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电梯及其机械原理
电梯及其机械原理
【摘要】随着科学技术的发展以及城市化进程的加快，越来越多的高层楼房拔地而起，电梯这种便捷快速的代步工具应运而生。
电梯，是指动力驱动，利用刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道。
本文主要对直升类电梯的机械结构原理进行简析，并简单
【关键字】电梯机械原理
【正文】
1.电梯概述
电梯是指用电力作为拖动动力，具有乘客或载货轿厢，并运行于垂直或垂直方向倾斜角度不大于15度的两侧刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定设备。
（如图1-1）
图1-1
电梯有多种分类方式，如：
按其运行速度的不同，可分为低速梯、中速梯、高速梯以及超高速梯；按其用途不同，又可分为乘客电梯、载货电梯、观光电梯等。
电梯是机、电合一的大型复杂产品，它具有四大空间：
机房部分、井道及底坑部分、轿厢部分、层站部分；八大系统：
曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统；以及两种主要的传动方式：
鼓轮式传动（如图1-2）、曳引式传动（如图1-3）。
【1】
图1-2图1-3
本文以其八大系统为主线，着重探讨了曳引系统、导向系统中涉及到的机械原理相关知识。
2.电梯具体部分机械原理简析
2.1电梯的曳引系统
电梯曳引机（外观如图2.1-1原理图如图2.1-2）是电梯的动力设备，又称电梯主机。
功能是输送与传递动力使电梯运行。
图2.1-1
图2.1-2
其具体工作原理是：
安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱曳引机动的动力。
轿厢与对重装置的相对运动是靠曳引绳和曳引轮间的摩擦力来实现的。
这种力就叫曳引力或驱动力。
曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。
为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。
轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽产生摩擦力，由于此摩擦力的存在，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重装置作相对运动，即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。
于是，实现了轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行的过程，从而使电梯执行垂直运送任务。
曳引机可以实现多种传送比。
设置在轿厢顶和对重架顶部的动滑轮及设置在机房的定滑轮成为反绳轮，可根据需要使曳引绳以不同方式饶过反绳轮，从而得到不同的传送比。
具体比例及绕线方式如下：
【2】
图2.1-3
（假定记：
曳引绳线速度为V1米/秒，轿厢升降速度V2米/秒,轿厢侧曳引绳载荷力为T1，轿厢总重量为T2。
）
1:
1传动方式：
轿厢与对重均无反绳轮，曳引绳直接拖动轿厢和对重。
传动特点：
V1=V2,T1=T2（如图2.1-3）
图2.1-4
2:
1传动方式：
轿顶和对重顶部均设有反绳轮。
传动特点V1=2*V2,T1=1/2T。
（如图2.1-4）
图2.1-5
3:
1传动方式：
轿顶和对重顶部均设有反绳轮和定滑轮。
传动特点：
V1=3*V2,T1=1/3T2（如图2.1-5）
除传动比之外，曳引绳在曳引轮上的包角也是曳引机的重要参数之一。
包角是指曳引钢丝绳经过绳槽所接触的弧度，包角越大摩擦力越大，即曳引力也随之增大，提高了电梯的安全性。
包角主要有两种类型：
半绕式传动（最大包角≤180度，如图2.1-6）和全绕式传动（最大包角φ1+ψ>180度，如图2.1-7）
图2.1-6图2.1-7
客梯一般采用1:
1半绕传动，速度高，载重量小；货梯一般采用2:
1半绕传动，速度低，载重量大；高速梯一般采用1:
1全绕传动，速度高，载重量小。
2.2电梯的导向系统
导向系统功能是限制轿厢和对重的活动自由度，起到减少其自由度的作用，使轿厢和对重只沿着各自的导轨作升降运动，使两者在运行中平稳，不会偏摆。
导向系统由导轨架、导轨和导靴组成。
图2.2-1
导轨架：
导轨架固定在电梯井道壁上，上面固定导轨，用扁钢或角钢制成。
导轨：
