摘要：爲了滿足建築市場的需求,自從九十年代以來,世界著名跨國電梯公司UBISHI等紛紛研製無機房電梯,並分別在1997年上海第二屆和1998年北京第三屆中國國際電梯設備及技術展覽會上先後推出無機房電梯實物展品或錄像介紹……
關鍵詞：無機房電梯關鍵技術電梯井道佈置
爲了滿足建築市場的需求,自從九十年代以來,世界著名跨國電梯公司UBISHI等紛紛研製無機房電梯,並分別在1997年上海第二屆和1998年北京第三屆中國國際電梯設備及技術展覽會上先後推出無機房電梯實物展品或錄像介紹.---無機房電梯是在建築市場激烈的成本競爭和電梯行業迅速的技術進步前提下部世的,它不是電梯無機房的簡單局部改進,而是電梯技術的一次意義深遠的多方面變革.這是因爲目前無機房電梯採用的一些關鍵技術,將會推廣應用到其他電梯產品上,進而帶動整個電梯行業的技術進步.下面根據目前國內外無機房電梯的發展動態和我們自己的開發體會,對無機房電梯的關鍵技術進行初步探討.
1.井道佈置
無機房電梯的首要難題是在不設機房的條件下,如何將轎廂、對重、驅動主機、控制櫃、限速器等關鍵部件佈置在一般電梯井道內。如果取消機房後，透過加大井道截面尺寸或者增加井道頂層高度來解決這一問題，那將得不償失。解決無機房井道佈置這個難題的主要途徑是巧妙利用井道空間、研製特殊電梯部件和開發新型驅動方式。
---1.1巧妙利用井道空間—
可以用做無機房曳引驅動電梯佈置驅動主機和控制櫃的井道部位有：
A)井道頂層空間。這一方案是採用專門設計製造的扁形盤式驅動主機使其能安放在井道頂層轎廂和井道壁之間，而把控制櫃與頂層層門裝成一體。其主要優點是驅動主機和限速器與有機房電梯受力工況相同以及控制櫃調試維修方便。其主要缺點是電梯額定載重量、額定速度和最大提升高度受驅動主機外形尺制約和緊急盤車操作複雜困難。
B）井道底坑空間。這一方案是將驅動主機安放在底坑內，而把控制櫃掛在靠近底坑的轎廂和井道壁之間。其最大優點是增加電梯額定載重量、額定速度和最大提升高度不受驅動主機外形尺寸限制和緊急盤車操作方便容易。其主要缺點是由於驅動主機和限速器受力工況與普通電梯不同，因此必須進行改進設計。
C）井道側壁開孔空間。這一方案是將驅動主機和控制安放在頂層井道側壁預留開孔之內。其最大優點是可以增加電梯額定載重量、額定速度和最大提升高度和能夠選配普通電梯使用的驅動主機和限速器，而且安裝維修和緊急盤車操作也較方便。其主要缺點是需要適當增加頂層預留開孔井道側壁的厚度和在井道壁開孔外側裝設檢修門。
——1.2研製特殊電梯部件—
無機房電梯取消機房後，爲了滿足不同井道佈置的需要，已經投入使用的主要特殊電梯部件有：
A）結構緊湊並可滿足不同工況的新型驅動主機；
B）具有較高靈活性、方便性和可靠性的控制櫃；
C）構造簡單且能減小寬度和高度外形尺寸的連體轎廂轎架；
D）爲了減小井道頂層高度而可以進行伸縮安裝的轎頂護欄；
E）符合GB7588規定和可以設在井道不同位置的新型限速器；
F）能夠裝在轎架樑上端或下端的單提位安全鉗系統；
G）既符合GB7588緩衝行程的規定又具有最小安裝尺寸的新型緩衝器；
H）簡單方便和安全可靠的緊急操作裝置。
——1.3開發新型驅動方式爲了解決無機房電梯井道佈置的困難——
