住宅用高速汽車電梯的設計案例探析

劉杰

摘 要：目前，汽車電梯都是在載貨電梯的范疇內進行設計制造，速度低、舒適感較差、智能化程度不強，不能滿足第四代建筑概念中電梯運輸汽車直接入戶的目標。基于研發合作項目，西繼迅達電梯有限公司依據電梯標準、規范的要求，致力于解決重載平穩、高速舒適、智能便捷等方面的技術問題，設計完成了載重可達3 200 kg、速度2.5 m/s的住宅用高速汽車電梯，其得到了項目合作單位的認可并通過驗收。2019年通過了國家電梯質量監督檢驗中心的驗收，取得了整梯型式試驗證書。住宅用高速汽車電梯，作為智能建筑的配套設施，將具有廣闊的使用前景。

關鍵詞：第四代建筑;住宅高速汽車電梯;電梯制造

中圖分類號：TU857文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0088-03

Design Case Analysis of High-speed Automobile Elevator for Residential

LIU Jie

（Xiji Xunda Elevator Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： At present， automobile elevators are all designed and manufactured in the category of cargo elevators， they have low speed， poor comfort and low intelligence， which cannot meet the goal of elevator transportation vehicles entering the household in the fourth-generation architectural concept. Based on R & D cooperation projects， Xiji Xunda Elevator Co.， Ltd. was committed to solving the technical problems of stable heavy load， high speed comfort， intelligence and convenience in accordance with elevator standards and specifications， and designed a high-speed residential elevator with a load of up to 3 200 kg and a speed of 2.5 m/s， which had been approved by the project cooperation unit and passed the acceptance. In 2019， it passed the acceptance of the National Elevator Quality Supervision and Inspection Center and obtained the whole elevator type test certificate. Residential high-speed car elevators， as supporting facilities for intelligent buildings， will have broad use prospects.

Keywords： fourth-generation buildings;residential high-speed car elevators;elevator manufacturing

目前，汽車電梯的設計制造定位于滿足運輸汽車或物品，多用于汽車制造工廠或汽車4S店。載重一般不超3 000 kg，速度在0.5 m/s以下，速度低，舒適感較差，智能化程度不強。

近年，清華大學建筑設計院提出了第四代建筑的概念，其中“可將車開到空中家門口”的需求，意味著人們需要設計配合住宅使用的汽車電梯。如圖1所示，每層住戶都可以停車入戶，如平層花園洋房。隨著市場調研的信息反饋，適用于此類建筑的汽車電梯已有需求，因此，西繼迅達電梯有限公司把該類型汽車電梯的設計研發作為重要項目進行開展。

1 項目介紹

針對本公司和市場的共同需求，2018年西繼迅達電梯有限公司與天地建筑創新技術成都有限公司合作，研發適合第四代建筑的住宅用高速汽車電梯。其于2018年5月立項，2019年3月完成了樣梯的設計和安裝。而后，樣梯經過近2個月連續試運行及調試優化，于2019年5月27日通過了國家電梯質量監督檢驗中心的驗收，取得了整梯型式試驗證書，至此獲得了初步的進展。圖2為西繼迅達電梯有限公司依附試驗塔搭建的試驗樣梯。

2 項目特點及解決方案措施

該住宅用高速汽車電梯，設計載重為3 200 kg，梯速為2.5 m/s，同時車輛運行狀態能匹配響應小區對車輛的智能管理。因此，該梯要致力于解決重載平穩、高速舒適、智能便捷等方面的技術難題。電梯設計具有鮮明的特點，針對技術難題，西繼迅達電梯有限公司提供了解決方案。

2.1 結構承載強度大，平衡性要求高

依據《電梯制造與安裝安全規范》（GB 7588—2003）[1]的規定，載重3 200 kg的汽車電梯轎廂面積可達16 m2，這么大面積的電梯，其自身質量可達6 000 kg。同時，必須考慮電梯在緊急工況下的運行，如安全鉗動作、緩沖器動作，電梯部件尤其是作為轎廂承載體的轎架，設計強度必須足夠大，并要留有足夠的安全系數。

此外，該型汽車電梯的結構必須受力均衡，布局必須保證穩定：考慮到轎車外形尺寸，汽車電梯轎廂深度一般不小于6 m，如果伴隨著進車、出車等工況而出現轎廂前后俯仰，用戶將產生安全和穩定性方面的質疑，舒適感也會降低。

針對上述，動力方面，西繼迅達電梯有限公司采用了自主設計研發的WGT型大噸位的永磁同步曳引機，功率約為50 kW，結構采用臥式+無齒+輸出軸兩點支撐[2-3]，可以實現在125%額定載重時提供足夠的曳引力，能正常上、下運行;懸掛系統采用了16根鋼絲繩，2∶1單繞，采用頂吊方式，重心下置，目的是保證正常使用的前提下最大限度地提高承載穩定性;安全部件采用威特WSGB04漸進式安全鉗，復式結構，提供P+Q=9 500 kg的系統質量，滿足制動要求（見圖3）;導向系統布置了一大（T127）兩小（T89）3組對列導軌，盡最大可能限制轎廂深度方向出現俯仰角度而造成的進出車工況下的門區升降。