导轨是为电梯轿厢和对重提供导向的构件，在井道中确定轿厢和对重的相互位置。
最常用T型导轨，其具有良好的抗弯性能以及良好的可加工性能。
导靴：
导靴是引导轿厢和对重沿导轨运行的装置，固定在轿厢架和对重架上，运行时导靴夹住导轨，保证轿厢和对重沿导轨作升降运动。
【3】导轨与导靴的配合如图2.2.2
图2.2-2
1—导靴；2—导轨；3—轿架或对重架；4—导靴凹凸槽；5—导轨凸形工作面
导靴按其功能特性不同分为固定滑动导靴、弹性滑动导靴（如图2.2-3）和滚动导靴（如图2.2-4）
图2.2-3弹簧式滑动导靴
1—靴头；2—弹簧；3—尼龙靴衬；4—靴座；5—导轨；6—靴轴；7—调节套
图2.2-4滚动导靴（上为立面图，下为俯视图）【4】
1—滚轮；2—弹簧；3—摇臂；4—靴座
其中固定滑动导靴有较高的强度和刚度，承载能力强。
但由于固定滑动导靴与导轨之间存在的间隙，运动时会产生较大的震动和冲击，因此适用于低速电梯。
而弹簧式滑动导靴与固定式滑动导靴的不同之处就在于靴头是浮动的，在弹簧力的作用下，靴衬的底部始终压贴在导轨端面上，因此能使轿厢保持较稳定的水平装置，同时在运行中具有吸收振动与冲击的作用。
需要注意的是，弹簧式弹性滑动导靴的导靴头只能在弹簧的压缩方向上作轴向浮动，因此又称单向弹性导靴。
滚动导靴以三个滚轮代替了滑动导靴的三个工作面。
三个滚轮在弹簧的作用下，压贴在导轨三个工作面上，电梯运行时，滚轮在导轨面上作滚动。
滚动导靴以滚动降擦代替厂滑动摩擦，大大减少了摩擦损耗，节省了能量；同时还在导轨的三个工作面方向，都实现了弹性支承，从而对Fx及Fy力都具有良好的缓冲作用。
其在高速电梯上有广泛应用。
2.3电梯的其他组成部分
轿厢：
运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
门系统：
其主要功能是封住层站入口和轿厢入口。
门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。
重量平衡系统：
主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之，保证电梯的曳引传动正常。
系统主要由对重和重量补偿装置组成。
电力拖动系统：
提供动力，实行电梯速度控制。
电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。
电气控制系统：
对电梯的运行实行操纵和控制。
电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。
安全保护系统：
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。
由电梯限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。
【5】
3.电梯产业发展前景
随着科技的不断进步，电梯的技术水准和产品质量正在稳步提高。
许多新技术和新产品的出现大大提高了电梯的使用性能，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，为我们的生活带来了极大便利。
电梯速度越来越高，超高速电梯成为了未来电梯技术革新的主要关注点。
21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，因而极催化了超高速电梯的研究进程。
其中，曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。
【6】采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。
未来超高速电梯舒适感会有明显提高。
经过本文对电梯相关机械原理的简析，深刻理解了实际生产中精密机械制造原理理论知识的应用，从而对书本知识有了更加灵活的掌控和把握。
而通过对电梯行业发展前景的展望，我们也有理由相信，未来的电梯一定会更进一步地为我们的生活提供更多的便捷。
【参考文献】
【1】电梯电气设计（M）剑中国电力，2006
【2】电梯曳引机设计、安装、维修（M）兰春机械工业
【3】中华人民国第一机械工业部电梯技术条件（M）信仰起重运输机械研究所
【4】升降机的运行与控制（M）朱德文中国电力出版发行部
【5】电梯与自动扶梯技术词典（M）金晴川交通大学
【6】2013-2017年电梯行业竞争格局与投资战略研究咨询报告中国行业研究网
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