电梯结构原理与安全（4）曳引系统主要设备与装置

第四章 曳引系统主要设备与装置

    曳引系统的作用是向电梯输送与传递动力，使电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等组成，是电梯运行的根本，是电梯中的核心重要部分之一。

4.1 曳引机

    曳引机是电梯运行的动力来源，在行业中多称为主机，其作用就是产生动力驱动轿厢和对重作上下往复运动。曳引机一般由曳引电动机、制动器、减速器、曳引轮、盘车手轮等组成。曳引机工作时，曳引轮旋转，缠绕在曳引轮绳槽中的曳引钢丝绳由于受到曳引轮绳槽对其摩擦力的作用而被动，从而带动轿厢和对重运行。

4.1.1 曳引机的分类

    目前国内外曳引机技术发展非常快，出现了很多新型的曳引机，其基本的分类有如下几种形式。

1、按照驱动电动机分类：

（1）、交流电动机驱动曳引机；

（2）、直流电动机驱动曳引机；

（3）、永磁同步电动机驱动的曳引机。

    交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类，其中异步电动机又分为单速、双速、调速等形式。异步单速电动机适用于杂物梯，异步双速电动机适用于货梯，调速电动机多用于客梯、住宅梯和病床梯等。随着交流变频技术的发展和成本的降低，目前交流电动机采用变压变频调速（VVVF）技术，得到了非常广泛的使用。

    直流电动机调速和控制较为方便，运行速度平稳，传动效率高，在电梯上得到了较多的应用，一般在超高速电梯上大量使用。直流电动机的缺点是结构复杂，必须配备交、直流转换设备，价格昂贵，随着电子及电工技术的发展，此问题逐步得到了较好的解决。

目前在市场上出现了永磁同步无齿轮曳引机，此曳引机较之其他曳引机具有非常多的优点，我们随后会作介绍。

2、按照有无减速器分类：

（1）、有齿轮曳引机（有齿轮减速器曳引机）；

（2）、无齿轮曳引机（无齿轮减速器曳引机）。

4.1.2 有齿轮曳引机

    有齿轮曳引机一般使用在运行速度不超过2.0m/s的各种交流双速和交流调速客梯、货梯及杂物梯上，为了减少齿轮减速器运行噪音，增加工作平稳性，多采用蜗轮蜗杆减速，具有工作平稳可靠、无冲击噪音、减速比大、反向自锁、体积小结构紧凑等优势。由于蜗轮与蜗杆在运行时啮合面间相对滑动速度较大，润滑不良，齿面易磨损。近年来非蜗轮蜗杆减速器曳引机有了较大的发展，如采用行星齿轮菟倨骱托背萋旨跛倨鞯囊芬机，有效克服了蜗轮蜗杆减速器效率低发热多的弱点，而且还提高了有齿轮曳引机电梯运行速度，使电梯额定速度超过了2.0m/s。

4.1.3 无齿轮曳引机

    无齿轮曳引机即取消了齿轮减速器，将曳引电动机与曳引轮直接相连，中间位置安装制动器的曳引机。此类曳引机一般多用于轿厢运行速度大于2m/s的高速电梯上，其曳引轮安装在曳引电动机轴上，没有机械减速装置，机构简单。曳引电动机是为电梯拖动专门设计制造的，能适应电梯工作特点，具有良好的调速性能的直流电动机、交流电动机或永磁同步电机。

    由于没有齿轮减速器的增扭作用，此类曳引机制动器工作时所需要的制动力矩比有齿轮曳引机大许多，所以无齿轮曳引机中体积最大的就是制动器。加之无齿轮曳引机多用于复绕式结构，所以曳引轮轴轴承的受力要远大于有齿轮曳引机，相应轴的直径也较大。

    无齿轮曳引机具有如下优点：

1、高效节能、驱动系统动态性能优良；

2、没有齿轮传动时的功率损耗，机械效率高；

3、由于低速直接驱动，故轴承噪声低，无风扇和齿轮传动噪声，噪声一般可降低5～10分贝，运转平稳可靠。

4、无齿轮减速箱，无激磁绕组、体积小重量轻，可实现小机房或无机房配置，降低了建筑成本，减少了保养维护工作量。

5、使用寿命长、安全可靠，同时维护保养简单。

4.1.4 永磁同步无齿轮曳引机与传统曳引机的比较

    永磁同步无<轮曳引机是近些年来得到迅速发展的新型曳引机，与传统曳引机相比，永磁同步无齿轮曳引机具有如下主要特点：

1、整体成本较低：传统曳引机体积庞大，需要专用的机房，而且机房面积也较大，增加了建筑成本；但永磁同步无齿轮曳引机则结构简单，体积小重量轻，可适用于<机房状态，即使安装在机房也仅需很小的面积，使得电梯整体成本降低。

