浅谈电梯曳引机安装的布置方式

浅谈电梯曳引机安装的布置方式

胡穗军

日立电梯电机（广州）有限公司 广东广州 510670

摘要：随着我国高层建筑的数量不断增加，城市化的快速发展，对电梯的需求也在不断增加。电梯作为一种特种设备，有其自身的特点，其性能和质量不仅与设备本身在工厂内的设计制造有关，而且与其安装、维护和管理密切相关。现阶段，电梯已成为建筑中不可或缺的交通工具，曳引机是控制整个电梯运行的重要部件。曳引机安装的布置方式作为提高曳引机性能的辅助方式，也是驱动系统重要的一环。本文介绍了曳引机驱动系统的设计，分析了电梯曳引机安装类型，希望对确保电梯的安全有所帮助。

关键词：电梯；曳引机；安装；设计

引言

曳引机作为提供电梯动力的主要驱动装置，是必不可少的重要部件。而安装曳引机的架机梁是必不可少的部分，架机梁的主要作用是承载曳引机自身的重量和悬挂的轿厢、对重和钢丝绳等重量以及运行加速度产生的动载荷。另外，由于吊挂中心的不同引起曳引机的包角变化，曳引机安装布置的结构可以有多种设计方式，对其不断改进、分析和优化不仅可以节约成本还可以提高电梯的安全性和舒适性。

1.电梯曳引机安装施工技术概述

电梯属于复杂的机电一体化特种设备，其零部件具有繁杂、零散、结构尺寸与建筑物尺寸密切相关等特点。其安装工作本质上是建筑物内电梯零部件的整体组装，机械零件、电气元件、电子设备等许多部件必须根据具体要求组装成一个完整的整体，与一般机电装置的安装相比，电梯安装工作更复杂和严谨，对安装工艺和施工工艺要求非常高。电梯施工必须考虑土木工程问题，减少建筑物本身对电梯安装、使用和运行的影响。电梯的机电部分可以由两个施工组并行和交叉运行，必须根据具体条件选择合理的施工方案，同时对电梯安装质量控制和施工全过程进行管理。电梯曳引机安装大体上分为有机房安装和无机房安装，在有机房安装过程中，架机梁一般安装在井道上方的机房内，曳引机放置在架机梁上；无机房安装就是曳引机安装在井道中，架机梁安装在导轨等井道组件上。有机房的安装和无机房的安装对于曳引机的安装方法各有特点。

2. 市场调查

对于曳引机的安装布局，对市场上不同的电梯产品进行针对性地调查分析，可以帮助设计者开拓设计思路，优化曳引机的设计。本文涵盖特定电梯厂家的主流产品，通过在线采集、供应商调查、现场参观工地的方式，获取产品载荷、提升高、速度和井道布置等相关信息和资料，通过分析技术规格、销售价格、电梯整体配置、技术特点及组成结构推算出各厂家的成本构成、成本与电梯整体配置的关系、成本与销售价格的关系，为乘客电梯设计的决策提供参考。

首先调研的是采用两横梁和一对重承载梁的电梯曳引机安装方式，这是一种最常见的布置结构，简单灵活，能适应多种电梯机房条件，也能适应多种不同的控制柜安装方式。机架分为曳引机安装座、曳引机架、曳引机支撑架和搁机梁。层数多，材料成本高，安装复杂，曳引机架布局分多层，制造成本比较高，安装防震橡胶，末端固定有具有防滑、防旋转功能的导向装置。走线的设计，电源线、制动器线与编码器线等分开线槽布置，可降低信号干扰，具有良好的电气稳定性。

然后调研的电梯与常规曳引机布置类似，由两根工字形主梁和一根槽钢副梁组成，配重绳头板和轿厢绳头板焊接在一起。主梁与副梁之间焊接有绳头板和配重绳头板，焊接难度大，平整度要求高。主机安装分为横梁、曳引架、曳引机安装底座三层。缺点是配重绳头板和电梯厢绳头板焊接在主副搁机梁内，梁在焊接过程中可能会变形，不方便操作，对重侧和轿厢侧绳头板要求比较高的平整度。