已經開發問世的新型驅動方式主要有直線電機直接驅動轎廂或對重、摩擦傳動機構直接驅動轎廂以及鋼絲帶曳引驅動轎廂和對重。它們共同的思路是透過壓縮驅動主機尺寸或者簡化傳動機構環節來處理井道佈置問題，具體說明見後。
2.頂層高
無機房電梯取消高於建築物頂層的專用機房後，如何減小井道頂層高度是第二個難題。這是因爲當井道頂層超過建築物主體高度時，將使不設機房變得幾乎沒有意義。
2.1轎廂
規定“轎頂最高面積的水平面，與位於轎頂投影部分的井道頂最低部件的水平面之間的自由垂直距離應不小於1.0+0.035V2（m）。”和8.1.1規定“轎廂內部淨高度不得小於2m。"，因此在符合上述規定的前提下透過壓縮轎廂高度來減小井道頂層高度的唯一途徑就是選取最小轎廂內部淨高度和儘量減小吊頂所佔轎廂高度空間。
2.2轎頂護欄---
C）規定“井道頂的最低部件與固定在轎廂頂上的設備的最高部件之間的自由距離，應不小於0.3+0.035V2（m）。”，當轎廂頂部裝有安全護欄時，絕大多數情況下轎頂護欄將是轎廂頂上的最高部件和成爲決定頂層高度的關鍵因素。由於設定轎頂護欄的目的是爲了安裝或檢修電梯時防止操作人員墜入井道，而電梯正常執行時轎頂不允許站人，因此可把轎頂護欄設計成插接式，當進行安裝檢修操作時把活動部分提高到安全高度並銷接，而在開始正常執行前再將活動部分退回到較低位置。
2.3井道頂最低部件
B）和C）規定說明井道頂層高度與井道頂最低部件有關。井道部件通常是指安裝檢修吊鉤、懸掛裝置承重樑和鋼絲繩固定裝置等，爲了減小井道頂層高度，應當把井道頂部件安放在井道頂層轎廂與井道壁之間。
2.4極限開關–
GB758810.5.1規定“電梯應設有極限開關，並應設定在儘可能接近端站時起作用而無誤動作危險的位置上，極限開關應在轎廂或對重接觸緩衝器之間起作用，並在緩衝器被壓縮期間保持其動作狀態。”，而又規定確定曳引驅動電梯頂部間距的前提是當對重完全壓在它的緩衝器上，因此極限開關的安裝位置與轎廂在頂層時對重與緩衝器的安裝距離有關，所以應該在條件允許情況下減小頂層極限開關起作用的安裝距離，以便減小轎廂位於頂層時對重與緩衝器的安裝距離，最終達到減小井道頂層高度的目的。
2.5對重
爲了對重利用井道截面，無機房電梯通常將對重與驅動主機佈置在轎廂與井道壁的同側空間之內。當電梯額定載重量較小和相應的井道截面尺寸有限時，常常透過增加對重高度來壓縮其需要佔據的井道垂直方向投影面積，這樣會出現對重而不是轎廂決定頂層高度的情況。解決這一問題的方法有二：其一與前頂層極限開關理由相同而減小底層極限開關的起作用安裝距離；其二在不改變對重與緩衝器安裝距離的條件下降低對重緩衝器的安裝高度。
3.連體轎廂轎架
由於把轎廂轎架做成一體，不僅能夠壓縮外部尺寸，而且可以簡化轎廂轎架的結構，所以連體轎廂轎架是無機房電梯應該採用的一項先進技術。
3.1立樑嵌接轎壁爲了壓縮轎架的外部尺寸，便於無機房電梯的井道佈置；把轎架立樑與轎廂轎壁嵌接的設計優點有三：其一可使轎架導軌方向尺寸減小100mm以上；其二立樑與轎壁嵌接後剛度互補和強度提高；其三型鋼立樑的槽形空間可以安放轎廂操縱盤和開設轎廂自然通風孔。
3.2上樑拼成轎頂—
