引言

隨著電梯技術(shù)的發(fā)展,超高速電梯的馬達(dá)由20世紀(jì)八九十年代主流的直流馬達(dá)已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在主流的永磁同步馬達(dá),而這些老舊電梯已經(jīng)使用30多年了,現(xiàn)在正面臨停產(chǎn)、零配件缺乏、電氣老化、技術(shù)落后、能耗大、不符合新的電梯標(biāo)準(zhǔn)和新的檢規(guī)等問題,不但維修成本越來越高,維修停梯時(shí)間也越來越長,嚴(yán)重影響樓宇乘客的正常乘梯,而且事故頻發(fā),安全隱患越來越多。這些老舊電梯必然需要更新改造,由于現(xiàn)在永磁同步馬達(dá)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,而原來的老舊馬達(dá)體積大且笨重,所以兩者的布置方式和安裝位置必然有著較大的差異。為了施工簡便以及在更新改造中不破壞電梯機(jī)房預(yù)制承重結(jié)構(gòu),如何實(shí)現(xiàn)新馬達(dá)的布置成為電梯改造面臨的新挑戰(zhàn)。下文以中國市場上超高速電梯老馬達(dá)的幾種布置為例,對更新改造過程中如何實(shí)現(xiàn)馬達(dá)布置的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)展開分析。

1電梯主要部件介紹

電梯設(shè)備是由機(jī)電合一的相關(guān)部件和組合件組裝在一起的整體設(shè)備,每個(gè)部件都發(fā)揮著其各自的作用,有著各負(fù)其責(zé)的使命。它的主要組成部分可以從圖1中看出。

(1)馬達(dá):也叫曳引機(jī),它的主要功能是將自身的動(dòng)力輸出給電梯,使電梯上下運(yùn)行,它是電梯的動(dòng)力系統(tǒng)。電梯轎廂、對重、鋼絲繩、補(bǔ)償繩、乘客等重量都通過馬達(dá)支架安裝到機(jī)房土建上的,所以它同時(shí)也是電梯主要運(yùn)動(dòng)部件重量的載體。

(2)控制柜:控制柜內(nèi)部一般由兩部分組成,一部分是控制系統(tǒng),它的主要功能是控制電梯運(yùn)行和停止;另一部分是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它的主要功能是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行。所以,控制柜是電梯的"大腦"。

(3)限速器:電梯的安全部件之一,它的主要功能是監(jiān)控轎廂或?qū)χ氐倪\(yùn)行速度。

(4)轎廂:轎廂是運(yùn)送乘客或貨物的電梯載體,也是乘客能夠直接接觸的電梯重要運(yùn)動(dòng)部件之一。

(5)門系統(tǒng):門系統(tǒng)是乘客進(jìn)出電梯的入口,是層站和轎廂的連接部分。轎門、層門、門機(jī)、門鎖裝置等構(gòu)成了門系統(tǒng)。

(6)導(dǎo)軌:主要功能是保證和限制轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做上下升降運(yùn)動(dòng)。

(7)對重:也叫平衡鐵,它的主要功能是平衡轎廂的重量,使曳引系統(tǒng)的功率消耗減半,達(dá)到節(jié)能和提高效率的作用。

(8)緩沖器:電梯的安全部件之一,它的主要功能是在特定條件下起到緩沖作用,減少直接撞擊的傷害。

通過以上所述電梯結(jié)構(gòu)可以清楚地看出,整個(gè)電梯的主要運(yùn)動(dòng)部件包含轎廂(含安全鉗)、對重、隨行電纜、鋼絲繩、補(bǔ)償繩和補(bǔ)償張緊裝置。這些運(yùn)動(dòng)部件的重量都通過馬達(dá)作用在機(jī)房土建上。而老舊電梯改造與新樓新安裝電梯不同,新樓機(jī)房在設(shè)計(jì)時(shí)就預(yù)留了承重結(jié)構(gòu),電梯到現(xiàn)場直接安裝;而改造則不同,由于原來電梯的預(yù)制承重結(jié)構(gòu)是基于當(dāng)時(shí)的馬達(dá)布置預(yù)留的,與更新改造新馬達(dá)安裝位置和承重點(diǎn)位置多有不同,所以更新改造只能利用原來的預(yù)制承重結(jié)構(gòu)重新布置新馬達(dá),即新梯安裝是土建配合電梯,而更新改造是電梯配合原來的土建。