第三次调研的电梯采用两横梁加曳引机架和对重绳头板一体的框架结构，与传统的三根主梁布置相比，这种布置结构适应能力强，简单灵活，还节省了制造成本。并且机房高度要求比在主机架分类中的电梯低。同时，曳引机架两侧槽钢上增加了方便吊装的工艺孔。另外，曳引机座、导向轮和绳头板为一体式设计，曳引机座与横梁用防振橡胶连接，框架弯曲件焊接成型，减少型钢的钻孔、切割等工序缩短了加工周期，与一体式曳引机架相连的防震橡胶有助于电梯平稳运行，降低机房噪音。

最后调研的电梯机房与常规曳引机布置相同，仍然是采用三梁布置，曳引机架为二层布置。虽然安装结构坚固可靠，但成本高，机房高度高。防振橡胶通过焊接直接固定在机器的横梁上，不能移位，并且密封性能和抗干扰能力弱，信号线分类排列不清晰。

3.曳引机类型的选择

3.1常用的两种曳引机

电梯中使用的曳引机主要有两种：有齿轮和无齿轮曳引机。齿轮曳引机采用齿轮减速箱和电机来驱动电梯运行，主要结构包括主轴、蜗轮、蜗杆、曳引轮、机座、电机、制动器等，广泛应用于各种货梯、客梯、杂物电梯，承载能力较高。这种曳引机的主要缺点是运行噪音大，为了控制电梯的平稳运行并降低噪音，必须安装一对蜗轮蜗杆作为减速传动装置，还具有较大的占地面积并且需要专用的占地面积。无齿轮曳引机和有齿轮曳引机最根本的区别在于它们没有齿轮减速机构。电机直接驱动曳引轮从而驱动电梯。运行时安静平稳，但承载能力不高，因此在工业上对承载能力有要求的电梯应用不多。这种曳引机结构简单，安装面积小，一般不需要专门的机房设备，广泛用于该地区对面积要求较高的建筑物。并且随着变频技术的普及和发展，永磁电机也可以应用于曳引机，减少安装面积，保证传动效率高。

3.2 选择曳引机的依据

选择曳引机主要是根据电梯的额定运行速度、曳引机的相关额定参数和机房井道安装空间的具体要求来确定的。首先，必须满足GB7588《电梯制造与安装安全规范》电梯速度要求：当电源为额定频率，电机为额定电压时，电梯速度不应大于额定速度的105%，但最好高一些，至少额定速度的92% 。还必须满足曳引机主轴额定输出必须大于预期容量，并且电梯必须处于额定状态负载转换的电机转矩必须小于曳引机额定输出转矩，电梯曳引电机的启动转矩不应大于最大输出转矩。

4.电梯驱动系统设计

4.1曳引机的安装位置

电梯的驱动方式主要有两种。一种是上置式。曳引机安装在井道上方，作为最常用的曳引机布置方式，安装面积小，施加于建筑物的载荷小。第二种是下置式，将曳引机安装在井道的下部。优点是电梯安装施工方便，但也增加了建筑物的负荷，比有机房安装占用更少空间，一般用于无机房升降机。

4.2 曳引钢丝绳的选择

电梯的工作环境特殊，曳引绳也必须选用电梯专用钢丝绳。首先，对钢丝绳强度有较高的要求，乘客电梯的安全性是第一位的，而且电梯曳引钢丝绳在运行过程中需经过多次弯曲，所以通常是选择特殊等级的钢丝。其次，对耐磨性和抗扭性的要求，电梯一般采用多股的钢丝绳，股线和钢丝的捻向和捻制方式对电梯性能的影响较大。通常使用右捻钢丝绳。并且对绳芯也有要求，最好选用柔韧性好的天然纤维芯。

4.3 曳引比和曳引绳缠绕方式

曳引力是由曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力提供的，从而驱动电梯轿厢的上下运动。客梯常用的单绕传动和复绕传动，牵引比为1：1，钢丝绳载荷与电梯轿厢总重之比为1：1，载重较大的货梯牵引比往往可以达到2:1、3:1 或更多。曳引绳的缠绕方式的选择能显著改变曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力。选择电梯曳引绳的绕法与轿厢的载重、电梯的额定速度和曳引机的安装位置密切相关，选择绕法时这些因素的影响如下：减少轮子和牵引绳的数量，同时保证最优传动比。复绕驱动和单绕驱动的曳引比为1:1。但单绕驱动的电梯额定速度相对低于复绕驱动，也决定了低速客梯采用单绕组传动，高速客梯采用复绕组传动。

