无齿轮曳引驱动有机房高速载货电梯开发中的3个难点及其对策

作者：郭勇（日立电梯(中国)有限公司） ｜ 《中国电梯》2025年第10期

近年来，鉴于土地资源日渐紧张，上海、广州、深圳等发达一二线城市为提高工业土地的利用效率，纷纷出台了“工业上楼”政策。工厂往高楼层、工业园往高容积率方向发展，甚至有些工业建筑高度达150m以上，对高速载货电梯的需求快速增长。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

为此，各电梯制造商纷纷研发标准型或非标准型高速载货电梯产品。在本文中，笔者结合自身的高速载货电梯开发经验，讨论额定载重量Q=3000kg、额定速度v=2.50m/s的无齿轮曳引驱动有机房高速载货电梯开发中的3个难点与对策，与同行探讨。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

1 曳引比的选择

曳引比是电梯开发的关键点，它直接关系整梯的性能、成本及开发周期。曳引比影响驱动主机的轴载、曳引轮绳槽线速度与绕绳方式(单绕/复绕)、制动器的制动力矩等。在性能方面，影响驱动主机的振动与噪声、轿厢反绳轮的速度，进而影响轿厢的噪声；在成本方面，影响了驱动主机、制动器与整梯的成本。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

高速载货电梯的曳引比一般从2:1、3:1、4:1中进行选择。3种曳引比的电梯悬挂方式如图1所示。不同曳引比对驱动主机、制动器的性能、成本及开发周期等方面的影响对比如表1所示。由表1可知，曳引比为2:1时曳引轮绳槽线速度最低，驱动主机、制动器性能最好，但成本最高、开发周期最长；曳引比为3:1时驱动主机、制动器性能适中，成本低、开发周期短；曳引比为4:1时曳引轮绳槽线速度最高，驱动主机、制动器性能最差，成本低、开发周期短。因此，从驱动主机、制动器的角度来看，曳引比选择3:1时最佳。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

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除驱动主机、制动器外，不同曳引比对轿厢滑轮的速度、数量、受力，轿厢的噪声等整梯的配置、性能与成本有影响，具体影响如表2所示。由表2可知，轿厢的噪声随着曳引比的增加而增加，整梯配置的成本也随着曳引比的增加而增加，可见，曳引比为2:1时最佳。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

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综合表1～表2可知：曳引比为4:1的电梯性能最差，轿厢噪声难以达到产品质量要求，因此首先将曳引比为4:1排除。曳引比为2:1时电梯性能最好，这种曳引比普遍应用于乘客电梯，但成本较曳引比为3:1的电梯高(“驱动主机+制动器”的成本之差显著高于“钢丝绳+滑轮”的成本之差)。考虑载货电梯的噪声要求低于乘客电梯，曳引比为3:1的电梯如采取降噪措施也能接近或达到曳引比为2:1的电梯性能，且曳引比为3:1的电梯的开发周期更短，因此最终选择的曳引比为3:1。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

2 轿厢振动与噪声的抑制

常见的载货电梯的额定速度在1.00m/s以内，运行速度较低，通常没有振动与噪声的问题。但额定速度由1.00m/s提升至2.50m/s后，轿厢的振动与噪声会明显增大，乘客的舒适感体验明显变差。因此，需要采取合适的对策降低轿厢的振动与噪声。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11270.html

2.1 轿厢振动的抑制

2.1.1 避免轿厢与曳引轮共振

理论上，当轿厢的固有频率fc与曳引轮转动频率ft相等或相近时，轿厢与曳引轮会产生共振。高速载货电梯的提升高度大，轿厢固有频率fc随钢丝绳长度变化而变化，fc与ft有可能相等或相近。当fc∈[0.9ft，1.1ft]时，存在轿厢与曳引轮共振的风险。

曳引比为3:1的电梯的钢丝绳刚度如图2所示，单根钢丝绳的刚度

式中：E为钢丝绳的弹性模量，A为钢丝绳的截面积，L为钢丝绳的长度。

提升轿厢的钢丝绳总刚度

式中：K1、K2、K3分别为图2所示3段

钢丝绳的刚度，且K1=K2=K3=nKr(其中n为钢丝绳的根数)；K4为钢丝绳绳头弹簧的刚度。

轿厢的固有频率

式中：mc为轿厢质量。

曳引轮的转动频率

式中：r为曳引比，ve为电梯运行速度，D为曳引轮直径。

通过改变轿厢的固有频率fc，使fc∉[0.9ft，1.1ft]，可以消除轿厢与曳引轮共振的风险。

由以上计算公式可知，避免轿厢与曳引轮共振的方法如下：1)改变钢丝绳的直径d，从而改变钢丝绳的截面积A。2)选用不同结构的钢丝绳，或选用不同绳芯类型(如NF、SF、IWRC、CSC等)的钢丝绳，从而改变钢丝绳的弹性模量E。3)改变钢丝绳的根数n。4)增加轿厢配重块，改变轿厢质量mc。