2、节约能源：传统曳引机采用齿轮传动，机械效率较低，能耗高，电梯运行成本较高。永磁同步无齿轮曳引机由于采用了永磁材料，没有了励磁线圈和励磁电流消耗，使得电动机功率因数得以提高，与传统<齿轮曳引机相比，能源消耗可以降低40%左右。

3、噪音低：传统有齿轮曳引机采用齿轮啮合传递功率，所以齿轮啮合产生的噪音较大，并且随着使用时间的增加，齿轮逐渐磨损，导致噪音加剧；永磁同步无齿轮曳引机采用非接触的电磁力传递功率，完全避免了机械噪音、振动、磨损；传统曳引电动机转速较快，产生了较大的运转和风噪，永磁同步无齿轮曳引机本身转速较低，噪声及振动小，所以整体噪音和振动得到明显改善。

4、高性价比：永磁同步无齿轮曳引机取消了齿轮减速箱，简化了结构，降低了成本，减轻了重量；并且传动效率的提高可节省大サ牡缒埽运行成本低。

5、安全可靠：永磁同步无齿轮曳引机运行中，当三相绕组短接时，轿厢的动能和势能可以反向拖动电动机进入发电制动状态，并产生足够大的制动力矩阻止轿厢超速，所以能避免轿厢冲顶或蹲底事故，当电梯突然断电时，可以松开曳引机制动器，使轿厢缓サ鼐徒平层，解救乘员。

另外，永磁同步电动机具有起动电流小、无相位差的特点，使电梯起动、加速和制动过程更加平顺，改善了电梯舒适感。

4.1.5 曳引机型号标示方法

    曳引机是电梯的主要部件之一，电梯的额定载荷、运行速度等ヒ参数，直接与曳引机转速、减速箱速比、曳引轮直径、曳引比等相关。关于曳引机重要参数及型号编制、技术要求等在国标GB/T13435-92《电梯曳引机》做出了规定。

1、曳引机型号编制由类、组、型、特性、主参数和变型更新代号组成，图示如下：

标记示例：   

    交流电动机驱动，减速器输出轴中心距为200mm，第一次改进更新的电梯曳引机，其编号标示如下：

    电梯曳引机  YJ200A  GB／T13435-92

    需要说明的是，由于技术发展的速度很快，已经出现了许多新的产品是标准中未列出或无法对应的，同时大量国外的电梯企业及合资企业在国内市场上推广产品，他们往往采用国外的型号编制方法，所以我们在工作学习中，要特别注意仔细查阅相关产品的技术文件，切勿产生误会。

2、曳引机基本参数系列

（1）、曳引机额定速度(m/s)系列如下：

0.63、1.00、1.25、1.60、2.00、2.50等。

（2）、曳引机额定载重量(kg)系列如下：

400、630、800、1000、1250、1600、2000、2500等。

（3）、减速器中心距(mm)系列如下；

125、160、(180)、200、(225)、250、(280)、315、(355)、400等。

注：括号中数值为不推荐使用。

3、曳引机基本技术要求

（1）、曳引机工作条件应满足

海拔高度不超过1000m；

    机房内的空气温度应保持在5～40℃之间；

    环境相对湿度月平均值最高不大于90%，同时该月月平均最低温度不高于25℃；

    供电电压波动与额定值偏差不超过±7%；

    环境空气不含有腐蚀性和易燃性气体。

（2）、曳引机制动应可靠，在电梯整机上，平衡系数为0.40，轿厢内加上150%额定载重量，历时10分钟，制动轮与制动闸瓦之间应无打滑现象。

（3）、制动器的最低起动电压和最高释放电压，应分别低于电磁铁额定电压的80%和55%，制动器开启迟滞时间不超过0.8秒。制动器线圈耐压试验时，导电部分对地施加1000V电压，历时1分钟，不得有击穿现象。

