电梯结构原理与安全（6）导向与重量平衡系统

第六章 导向与重量平衡系统

6.1 导向与重量平衡系统概述

6.1.1 导向系统功能

    导向系统在电梯运行过程中，限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只沿着各自的导轨做升降运动，不会发生横向的摆动和振动，D证轿厢和对重运行平稳不偏摆。电梯的导向系统包括轿厢导向和对重导向两个部分。

6.1.2 导向系统的组成及其位置 

   不论是轿厢导向还是对重导向均由导轨、导靴和导轨架组成（图6-1、图6-2）。

轿厢以两根（至少）导轨和对重导轨限定了轿厢与对重在井道中的相互位置；导轨架作为导轨的支撑件，被固定在井道壁上；导靴安装在轿厢和对重架的两侧（轿厢和对p各自装有至少四个导靴），导靴的靴衬（或滚轮）与导轨工作面配合，使一部电梯在曳引绳的牵引下，一边为轿厢，另一边为对重，分别沿着各自的导轨作上、下运行。

6.1.3 重量平衡系统

    重量平衡系统分为两个部分，即对重系统和重量补偿系统。

    轿厢与对重通过钢丝绳分别悬挂在曳引轮的两侧，保证了曳引力的产生，相对平衡了两侧的重量，有效地降低了电梯的驱动力，此部分称为对重系统。

    另外，曳引钢丝绳连接轿厢和对重，如果楼层高则钢丝绳就长，钢丝绳自身重量很大惩时随轿厢运行钢丝绳重量在不断地改变位置，为补偿此重量变化对电梯运行带来的影响，于是又通过连接在轿底和对重底的补偿链起着两边重量补偿作用。这样，上述两个部分构成了电梯的重量平衡系统，保证了电梯曳引传动正常，运行平稳可靠。

6.2 导轨

6.2.1 导轨的作用

1、是轿厢和对重在竖直方向运动时的导向，限制轿厢和对重的活动自由度（轿厢运动导向和对重运动的导向使用各自的导轨，通常轿厢用导轨要稍大于对重用导轨。

2、当安全钳动作时，导轨作为固定在井道内被夹持的支承件，承受着轿厢或对重产生的强烈制动力，使轿厢或对重制停可靠。

3、防止由于轿厢的偏载而产生歪斜，保证轿厢运行平稳并减少振动。

6.2.2 导氐闹掷嗪捅晔

1、导轨的横截面（断面）形状

    一般钢质导轨常采用机械加工或冷轧加工方式制作，其常见的导轨横截面形状如图6-3所示。

电梯中大量使用“T”形导轨（图6-3a），但对于货梯对重导轨和额定速度为lm／s以下的客梯对重导轨，一般多采用“L”型（图6-3b）导轨。

    图6-3c、d、e常用于速度低于0.63m/s的电梯，导轨表面一般不作机械加工。

    图6-3f、g为冷轧成型的导轨。

2、导轨的标识

     “T”型导轨是电梯常见的专用导轨，具有良好的抗弯性能及加工性能。“T”型导轨的主要参数是底宽b、高度h和工作面厚度k（见图6-4），我国原先用b×k作为导轨规格标识，现已推广使用国际标准“T”型导轨，共有十三个规格，以底面宽度和工作面加工方法作为规格标志，如表6-l所示。

    有的国家（如日本）是以导轨最终加工后每一米长度重量多少千克作为规格椒郑如8 kg、13kg 导轨等。

6.3 导靴

6.3.1 导靴概述

1、功能：

    导靴是为了防止对重和轿厢在上下运行时发生偏斜，保证电梯的平稳运行的装置。工作时导靴的凹形槽（或滚轮）与导轨的凸形工作面胶希使轿厢和对重装置仅沿着导轨上下运动，防止轿厢和对重装置运行过程中偏斜或摆动。