2.1.2 正确对导靴进行选型与减振设计

普通载货电梯由于速度低，导靴通常采用无减振设计的滑动导靴。当载货电梯运行速度达到2.50m/s后，振动会明显加剧，此时需要对导靴进行选型与减振设计。常见的3种电梯导靴的结构如图3所示，指标如表3所示。由表3可知：滑动导靴减振性能低，不能满足高速载货电梯的需求；滚动导靴减振性能好，但强度低，成本高(如要达到滑动导靴同等的强度，成本将会大幅度增加)；而带减振设计的滑动导靴，强度高、减振性能好，通过设置合适的橡胶与弹簧可以满足高速载货电梯的要求。

选定带减振设计的滑动导靴后，需要对减振橡胶刚度Kjy与减振弹簧刚度Kh进行设计计算。振动传递率

式中：ζ为阻尼比，f为电梯的激励频率，fcg为电梯轿厢隔振系统的固有频率。

当f/fcg＞√2 时，T＜1，隔振生效。根据《机械设计手册》第4卷第18篇第5章“振动的控制”表18-5-1[1]，若f/fcg∈[3，5]，则能够实现最佳的隔振效果。据此，可求出fcg的范围。

轿厢前后方向、轿厢左右方向导靴的刚度Kd1、Kd2的范围根据以下公式计算：

Kjy、Kh通过以下方程计算：

式中：Kjj为减振橡胶剪切刚度，一般取值范围为Kjy的10%～15%。

2.1.3 在轿顶反绳轮与轿架上横梁之间增设减振橡胶

为了降低反绳轮向轿厢传递的振动，在轿顶反绳轮与轿架上横梁之间增设减振橡胶(见图4)。减振橡胶刚度的计算方法同本文第2.1.2节，在此不再赘述。

采取第2.1.1节～第2.1.3节的对策，可使高速载货电梯的振动达到GB/T 10058—2023《电梯技术条件》中第4.3.5条“乘客电梯”的振动要求：乘客电梯轿厢运行在恒加速区域内的垂直振动的最大振动峰峰值不应大于0.30m/s2，A95振动峰峰值不应大于0.20m/s2。乘客电梯轿厢运行期间的水平振动的最大峰峰值不应大于0.20m/s2，A95振动峰峰值不应大于0.15m/s2。

2.2 轿厢噪声的抑制

轿厢噪声主要来源于轿顶反绳轮。对于曳引比为2:1的电梯，轿顶反绳轮绳槽线速度低(2.50m/s)，此时轿厢噪声可以接受。对于曳引比为3:1的电梯，轿顶反绳轮绳槽线速度达到5.00m/s，轿厢噪声会偏大。可以采取以下对策(也适用于曳引比为4:1的电梯)：1)轿顶反绳轮轴承选用低噪声轴承；2)适当增加轿顶反绳轮直径，降低轿顶反绳轮转速；3)增设轿顶反绳轮防护罩与隔声棉(见图5)。

3 装卸载时轿厢下沉或上升的抑制

高速载货电梯的提升高度越大，钢丝绳的长度越长，钢丝绳的总刚度Kz就越小。货物装入轿厢时，轿厢的下沉量就越大，从而导致运输车倾斜(见图6)，车上货物会出现掉落、损坏。甚至，因为轿厢下沉量过大，使得门球脱离门刀、轿厢脱离平层区，从而触发轿厢意外移动保护(UCMP)装置动作。货物卸离轿厢时，则轿厢上升，也产生类似的问题。因此，需要考虑装卸载时轿厢下沉或上升所带来的风险。

首先，要对在装卸载时钢丝绳最大伸长量ΔL进行计算。当轿厢在底层，且按最大许用单次进出载重量Qd装卸货物时，钢丝绳的伸长情况最为恶劣。最大伸长量

当计算出的ΔL过大，导致上述风险时，可采取以下对策：1)增加钢丝绳的根数n。2)增大钢丝绳的直径d。3)选用弹性模量E更大的钢丝绳。当以上对策仍难以满足客户的需求(如运输易碎品、珍贵物品)时，还可采用电磁式夹轨器来抑制轿厢的下沉或上升。当电磁式夹轨器通电时夹紧导轨，断电时松开导轨。电磁式夹轨器成对安装于轿架上部或轿底(也可同时安装于轿架上部与轿底)，安装位置如图7所示。

4 结语

在本文中，笔者针对额定载重量为3000kg，额定速度为2.50m/s的无齿轮曳引驱动有机房高速载货电梯的开发，讨论了曳引比的选择、轿厢振动与噪声的抑制、装卸载时轿厢下沉或上升的抑制3个难点及其对策。若电梯额定速度降低至2.00m/s或增加至3.00m/s，虽然所选择的曳引比可能有所不同，但本文提出的开发思路与解决办法，也是适用的。

[参考文献]

[1] 成大先.机械设计手册[M]. 5版. 北京：化学工业出版社，2008：18-69.