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    超高速电梯特点分析及相关检测案例借鉴

    近20 年来,世界建筑高度的记录不断被刷新。据不完全统计,世界上近75% 在建的高层建筑在中国,目前,国内已建成的300m 以上的超高层建筑已达69个,200m 以上的有603 座,100m 以上的更是高达2 235 座。然而,超高层建筑的诞生与发展,离不开垂直升降装置的发明与创新。

    1854 年,在纽约水晶宫举行的世界博览会上,美国人伊莱莎. 奥的斯向世人展示了他的发明——人类历史上第一部安全升降机。1889 年,美国奥的斯电梯公司造出名副其实的电梯。毫不夸张地说,没有电梯的诞生与发展,现代高层建筑难以发展;不解决垂直交通问题,再坚固、再美观的高楼也将形同鸡肋。随着高层建筑的快速发展,电梯技术也发生了日新月异的变化。应用在广州周大福金融中心的日立电梯,最高速度达到1 260m/min。考虑到国内城市化进程的不断进展,以及重点城市中心土地资源日益紧缺的现状,超高层建筑的数量必定会密集上升,中国市场对于超高速、大容量电梯的需求必将会迅速增长。

    由于超高速电梯与普通电梯比较,虽然驱动系统的原理基本相同,但在电梯运行中反映出的问题有本质区别

    1 超高速电梯特点分析

    1.1 驱动与控制技术

    超高速电梯驱动和控制系统与传统电梯相比,显著特点是:控制柜按功能分组,比如讲电力驱动系统和信号控制系统分离成主电路柜和信号控制柜,如图1 所示。为适应大功率电梯的驱动与控制,必须采用大容量变频器,特别是双( 多) 变频并联控制方式驱动,

    为了提高超高速电梯的运行效率,一般不要求服务每个楼层,否则不断的加、减速度会使乘客感到不适,而且电梯也达不到设定的额定速度。

    1.2 驱动主机

    驱动主机是超高速电梯的关键部件,其功率都是数百千瓦,主机自重达10 多t,如图3 所示。由于超高速电梯载重大、速度高,一旦发生紧急情况制停距离几十米长,轿厢的位移取决于钢丝绳在绳轮上的滑动和制动轮的旋转,因此,对制动器的摩擦片不仅限于基本静力制动,还要有动态制动可靠性的要求。超高速电梯紧急制动时,制动器摩擦片会使其表面温度升高,如果采用普通的材料会影响制停性能。为适应这种极端工况,制动摩擦片都采用耐磨和耐热的陶瓷材料。另外,电磁驱动制动器一般难满足释放巨大制动力的要求,因此制动器多采用多钳盘式制动器,如图3 所示的日立超高速电梯曳引机,采用4 个独立的电磁制动器,通过最优控制算法使独立的制动器的制动力均匀地施加在制动盘上。


    1.3 舒适性控制

    1.3.1 轿厢气压控制

    超高速电梯所提升的高度较大,地面与顶层的气压差别较大,如台北的101 大厦,气压差值达到48hPa。电梯在上下运行过程中,乘客会因气压的变化感到不适,因此,超高速电梯多采用密封轿厢,配以通风调压系统


    1.3.2 超高速电梯导向系统

    超高速电梯在运行中,导轨细微的弯曲及脉动的风压,都会引起轿厢的横向晃动,这种晃动与轿厢运行速度成正比。因此,为了减小轿厢水平晃动,要采用高强度、高质量的导轨以及实施高精度的导轨安装要求,同时还要开发防止轿厢晃动技术。图5 为日立所开发的超高速电梯导向系统,其有4 个导向单元及一个控制器组成,导向单元包含导向滚轮及执行器,控制器利用H ∞控制技术来控制执行器,来抵消各种变化所引起的晃动。

    1.4 安全部件

    1.4.1 安全钳与限速器

    传统安全钳楔块是由铸铁材料制成,实验表明,当制停速度超过10m/s 时,铸铁楔块将严重磨损。而现在超高速电梯的运行速度已经超过21m/s,且重量远大于传统轿厢重量,故超高速电梯安全钳的楔块,普遍采用具有耐摩擦、耐高温及恒制动力性能的复合型陶瓷材料。

    普通电梯一般上、下速度是一样的,但由于受人的生理结构和心理因素的影响,超高速电梯的下行速度是有限定值的,小于上行速度。因此超高速电梯的限速器对应上、下不同的速度进行触发动作,以满足上行和下行不同速度的超速保护。

    图6 为日立超高速电梯安全钳及限速器,其安全钳不仅采用了耐摩擦、耐高温及具有高摩擦系数的材料,还采用了两对平行的楔块,这大大增强了安全钳制动的可靠性。


    1.4.2 缓冲器

    按现行规范要求,当电梯额定速度大于4m/s 时,可以采用减行程缓冲器,其实际行程可取常规计算行程的1/3,如果电梯速度为20m/s,所用缓存器行程至少为9.0m,如果采用单级缓冲器的话,其自由高度至少是行程的两倍以上。为此,超高速电梯所配置的缓存器普遍采用物理多段式结构,即多级式缓冲器,其自由高度可减少30% ~ 40%。图7 为日立超高速电梯的液压缓存器,其采用四级式结构,速度为20m/s电梯的缓存器高度约为15m。





    3 结语

    综上所述,超高速电梯不是传统电梯部件的简单组装,而是一种具有高技术含量的复杂的机电设备。在检验过程中,也应注意超高速电梯与普通电梯的区别,并期待电梯行业早日制定出超高速电梯的检测规范。


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