2老舊超高速電梯的系統(tǒng)重量和布置方式

2.1電梯主要運(yùn)動(dòng)部件的重量

對于超高速電梯,垂直運(yùn)動(dòng)部件和馬達(dá)的總重量是非常大的。

式中,M總為作用在機(jī)房土建上的總重量(kg);Mmx為馬達(dá)和支架的總重量(kg);K+0為轎廂、額定載重、懸吊、安全鉗等的總重量(kg);M+為對重的總重量(kg);Mc為補(bǔ)償張緊裝置重量(kg);st為頂層高度(m);TH為提升高度(m);R為曳引比(1:1即為1,2:1即為2,4:1即為4等);msL為每米曳引鋼絲繩的總重量(kg/m);p0為地坑深度(m);m+L為每米補(bǔ)償鋼絲繩的總重量(kg/m);mc+為每米隨行電纜的總重量(kg/m)。

以上海某個(gè)5A甲等寫字樓改造項(xiàng)目(載重1600kg,額定速度7m/s,提升高度226m)為例,M總重量約為21600kg。這樣龐大的重量不能在幾百米高大樓的機(jī)房內(nèi)隨便擺放,必須放置在有預(yù)留此重量的承重梁或樓板上。所以,老舊電梯改造過程中保留并利用原來承重的結(jié)構(gòu)是非常重要的。

2.2國內(nèi)老舊超高速電梯的馬達(dá)布置方式

下面我們來看看幾種典型老舊超高速電梯的馬達(dá)布置和預(yù)制結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2(a)馬達(dá)布置的特點(diǎn):電梯絕大部分垂直運(yùn)動(dòng)部件的重量通過馬達(dá)支架直接作用在預(yù)制的鋼筋混凝土牛腿上,而鋼筋混凝土牛腿是預(yù)制在井道正上方樓板上的,如果按照我們正常的布置方式,需要切割整個(gè)鋼筋混凝土牛腿,不但工作量大,而且將來重新布置馬達(dá)承重結(jié)構(gòu)困難(甲方明確不能開孔、敲墻,破壞土建原始結(jié)構(gòu))。另外,轎廂懸吊中心到兩邊鋼筋混凝土牛腿的距離也不相等,a<b。

圖2(b)馬達(dá)布置的特點(diǎn):電梯絕大部分垂直運(yùn)動(dòng)部件的重量通過工字鋼直接作用在預(yù)制的鋼筋混凝土牛腿上,鋼筋混凝土牛腿是預(yù)制在井道承重墻上的,這也是目前各大電梯公司馬達(dá)的主要布置方式。但此轎廂懸吊中心到兩邊工字鋼的距離也是不相等的,a>b。

圖2(c)馬達(dá)布置的特點(diǎn):電梯絕大部分垂直運(yùn)動(dòng)部件的重量通過馬達(dá)支架作用在預(yù)制的鋼筋混凝土牛腿上,一端鋼筋混凝土牛腿預(yù)制在井道正上方樓板上,另外一端鋼筋混凝土牛腿預(yù)制在井道承重墻上。圖2(c)的結(jié)構(gòu)與圖2(a)(b)完全不同,采用橫向布置,并且轎廂懸吊中心到鋼筋混凝土牛腿兩邊的距離也不相等,即非中心布置,a<b。

以上3種情況有幾個(gè)共同點(diǎn):(1)轎廂懸吊點(diǎn)到兩邊支撐點(diǎn)的距離都是不同的,而且也不對稱的。(2)都有預(yù)制的鋼筋混凝土牛腿。(3)曳引繩比都是1:1。