（4）、制动器部件的闸瓦组件应分两组装设，如果其中一组不起作用，制动轮上仍能获得足够的制动力，使载有额定载重量的轿厢减速。

（5）、曳引机在检验平台上空载高速运行时，A计权声压级的噪声测量表面平均值应不超过表4-1规定；低速时噪声值应低于高速时噪声值。

  表4-1  曳引机噪声限值           dB（A）

4.2 制动器

4.2.1 制动器的作用

    制动器是电梯安全平稳运行所不可缺少的重要装置，制动器的主要作用如下：

1、制动器能够在电梯电源被切断时自行动作，制动闸瓦抱住制动轮使电梯停止运行。制动时电梯的减速度不得大安全钳制停轿厢或轿厢停止在缓冲器上所产生的减速度。

2、电梯到站停止运行时，制动器应能够保证在125～150%的额定载荷情况下，保持电梯静止不动，并且在再次起动之前不得打开。

3、当电梯运行中出现超速并达到限速器动作速度时，制动器首先动作，对制动轮实施制动，使电梯停止运行。

4.2.2 制动器工作特点

    电梯曳引机制动器必须是在通电时解除制动，使电梯得以运行；当电梯动力电源或控制电源断电时，或电梯运行超限、超速、出现故障时立即制动，使电梯停止运行或不能起动，保证了电梯在停电及各种非常事故发生时，制动器能实现制动可靠；当电梯正常运行时，制动器必须完全释放，制动闸瓦不得与制动轮发生任何接触。制动器是电梯中工作最为频繁的装置之一，也是对安全运行作用最大的装置。

4.2.4 制动器结构与原理

    制动器一般由制动轮、制动电磁铁、制动臂、制动闸瓦、制动器弹簧等组成，图4-7所示为卧式电磁铁制动器，工作原理如下：电梯处于停止状态，制动器臂4在制动弹簧8作用下，带动制动闸瓦6及闸皮7压向制动轮5工作表面，抱闸制动，此时制动闸瓦紧密贴合在制动轮5工作表面上，其接触面积必须大于闸瓦面积的80%以上；当曳引机开始运转时，制动电磁铁线圈1得电，电磁铁芯2被吸合，推动制动器臂4克服制动弹簧8的压力，带动制动闸瓦6松开并离开制动轮5工作表面，抱闸释放，电梯起动工作。

    图4-8所示的制动器电磁铁是立式的。铁芯分为动铁芯6和定铁蟮绱盘座4，上部的是动铁芯，铁芯吸合时，动铁芯向下运动，顶杆8推动转臂11转动，将两侧制动臂9及闸瓦块14和闸皮15推开，达到松闸的目的。其工作过程原理与卧式制动器相同，仅是在传动结构上有所变化。

4.3 曳引钢丝绳

    曳引钢丝绳也称曳引绳，是电梯上专用的钢丝绳，其功能就是联接轿厢和对重装置，并被曳引机驱动使轿厢升降，它承载着轿厢自重、对重装置自重、额定载重量及驱动力和制动力的总和。

4.6.1 曳引钢丝绳的结构、材料要求

    曳引钢丝绳一般采用圆形股状结构，主要由钢丝、绳股和绳芯组成，见图4-14所示。钢丝是钢丝绳的基本组成件，要求钢丝有很高的强度和韧性（含挠性），图4-14a为钢丝钔庑危图4-14b、c为钢丝绳横截面图。

    钢丝绳股由若干根钢丝捻成，钢丝是钢丝绳的基本强度单元。每一个绳股中含有相同规格和数量的钢丝，并按一定的捻制方法制成绳股，再由若干根绳股编制成钢丝绳，股数多，疲劳强度就高。绳芯是被绳股所缠绕的挠性芯棒，通常由剑麻纤维或聚烯烃类（聚丙烯或聚乙烯）等合成纤维制成，能起到支承和固定绳股的作用，且能贮存润滑剂。GB8903-2005《电梯用钢丝绳》中规定电梯使用的曳引钢丝绳一般是6股（图4-14b）和8股（图4-14c），即6×19S+NF和8×19S+NF两种。

6×19S+NF型钢丝绳为6股，每股3层，外侧两层均为9根钢丝，内部为1根钢丝；8×19S+NF型与6×19S+NF型结构相同，钢丝绳为8股，每股3层，外侧两层均为9根钢丝，内部为1根钢丝。上述钢丝绳直径有6、8、11、13、16、19、22mm等几种规格。

    GB8903-2005对钢丝的化学成分、力学性能等也做了详细规定，要求由含碳量为0.4％～1％的优质钢材制成，材料中的硫、磷等杂质的含量小于0.035%。

1、绳股       2、钢丝       3、绳芯

a、钢丝绳结构放大图        b、6×19S+NF钢丝绳         c、8×19S+NF钢丝绳

图4-14  圆形股电梯用钢丝绳