2、位置：

    导靴分别装在轿厢和对重装置上。轿厢导靴安装在轿厢上梁和轿厢底部安全钳座（嘴）的下面，共四个，如图6-1所示。对重导靴是安装在对重架的上部降撞浚共四个，如图6-2所示。根据导靴在导轨上运动方式的不同，导靴分为滑动导靴和滚动导靴两类，运行中导靴与导轨均为接触状态。目前有些电梯正在尝试使用非接触导靴，如采用磁悬浮技术等，使导靴和导轨之间保持一个距离，适用于超高速电梯。

3、组成：

    导靴分为滑动和滚动导靴两类，滑动导靴一般是由带凹形槽的靴头、靴体和靴座组成，在靴头凹槽中一般均镶有耐磨的靴衬。靴头可以是固定的，也可以活动（浮动）的；滚动导靴则用三个滚轮沿导轨滚动运行。

6.3.3 导靴的种类                                               

3、固定式（刚性）滑动导靴

    固定导靴的靴头是不动的，直接由靴头中的凹形槽与导轨工作面配合p三个配合的面需保留一定量的间隙（约0.5～1.0㎜）。

（1）、简单型滑动导靴

    这种导靴结构比较简单，靴头和靴座制成一体，用一块铸铁经刨削加工而成，如图6-12 所示。这种导靴靴头的凹形槽与导轨的接触面，要求有较高的加工精度和表面粗糙度，并需定期涂沫适量润滑油脂，以提高其润滑能力。

（2）、有靴衬的简单型滑动导靴

    这种导靴总体构造与上一种相同，但在靴头的凹形槽内镶嵌有减磨材料如尼龙等制成靴衬，必要时可仅更换靴衬，如图6-13所示。

（3）、刚性（固定）滑动导靴

    固定式导靴的靴头没有调节的机构，是不动的，导靴与导轨之间必须存有一定间隙，随着运行时间的增长，其间隙会越来越大，这样轿厢在运行中就会产生一定的晃动甚至冲击，因此固定式导靴只用于额定速度低于0.63m/s的轿厢或对重。

4、弹性（浮动）滑动导靴

    弹性滑动导靴（图6-15）由靴座、靴头、靴衬、靴轴、压缩弹簧或橡胶弹簧、调节套或x节螺母等组成。

图6-15  弹簧式滑x导靴的结构

1、靴衬；2、座盖；3、靴头；4、销；5、弹簧；6、靴座；7、靴轴；8、六角扁螺母；

9、调节套筒

图6-16  橡胶弹簧式滑动导靴

1、橡胶弹簧

5、滚动导靴

    刚性滑动导靴和弹性滑动导靴的靴s无论是铸铁或尼龙等高分子耐磨材料的，在电梯运行过程中，靴衬与导轨之间总有摩擦力存在，间隙只会因磨损逐渐变大。这个现象不但增加曳引机的负荷，而且是轿厢运行时引起振动和噪声的原因之一。为了减少导靴与导轨之间的摩擦力，节省能量，提高乘坐舒适感，在运行速度V＞2.0m/s的高速电梯中，常采用滚动导靴。

滚动导靴由滚轮、弹簧、靴座、摇臂等组成，如图6-17所示。

    滚动导靴以三个滚轮代替了滑动导靴的三个工作面，三个滚轮在弹簧力的作用下，压贴在导轨三个工作面上，电梯运行时，滚轮在导轨面上滚动。

    滚动导靴以滚动摩擦代替了滑动摩擦，大大减少了摩擦损耗，减少了能量损耗；同时还在导轨的三个工作面方向实现了弹性支承，从而对Fx及Fy力都具有良好的缓冲作用，并能在三个方向上自动补偿导轨的各种几何形状误差及安装偏差。滚动导靴的这些优点，使它能适应电>高的运行速度，所以在高速电梯上得到广泛应用。