連體轎廂轎架把型鋼上樑與幾塊成型鋼板組成拼裝轎頂的好處如下：一是可以減小轎廂轎架的高度尺寸；二是上樑與轎頂拼成一體後剛度互補和結構簡化；二是型鋼上樑的槽形空間可以安放軸流風機和用作線槽進行佈線。
3.3可裝壓重轎底—
把轎廂內外轎底做成一體後放在曳引懸掛橫樑上是連體轎廂轎架的另一個特點，好處有三：其一壓縮了轎底的高度尺寸；其二簡化了結構和減輕了重量；其三內外轎底合一後剛度增大和強度提高，便於裝設壓重。無機房電梯爲了選配小型驅動主機，通常採用2：1曳引驅動，這在某些特殊情況下可能發生轎廂無法下行而曳引繩打滑，因此在轎底裝設壓重是解決這一問題的有力措施。
3.4萬向緩衝靴–
由於轎廂和轎架做成一體後在它們中間取消了減振裝置，因此裝在連體轎廂轎架上的導靴應該選用具有多個方向緩衝作用的產品。目前多數轎廂導靴在導軌軌頂方向裝有預緊力可調的彈簧，而在導軌軌側方向只設減振橡膠墊。對於連體轎廂轎架來說，爲了彌補取消的減振裝置，應該選用至少在轎廂導軌軌頂和軌側三個方向具有預緊力可調的導靴，以加大對轎廂的'減振作用。如果選用萬同緩衝導靴可能減振效果更好，這在目前電梯配件產品中可以選配到的。
3.5曳引懸掛橫樑—
採用2：1曳引的連體轎廂轎架，一般透過減振橡膠墊將其安放在懸掛橫樑上，這樣驅動主機即可透過繞過裝在懸掛橫樑上二個返繩輪的鋼絲繩驅動轎廂沿着導軌上下運動。爲了防止減振裝置在轎廂超載或衝頂墩底時，不被壓壞或者錯位，應該在連體轎廂轎架和懸掛橫樑之間設定限位和防跳螺栓。另外爲了減緩轎廂執行時的垂直和水平振動，減振橡膠墊應該具有穩定的工作剛度和較長的使用壽命。
4.驅動方式
開發各種新型驅動方式是無機房電梯的一個重要發展方向。普通電梯由於能把驅動主機安放在具有足夠空間的機房內，因此通常採用1：1鋼絲繩曳引驅動。對於無機房電梯來說，如不採用新的驅動方式，是很難解決井道佈置這一難題的，因此出現下述各種新型驅動方式。
4.1鋼絲繩曳引驅動--這種驅動方式與傳統鋼絲繩曳引驅動有二大變化；一是採用2：1曳引比，使曳引驅動轉矩減小一倍和曳引輪轉速提高一倍後來壓縮驅動主機外形尺寸；二是研製扁形盤式同步無齒驅動主機，以便能夠安放在井道上端轎廂和井道壁之間。
4.2鋼絲帶曳引驅動--這種驅動方式的重大改進是採用扁形鋼絲帶代替園形鋼絲繩，這樣在同樣繩經比條件下，大大減小了曳引輪直徑，再加上採用2：1曳引比，使曳引驅動轉矩進一步減小和曳引輪轉速更加提高，因此大大壓縮了驅動主機外形尺寸，以致可以容易地將其安放在井道頂層轎廂和井道壁之間。
4.3直線電機驅動--這種驅動方式可以不要對重，將永久磁鐵直接安裝在轎廂上而把線圈固定在對應側的井道壁上，透過組成的直線電機直接驅動轎廂上下運動。另外也可將線圈安裝在對重上而把永久磁鐵固定在對應側的井道壁上，透過組成的直線電機間接驅動轎廂上處運動。
4.4磨擦輪驅動--這種驅動方式是把帶有磨擦輪的驅動主機直接安裝在轎廂底部，使其與特製的轎廂導軌接觸並藉助壓輪施加一定的正壓力，這樣透過驅動主機帶動磨擦輪旋轉時產生的磨擦力來驅動轎廂沿着導軌上下運動。
上述四種驅動方式是爲了解決無機房電梯的井道佈置而先後出現的，各有優缺點，均待改進完善，究竟哪種方式能脫穎而出還要透過市場競爭和長期使用進行檢驗。