3馬馬達(dá)布置的標(biāo)化設(shè)計(jì)

3.1馬馬支架置的標(biāo)化設(shè)計(jì)

我們的永磁同步馬達(dá)是對稱的,那么在設(shè)計(jì)馬達(dá)支架時(shí)必須考慮在保證馬達(dá)支架強(qiáng)度的情況下,將馬達(dá)支架設(shè)計(jì)成非完全對稱的、參數(shù)化的結(jié)構(gòu),做到尺寸基于現(xiàn)場情況的可變性?；谝陨弦?設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化馬達(dá)支架如圖3所示。

圖3的標(biāo)化馬馬支架

通過圖3可以看出,在允許的尺寸范圍內(nèi)(寬度適用范圍1500~2000mm,長度最大4000mm),馬達(dá)支架的寬度和長度可以任意調(diào)整,但隨著尺寸的變化,4個(gè)支撐點(diǎn)R10~R13反力也在變化,計(jì)算R10~R13這些反力需要考慮作用力和反作用力的平衡5F=0、扭矩在任意軸的平衡5M=0、板殼理論等。筆者在多次實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)可以簡化成工程中常用到的靜定梁模型來計(jì)算,誤差幾乎都在可控范圍內(nèi)。

還是以上面列舉的改造項(xiàng)目為例,按照圖4計(jì)算得到的反作用力大小如表1所示。

3.2馬馬減震墊置選型和計(jì)算

在此實(shí)際案例中發(fā)現(xiàn),最大受力與最小受力之間的差距超過50%,那么,馬達(dá)減震墊就不能采用相同規(guī)格參數(shù),需按照減震墊上受力大小分別考慮減震墊選型和面積,否則個(gè)別減震墊超出允許載荷后,起不到減震、隔音、緩沖和防滑的效果,同時(shí)減震墊還會(huì)加速老化,失去應(yīng)有的作用。情況嚴(yán)重時(shí),馬達(dá)支架甚至?xí)a(chǎn)生變形而引起抖動(dòng)、噪聲、舒適感下降等問題。減震墊的規(guī)格參數(shù)如表2所示。

馬達(dá)支架下面的4個(gè)減震墊的實(shí)用面積基于減震墊的材料和受力FR10~R13。

式中,p為允許的靜載荷(N/mm2),參考項(xiàng)目中選用0.6N/mm2:A為減震墊的面積(mm2)。

還是以上面列舉的改造項(xiàng)目為例,計(jì)算后減震墊的面積如表3所示。

4結(jié)論

通過以上的設(shè)計(jì)計(jì)算和具體案例中的多次成功使用可知,在改造過程中保留原有的機(jī)房預(yù)制承重結(jié)構(gòu),并使用此標(biāo)準(zhǔn)化改造馬達(dá)支架,有如下機(jī)電優(yōu)勢:

(1)在前期現(xiàn)場勘測中節(jié)約了勘測時(shí)間,減少了因勘測導(dǎo)致的停梯時(shí)間 ,提高了員工工作效率 ,減少了對客戶電梯使用 的影響。

(2)在前期投標(biāo)階段 ,節(jié)約了工程師的方案設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí) 間 ,提高了投標(biāo)階段的效率。

(3)在訂單處理階段 ,不但節(jié)約了非標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)間 ,還減少 了工廠非標(biāo)生產(chǎn)量 , 降低了制造成本。

(4)在施工階段 ,減少了土建整改的工作量 ,不但提高了 安裝效率 ,還將施工停梯時(shí)間減少了一周左右。

綜上所述 ,超高速電梯改造方案中馬達(dá)布置的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè) 計(jì) ,不但節(jié)約了人工設(shè)計(jì)和制造成本 ,而且縮短了生產(chǎn)制造周 期和施工中停梯時(shí)間 ,進(jìn)而提高了工作效率和客戶滿意度。