    滚动导靴的滚轮常用硬质橡胶或聚氨酯材料制成，为了提高与导轨的摩擦力和减少噪声，在轮圈上制出花纹。滚轮对导轨的压力，其意义与滑动导靴相同，初压力的大小可以通过调节弹簧的被压缩量加以调整。

    滚动导靴不允许在导轨工作面上加润滑油，否则，会使滚轮打滑，无法工作；轮转动应灵活、平稳、可靠，当发现滚轮橡胶有脱层、剥离等现象时必须更换。

    对于重载高速电梯，为了提高导靴的承载能力，有时也采用六个滚轮的滚动导靴。滚动导靴必须在干燥的不加润滑的导轨上工作，因此不存在油污染，减少了火灾的危险。为了降低运行噪声，减少运行中的摩擦阻力，宜采用尽量大的滚轮直径。一般当额定速度为5m/s时，轿厢的导靴滚轮直径至少为250mm，对重导靴滚轮至少为150mm；当额定速度为2.5m/s时，轿厢和对重边的导靴滚轮直径至少为150mm和75mm。

6.5 重量平衡系统

6.5.1 重量平衡系统的功能及ψ槌

    重量平衡系统的作用是使对重与轿厢能达到相对平衡，在电梯运行中即使载重量不断变化，仍能使两者间的重量差保持在较小限额之内，保证电梯的曳引传动平稳、正常。重量平衡系统一般由对重装置和重量补偿装置两部分组成，如图6-27所示。

    对重（又称平衡重）相对于轿厢悬挂在曳引绳的另一侧，起到相对平衡轿厢的作用，并使轿厢与对重的重量通过曳引钢丝绳作用于曳引轮，保证足够的驱动力。由于轿厢的载重量是变化的，因此不可能做到两侧的重量始终相等并处于完全平衡状态。一般情况下，只有轿厢的载重量达到50%的额定载重量时，对重一侧和轿厢一侧才处于完全平衡，这时的载重量称电梯的平衡郑此时由于曳引绳两端的静荷重相等，使电梯处于最佳的工作状态。但是在电梯运行中的大多数情况下，曳引绳两端的荷重是不相等且是变化的，因此对重的作用只能使两侧的荷重之差处于一个较小的范围内变化。

   另外在电梯运行过程中，当轿厢位于最低层、对重升至最高时，曳引绳长度基本都转移到轿厢一侧，曳引绳的自重大部分也集中在轿厢一侧；相反当轿厢位于顶层时，曳引绳长度及自重大部分转移到对重一侧；加之电梯随行控制电缆一端固定在井道高度的中部，另一端悬挂在轿厢底部，其长度和自重也随电梯运行而发生转移，上述闼囟几轿厢和对重的平衡带来影响。尤其当电梯的提升高度超过30米时，两侧的平衡变化就变得不容忽视了，因而必须增设重量补偿装置来控制其变化。

重量补偿装置是悬挂在轿厢和对重的底面的补偿链条、补偿绳等。在电梯运行时，其长度的变化正好与曳引绳长度变化趋势相反，当轿厢位于最高层时，曳引绳大部分位于对重侧，而补偿链（绳）大部分位于轿厢侧；当轿厢位于最低层时，情况与上述正好相反，这样轿厢一侧和对重一侧就有了补偿的平衡作用。例如60米高建筑物内使用的电梯，使用6根Φ13㎜的钢丝绳，其中不可忽视的是绳的总重约360kg，随着轿厢和对重位置的变化，这个重量将不断地在曳引轮的两侧变化，其对电梯安全运行的影响是相当大。

