅度满足电梯轿厢内部承载需求，如果超过重量杠杆摆动幅度就会大于额定范围，然后触发保护机制。超载称量装置通常采取2:1的绕法设计即可把超载称量装置安装到机房当中。需要指出的是，这种装置的杠杆会与绳头上下移动，一旦电梯超重就会触发保护机制[4]。
也可使用光电磁感应开关，当绳头组合处弹簧压缩时，光电磁感应开关通过弹簧压缩行程判断载荷情况，当对称量装置灵敏度要求高时，可在机房绳头板位置安装电子称重装置，在二绳头板中间安装压力传感器，通过压力传感器将重量转换成电信号传输给控制仪，从而控制载重超标。
结束语：
综上所述，在当前的高层建筑和超高层建筑当中电梯的作用十分显著，在为人们提供便利出行的同时，如果电梯机械设备存在故障将严重威胁人们安全。在电梯机械系统设计过程中，为了保证设计的合理性与安全性需要切实做好导向系统、重量平衡系统、轿厢系统、称量系统、门系统的优化设计，确保电梯真正为人们生活和工作带来便利。此外，电梯在长期使用后会存在一定的安全隐患，一旦发生电梯事故，会给家庭、电梯公司和社会造成巨大损失，需要注重日常的维修和保养。今后在该方面不断加强理论研究和技术创新，以此最大程度降低安全事故出现。
参考文献：
[1]李雷，胡阳.电梯机械设计的合理化分析[J].商品与质量，2019，12(1):217.
[2]张振华，金卫琴，王爱敏.电梯机械故障的诊断及优化设计探究[J].机电信息，2020，22(5):52-53.
[3]王世杰.电梯机械故障的诊断及优化设计探究[J].装饰装修天地，2020，29(1):198.
[4]王厚群.基于智能CAD技术在电梯机械设计系统中的应用[J].数字化用户，2019，27(11):144.