5.控制系統
由於無機房電梯不設機房，因此它的控制系統和普通電梯相比具有更高的靈活性、方便性和可靠性。
5.1靈活性--爲了便於電氣佈線，無機房電梯的控制櫃通常安放在靠近驅動主機的位置，主要有三種形式：其一當驅動主機安裝在井道底坑內時，控制櫃放在頂層並與層門做成連體型；其二當驅動主機安裝在井道底坑內時，控制櫃放在井道底層轎廂與井道壁之間並做成壁掛型；其三當驅動主機安裝在井道壁開孔空間內時，控制櫃放在同一開孔並做成輕便型。
5.2方便性--無機房電梯控制系統的方便性主要是指下述幾個方面：第一電氣設備的選型與安裝應有利於井道內動力電路、安全電路、照明電路和控制電路的井道佈線；第二控制框外形應能滿足連體型、壁掛型和輕便型的特殊尺寸要求；第三控制櫃的設計應能適應連體型、壁掛型和輕便型的特殊安裝要求；第四不管控制櫃放在什麼位置和採用哪種形式都能進行檢修操作。
5.3可靠性--無機房電梯的井道佈置比普通電梯緊湊得多，這增加了控制系統的檢修難度，因此應該具有更高的可靠性。設計中應特別注意下述問題：一是控制系統選用的電氣設備和元器件應該具有較長的使用壽命和較高的工作可靠性，以便減少檢修工作量；二是放在井道附近的控制櫃容易和電氣線路產生干擾，因此在控制系統設計中應採取更加得力的軟件和硬件抗干擾措施；三是應該採用串行通訊先進技術，以便減少井道電纜和導線的數量以及提高信號交換的可靠性。
6.緊急操作
GB758812.5.1規定“如果向上移動額定載重量的轎廂，所需的操作力不大於400N，電梯驅動主機應裝設手動緊急操作裝置，以便借用平滑的盤車手輪將轎廂移動到一個層站。”，無機房電梯由於井道佈置困難，一般不採用應急備用電源進行緊急操作，因此如何裝設手動緊急操作裝置也是無機房電梯一大難題。具體難度有三：其一緊急操作裝置如何簡單方便地與驅動主機接合或脫開；其二操作人員站在何處緊急盤車操作；其三如何檢查轎廂是否進入開鎖門區。
6.1頂層井道外盤車--當把驅動主機安放在井道頂層內時，在頂層層門處開洞，操作人員站在頂層層門外透過專用機構開啟驅動主機制動器，然後利用轎廂和對重的重量差驅動轎廂運動，同時透過層門洞口觀察轎廂是否進入開鎖門區。這一方法的主要問題是當轎廂和對重接近到平衡載荷時，不能確保轎廂產生運動。另外利用制動器控制轎廂運動的操作也不夠安全。
6.2底坑井道內盤車--當把驅動主機安放在井道底坑內時，操作人員進入底坑進行盤車操作與在機房操作一樣簡單方便，但問題是當停車故障正好發生在轎廂處於底層開鎖區上方時，操作人員無法進入底坑。如能在底坑處裝設檢修門，則此問題可迎刃而解。
6.3井道壁外平臺盤車--當把驅動主機安放在井道壁開孔空間內時，操作人員可以開啟檢修門站在平臺上，進行盤車操作。這一方法的問題是當檢修門能裝在建築物內側時，操作人員可藉助臨時平臺進行操作，但如果檢修門必須裝在建築物外側時，則需要在建築物外面設定爬梯和簡易懸臂平臺。
7.通風照明
無機房電梯不設機房後如何處理井道通風、機房通風和機房照明是容易忽略的問題。