6.5.2 对重装置

1、对重装置的作用主要有以下几个方面

（1）、可以相对平衡轿厢和部分电梯载荷重量，减少曳引机功率的损耗；当轿厢负载与对重牌ヅ涫保还可以减小钢丝绳与绳轮之间的曳引力，延长钢丝绳的寿命。

（2）、对重的存在保证了曳引绳与曳引轮槽的压力，保证了曳引力的产生。

（3）、由于曳引式电梯有对重装置，如果轿厢或对重撞在缓冲器上后，曳引绳对曳引轮的压力消失，电梯失去曳引条件，琶饬顺宥ナ鹿实姆⑸。

（4）、由于曳引式电梯设置了对重，使电梯的提升高度不同于强制式驱动电梯那样受到卷筒尺寸的限制和速度不稳定，因而提升高度也大大提高。

2、对重装置的种类及其结构

    对重装置一般分为无反绳轮式（曳引比为l:1诺缣荩┖陀蟹瓷轮式（曳引比非1:1的电梯）两类。不论是有反绳轮式还是无反绳轮式的对重装置，其结构组成是基本相同的。对重装置一般由对重架、对重块、导靴、缓冲器碰块、压块以及与轿厢相连的曳引绳和反绳轮组成，各部件安装位置示意见图6-28。

    对重哦嗍怯貌鄹值戎瞥桑其高度一般不宜超出轿厢高度，对重块由铸铁制造（也有部分电梯采用加重混凝土对重块），安装在对重架上后，要用压板压紧，以防运行中移位和振动并产生噪声。

    常见的对重块（陀块）规格见表6-9。

表6-9  常用对重架、对重块（砣块）规格

   注：对重砣块还有以重量为规格的，一般有50、75、100、125㎏等几种，分别适用于1000、2000、3000、5000㎏载重量的电梯。

6.5.3 重量补偿装置

1、重量补偿装置的种类

（1）、补偿链

    这种补偿装置以铁链为主体，为了减少电梯运行中铁链链环之间的碰撞噪音，常用麻绳穿在铁链环中。补偿链在电梯中通常采用一端悬挂在轿厢下面，另一端挂在对重装置的下>，其示意见图6-27。这种补偿装置的特点是结构简单，成本较低，但不适用于梯速超过1.75m/s的电梯使用。

（2）、补偿绳

    这种补偿装置以钢丝绳为主体，即将数根钢丝绳经过钢丝绳绳夹和挂绳架，一端悬挂在轿厢底梁上，另一端悬挂在对重架上。这种>偿装置的特点是电梯运行稳定、噪音小，故常用在电梯额定速度超过l.75m/s的电梯上；缺点是装置比较复杂，成本相对较高，并且除了补偿绳外，还需张紧装置等附件。张紧装置必须保证在电梯运行时，张紧轮能沿导向轨上下自由移动，并能张紧补偿绳。正常运行时，张紧轮处于垂直浮动状态，本身可以转动。

（3）、补偿缆

    补偿缆是一种新型的高密度的补偿装置，图6-29为补偿缆的截面（断面）图。补偿缆中间为低碳钢制成的环链，在链环周围装填金属颗粒以及聚乙烯等高分子材料的混合物，最外侧制成圆形塑料保护链套，要求链套具有防火、防氧化、耐磨性能较好的特点。这种补偿缆质量密度较高，最重的每米可达6kg，最大悬挂长度可达200米，运行噪音小，可适馗髦种小⒏咚俚缣莸牟钩プ爸谩

6.5.4 随行电缆与中间接线箱

1、随行电缆：

    随行电缆是电梯机房的电气器件与轿厢、井道及层门等处电气器件相连接的导线，它的一端安装在电梯正常提升高度的l／2加1.5～1.7m处的井道壁（电缆架）兀另一端安装在轿厢底部的电缆架上，也有的电缆直接从机房引至中间接线盒，电缆随轿厢的运行而升降。

2、中间接线箱：

    中间接线箱是将由机房引来的导线与到层楼分线箱和随行电缆连接的接线装置。中间接线箱安装在电梯正常运行高度的l／2加1.51.7m高的井道壁上。中间接线箱内设有压线的端子板，铁皮制成的接线箱应有良好的接地，其接地电阻不应大于4Ω。