5.曳引机机座优化设计

5.1优化设计方法

起重机械机架的最大应力在两根筋上，由于筋的上下表面不在同一平面上，需要有一定的距离，所以应力必须集中增大。最大应力、优化厚度、加强筋与外表面的相互鼓励、活动筋的定位，确保底座的轻盈和刚性满足承载能力标准。

5.2 加固方案分析

本研究使用的起重机械机架中间肋厚为20 mm，采用3D建模模拟肋厚技术计算最大应力和最大变形，厚度分别为20、40和50毫米。根据模拟实验，当厚度为30mm时，最大应力为120.33MPa，最大变形量为0.412mm，刚度能达到相应标准，但强度不及格。最大变形0.367mm，同等强度不达标，调整厚度50mm时，最大应力113.97MPa，最大变形0.311mm，强度不达标。这说明机座的最大应力值虽然不断增加，但降低的幅度不明显，达不到标准。在设计优化时，采用筋加厚的方式是没有意义的。

5.3 筋与外表面共面优化分析

基于筋与外表面齐平的事实，将筋厚度调整为30mm和40mm，以模拟最大应力和最大应变。筋与外侧齐平且厚度为20mm时，最大应力为105.26MPa，最大变形量为0.401，强度条件不满足承载力标准，但满足刚度。厚度为30mm，最大应力84.12MPa，最大变形0.315，刚度和厚度符合标准。厚度40mm时，最大应力110.23MPa，最大变形375.17mm，强度不符合标准，但刚度符合标准。换句话说，当设计中加强筋和外表面的厚度为30mm时，是能够满足刚度和厚度标准的最佳设计。

5.4加强筋位于支撑板中心的平面图分析

如果中间筋位于支撑板的前侧，则前支撑板的应力值大于后板的应力值，因此必须重新优化设计，逐步实现均匀的应力值。将加强筋调整到支撑板的中间位置，结合上述设计方法，满足最大应力值和最大应变进行分析。仿真结果表明，当加强筋位于支撑板中心时，最大应力值为86.96 MPa，最大变形量为0.452 mm，强度和刚度条件符合标准。与支撑板中外表面齐平，最大应力值为85.11MPa，最大变形量为0.413mm，刚度和强度也符合标准。

5.5最佳方案

结合以上方法的分析，在满足刚度和强度的条件下，选择最优设计方法，一是筋与机座外表面在同一平面上，厚度为30mm。二是筋条位于支撑板的中心，厚度为20mm。三是筋条与支撑板之间的外表面平齐，肋条厚度为20mm。综合考虑，第三种方法是在满足刚度和强度条件的基础上，选择更少的材料，更明显地减少应力集中的方法。

6.曳引机主轴计算

主轴在电梯运行时所承受的载荷非常复杂，在实际设计中，很难确定工况下强度计算的可靠性。因此，结合实际情况，计算出主轴的四种工况：空载上升、空载下降、满载上升和满载下降，每种工况下的力为10 603.55N、10 830.25N、22 560.25 N和13 665.25 N。根据以上四种工况的强度计算，我们可以看出，主机主轴受到的最大负载为电梯满载时。因此，可以采用有限元分析软件对最大载荷的工况展开数值分析，采用40Cr合金钢为材料，泊松比为0.27，弹性模量为2.06x10