其中，轎架的設計是一個重點[4]。作為高速汽車電梯的骨架，轎架起著支撐固定轎廂及轎內裝載物品的關鍵作用。在該例中，整體結構方面采用的是前、中、后三列架體的設計，在轎廂深度方面提供足夠長的承載面，合理地分配轎廂對轎架的壓力;三列架體之間通過上、下橫梁緊緊固定，并利用特別設計的斜支撐、斜拉桿、加強角板等零件進行更深一步的加固和支撐，保證結構的穩定、平衡（見圖4）。設計過程中，重點校核了轎架上主要受力構件的強度和變形量，如上梁、下梁、立柱等。

2.2 舒適感要求較高

一般汽車梯的梯速只需要0.5 m/s，而本例中2.5 m/s的梯速已屬于高速梯范疇。在本例中，基于住宅汽車電梯的實際使用需求，有必要嚴格保證轎廂內乘用空間和井道外居住空間的舒適感，確保轎廂內振動（水平、垂直）、噪聲的控制高于國家規范要求（機房噪聲≤79 dB;轎廂內噪聲≤55 dB）、井道噪聲的傳遞隔離完好。

關于高速電梯的氣動和振動噪聲問題，各廠家早有各種解決方案提出，如運動系統增加整流罩、井道增加通風孔、增加隔振減振的阻尼單元、在控制中針對電梯啟停曲線進行調整優化，甚至是增加一些主動反應單元、主動減振的一些新技術。

在本例中，電梯NVH方面的設計除了結合部分上列技術外，以隔振方向為主進行減振降噪處理：在轎廂系統和轎架系統之間進行減振隔離，在轎廂轎架系統與鋼絲繩傳動系統之間進行減振隔離，在鋼絲繩傳動系統與曳引機動力部分之間進行減振隔離，在動力系統與機房土建單元之間進行減振隔離。另外，懸掛方案采用頂吊式轎架，盡量減少振動傳遞路徑和振動發生點，爭取將系統振動隔離在轎廂外;對電梯薄壁零件進行處理、封閉/減小狹小縫隙，用以調節部件或整體模態頻率。

在新梯型的初步設計中，這樣的振動問題解決思路主要考慮了結構問題，盡量避免產生后期無法更改的缺陷，是基于成本和時間的快速應對方案。后期需要結合建筑設計院，制定井道隔振方案，盡量將井道/機房內振動限制在井道/機房內;結合仿真分析，制定氣動噪聲的降低方案等。

2.3 智能化車輛引導系統設計

針對住宅用戶的汽車電梯有別于常規電梯：甲方在技術參數中提出了一系列人性化的智能車輛導流和控制要求。這個系統實質相當于在電梯呼梯控制系統基礎上融合了車庫行業的智能泊車系統，最終研發出一整套完善的人機交互系統，這是未來物聯網時代小區物聯系統的雛形。

例如，本例甲方合同中提出以下具體要求：車牌識別系統，要求能夠智能識別車主信息;中央車輛管理系統，根據識別車牌得到的車輛信息、車主單元、樓層信息等，要求電梯群控系統同時開始分配，并在上下班等忙時自動返基站候梯;收費管理系統，對車輛登記后計時收費，目前國內用戶都傾向于結合微信等端口的支付手段，因而其又根據有人值守、無人值守等，應用微信小程序、二維碼等技術手段，有多種開發解決思路;車輛引導系統，在等候區由信號燈控制車輛，適當分布減速帶，電梯前或入口處等布置智能道閘抬桿，輔助信號燈/語音等提示引導車輛行駛;車輛保護系統，保護車輛進出電梯，采用感應開關、光幕開關、語音/燈光報警等提示車主當時車輛位置，采用強制阻止的車輛止擋、軟接觸保護、車輪導正裝置等方式，提醒車主正確行駛車輛，并限制車主進行危險動作。

此外，由于汽車電梯面積過大，在住宅用途中，存在超員超載的風險。一般來說，前序引導流程中，有車牌識別、道閘阻擋、禁止標識等車輛引導程序，限定車輛運輸的唯一用途，且過濾掉商用汽車駛入電梯的可能。針對平層開門時上客超員、貨物超標帶來的意外超載帶來的溜車等風險，平層時夾軌器抱緊，關門啟動后，若夾軌器松開，繩頭稱重裝置檢測到超載，則安全回路斷開、報警開門。

3 結語

以上三個方面，即是西繼迅達電梯有限公司在該型電梯設計和項目開展期間的一些經驗總結，作為一個系統，基本滿足了合同項目的需求，將車輛與電梯兩個分屬水平和垂直方向的運輸工具進行友好銜接，實現了車輛能安全、便捷地進、出電梯，快速運達建筑物的指定高度和位置。當然，作為一種實現方案，此次初步的設計是存在很多缺陷的，但參與并實施一項新的梯型設計是值得驕傲的。住宅用高速汽車電梯作為未來建筑中不可或缺的一部分，也勢必將隨著建筑行業的不斷創新而出現新的生命力，變得更加智能、高速、舒適。

參考文獻：

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.電梯制造與安裝安全規范：GB 7588—2003[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.電梯技術條件：GB/T 10058—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.電梯試驗方法：GB/T 10059—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[4]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.電梯安裝驗收規范：GB/T 10060—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.