7.1井道通風--GB75885.2.3規定“在井道頂部應設定通風孔，其面積不得小於井道水平斷面面積的1％。通風孔可直接通向室外，或經機房或滑輪間通向室外。”，有機房電梯的井道頂部通常設有電纜導線、曳引鋼絲繩、限速器繩等開口，其總合面積一般可達到1％井道斷面面積的通風要求，因此無需開設專用通風孔。對於無機房電梯來說，取消機房後應該在井道頂部開設專用通風孔，否則將不符合GB7588規定，另外也會增大電梯的執行噪聲。
7.2機房通風--GB75886.3.5規定“機房必須＝通風，以保護電動機、設備以及電纜等，使它們儘可能地不受灰塵、有害氣體和潮氣的損害。”和規定“機房內的環境溫度應保持在5-40度之間。”，對於無機房曳引驅動電梯來說，驅動主機通常採用頂層內上置、底坑內下置和井道壁開孔內側置，可以把井道看作機房，因此只要設計中考慮了井道通風。即可滿足GB7588對機房提出的通風和溫度要求。
7.3機房照明--GB75886.3.6規定“機房應設有固定式電氣照明，地板表面上的照度應不小於200LX。照明電源應符合13.6.1的要求。在機房內靠近入口的適當高度處應設有一個開關，以便進入時能控制機房照明。機房內應設定一個或多個電源插座。”的主要目的是爲電梯在機房內進行安裝、調試、維修和緊急盤車操作提供足夠的照明。對於無機房電梯來說，應該根據驅動主機和控制櫃的安裝位置參照上述規定設計照明電源、電源開關和電源插座，以保證驅動主機、控制櫃、限速器等部件能在足夠條件下進行安裝、調試、維修和緊急盤車操作。
8.主要參數
由於無機房電梯不設機房，所以額定載重量、額定速度和最大提升高度三個主要參數受到了井道佈置的制約。
8.1額定載重量--曳引驅動無機房電梯的關鍵技術之一是如何壓縮驅動主機的外形尺寸，以便解決井道佈置的困難。曳引轉矩是決定驅動主機尺寸的主要因素之一，而它直接與載重量和曳引輪直徑有關。GB75889.1.1和9.2.2分別規定了曳引鋼絲繩的公稱直徑不小於8mm和曳引輪的節園直徑與鋼絲繩的公稱直徑之比不於40。在滿足上述規定和載重量相同的前提下，減小曳引轉矩的方法有三：其一採用2：1曳引比，使鋼絲繩拉力減小一半；其二8mm鋼絲繩曳引驅動，使曳引輪節園直徑減到320mm；其三採用鋼絲帶曳引驅動，使曳引輪直徑減到更小。
8.2額定速度--無機房電梯額定速度的大小是決定驅動主機外形尺寸的另一個重要因素。提高電梯執行的額定速度必然加大電動機和減速器的驅動功率，毫無疑問將導致驅動主機外形尺寸的增大，同樣會帶來井道佈置的困難。另外提高額定速度後還會給無機房電梯帶來如何降低振動和噪聲的新問題。
8.3最大提升高度--制約無機房電梯井道佈置的另一個主要參數是最大提升高度。它的影響主要反映在二個方面：一個方面是增加電梯提升高度會加大轎廂懸鋼絲繩、隨行電纜和平衡補償鏈的重量，故使曳引轉矩隨之增加，最終導致驅動主機外形尺寸加大和井道佈置困難；另一個方面是無機房電梯的驅動主機、懸掛繩頭、返繩滑輪、限速器等部件常常安裝在與井道內壁固接的轎廂導軌、對重導軌或承重樑上，因此增加電梯提升高度，也會加大導軌、承重樑和井道內壁的支承力。綜上所述，額定載重量、額定速度和最大提升高度既是限制無機房電梯使用的約束條件，也是促進電梯技術的發展動力。目前投放市場的無機房電梯三個主要參數大多在1000kg、1.0m/s和40m以下，今後隨着各種新技術的出現和發展，三個主要參數肯定會逐步增大。