⁵ MPa ，抗拉强度为980 MPa，屈服强度为785 MPa进行主轴静力分析。同时，可以忽略不影响强度计算的键与孔等结构，优化网格分割质量并加快计算速度。

主轴满载驱动工况分析：主轴最大应力为56.672 MPa，许用应力为157 MPa，安全系数为5，满足主轴强度要求。

当主轴处于满载上行状态时，主轴的最大位移为0.0108 mm，小于标准值（电机气隙的0.1倍）。因此，曳引机主轴的刚度满足要求。

7.曳引机安装时要注意的质量控制节点

7.1 加强电梯零部件安全控制

在安装特定电梯曳引机的过程中，需要按照我国制定的相关规定和标准，对电梯的运行速度和加速度进行有效的设定，以确保运行安全可靠。一般情况下，电梯轿厢未停在楼层，继续向井道楼层移动的问题是电梯的外部缺陷。因此，在发生此类故障时，电梯的安全部件必须有较强的保护，才能使电梯正常停车。同时，要加强对电梯部件特别是在某些安装过程中的安全控制，确保安装人员的安全。一般情况下，如果轿厢坠落，会严重影响人们的生命安全。因此，在安装阶段，可以使用限速器、安全装置和轿厢上行超速保护装置，有效地防止坠落问题，使安全保护装置能够正常可靠地工作，不会对安装人员造成伤害。

7.2 加强电梯性能调试质量提升

电梯安装完毕后，最重要的工作就是对电梯系统进行自检，并提交质检部门准备的相关报告。实际电梯安装工作完成后，需要进行调试，并现场拜访业主，确定具体需求，对电梯进行针对性的调整。最后，对电梯的安全保护设备进行复检，消除安全隐患，对所有环节进行调试，确保电梯运行安全可靠，避免安装过程可能存在安全风险。

7.3 做好电梯曳引机安装施工的监督和控制

电梯曳引机安装工程监理工作应贯穿施工准备工作、施工运营工作和施工验收工作的全过程。在电梯曳引机安装施工的情况下，检查施工准备是否充分以及相关设备的运行情况等，在施工过程中对电梯各部件的安装和施工技术的操作进行彻底的监督，检查施工操作环节和质量，全程监督管理，确保电梯曳引机安装运行顺利完成。

7.4 电梯安装质量管理

由于电梯安装施工质量直接关系到客户的安全、舒适和公司的经济效益，因此对电梯安装工程的施工质量进行管理就显得尤为重要。实施合理的施工管理是降低施工成本，缩短工期，提高施工质量的关键。

首先，要尽可能制定详细的施工方案。根据脚手架的有无，充分了解电梯安装过程的优缺点，根据实际情况选择合理的施工方法。带脚手架和不带脚手架的电梯安装施工过程的差异主要体现在施工顺序、施工现场条件、安装费用等方面。安装有脚手架的电梯比安装没有脚手架的电梯成本高。安装无脚手架电梯，现场必须有电，安装有脚手架的电梯可在通电前施工。

其次，需要建立和健全管理制度。主要包括安装施工团队、质量监督团队，建立流程对疑难问题进行处理，确保安装质量，严格遵守相关施工标准规范。如果发现存在施工问题，可以由专业人员进行处理，减少工期延误。建立自检体系，提高验收率。

最后，加强培训，提高电梯工程人员的专业技能和安全意识。具有完成安装工作、处理工程问题的专业技能，有效提高质量控制和工作效率，保证施工质量。

8. 曳引机安装总结

在对机房的成本、制造工艺和布局进行分析后，提出以下分析结果和建议：首先，在机架梁的布局选择中，可以用两根梁代替三根梁，结构简单灵活，可以减少机房面积，也一定程度上降低了成本。其次，在曳引机架满足吊挂距离的同时，主机安装分为曳引机架，架机梁两层，降低了主机整体安装高度，降低了对机房高度的要求，方法简单，有效降低了成本。也可以尝试使用折弯钢板焊接组装方式，减少在型钢上的切割、钻孔、焊接等加工，降低人工成本，缩短工期。第三，曳引机架的防振胶固定方式可在机架的横梁上改用螺栓和压码的固定方式，具有防滑、防倾翻的特点，主机的安装误差小也可以调整。最后，线槽可用于减少信号干扰，以及对制动感应线等具有一定增强保护作用。

结束语

电梯系统是一个非常复杂的运输机电系统，不断优化作为电梯系统核心的电梯曳引机，并加强主轴系统的设计，不仅可以降低成本，还可以提高企业的经济效益，提高电梯质量安全性能和社会效益。曳引机是电梯的关键部件，其设计、安装和维护直接决定电梯运行的安全性。本文在对曳引机的选型和设计的基础上，进一步分析了曳引机安装的位置选择、曳引比、曳引绳的缠绕方式的选择。此外，还要注意对运行中的电梯进行日常维护保养，防止因维护不足而导致电梯事故。

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