超高速電梯發(fā)展中存在的問(wèn)題與研究方向

楊軍賽

摘 要：超高速電梯目前已經(jīng)成為現(xiàn)代高層建筑，尤其是超高層建筑中必不可少的公共交通工具，它的安全性、舒適性與節(jié)能特性已經(jīng)成為超高層建筑的重要指標(biāo)，因此，超高速電梯的研究受到廣泛的關(guān)注。文章根據(jù)現(xiàn)有研究以及調(diào)查，分析了目前超高速電梯在運(yùn)行中存在的一些問(wèn)題，并探討了超高速電梯未來(lái)的一些發(fā)展方向與研究方向。

關(guān)鍵詞：超高速電梯；發(fā)展問(wèn)題；研究方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.211

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層、超高層、摩天大廈以及地標(biāo)性建筑越來(lái)越多，在這些建筑中，電梯已經(jīng)成為不可或缺的公共交通工具，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于電梯的速度與容量的要求也越來(lái)越高，超高速電梯的市場(chǎng)也在逐步增加。

1 超高速電梯的概念

所謂的超高速電梯，顧名思義就是速度非?？斓碾娞荨Ｓ眠\(yùn)行速度的大小來(lái)將電梯進(jìn)行分類，1m/s以下的為低速電梯，1-2.5m/s速度內(nèi)的電梯為中速電梯，2.5-6m/s速度內(nèi)的電梯為高速電梯，大于6m/s的則為超高速電梯[1]。超過(guò)160層的迪拜塔電梯速度可以達(dá)到18m/s，可以算作世界最快的電梯之一。隨著摩天大樓的不斷增多，人們對(duì)于電梯運(yùn)行的速度有了更高的要求，所以需要更多的關(guān)注超高速電梯的發(fā)展。

2 超高速電梯發(fā)展中存在的問(wèn)題

2.1 安全性問(wèn)題

電梯的安全性問(wèn)題一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，近幾年來(lái)，隨著電梯使用數(shù)量的不斷增多與電梯使用頻率日益加大，電梯事故發(fā)生的頻率也越來(lái)越頻繁。電梯的安全性問(wèn)題貫穿于電梯的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及后期的維護(hù)管理等各個(gè)階段，影響電梯安全運(yùn)行的因素也非常多，因此，在普通的電梯中安全性問(wèn)題都是電梯使用中的一個(gè)棘手問(wèn)題。對(duì)于超高速電梯而言，其面對(duì)的安全性問(wèn)題更多。在技術(shù)上，超高速電梯具有很高的速度，如何保證電梯在啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)等操作過(guò)程中的技術(shù)安全，是超高速電梯必須要考慮的一個(gè)問(wèn)題。比如電梯中最重要的安全部件之一安全鉗，需要考慮在高速運(yùn)行下傳統(tǒng)的銅鋼制會(huì)因安全鉗楔塊和導(dǎo)軌的快速摩擦產(chǎn)生的高溫而熔化掉，導(dǎo)致安全鉗失效。

2.2 電梯的舒適性問(wèn)題

超高速電梯在井道高速運(yùn)行時(shí)轎廂與井道中空氣的摩擦而產(chǎn)生的噪音造成乘客的耳鳴，同時(shí)高速運(yùn)行的狀態(tài)下轎廂內(nèi)的氣壓也會(huì)發(fā)生劇烈變化，影響乘客舒適度。另外，還有可能因?yàn)樗俣冗^(guò)快而造成轎廂的縱向振動(dòng)和橫向擺動(dòng)，從而引起乘客的不適感。另外，乘客在超高速電梯中，失重和超重現(xiàn)象更加嚴(yán)重，這也是影響舒適感的一大問(wèn)題。超高速電梯的出現(xiàn)是為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，上述這些問(wèn)題都會(huì)影響人們對(duì)于電梯使用的滿意程度。

2.3 能源消耗問(wèn)題

隨著電梯使用越來(lái)越頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，電梯已經(jīng)成為用電量的重要“殺手”，其用電消耗量已經(jīng)和照明、供水相差無(wú)幾。因此，能源消耗問(wèn)題已經(jīng)成為電梯改進(jìn)的一個(gè)重要方向。隨著建筑物高度的不斷提升，超高速電梯自身的鋼絲繩及隨行線纜就重達(dá)數(shù)噸，要帶動(dòng)如此沉重的龐然大物無(wú)疑要消耗巨大的能量。因此，如何在設(shè)計(jì)時(shí)從根本上降低能耗是技術(shù)上需要解決的難題。

3 超高速電梯的研究方向

（1）新型材料的安全鉗。傳統(tǒng)的安全鉗所采用的是銅鋼材料，在高速運(yùn)行過(guò)程中其與導(dǎo)軌產(chǎn)生激烈摩擦而可能熔化，存在一定的安全隱患。技術(shù)上可以借鑒航天領(lǐng)域所使用的復(fù)合型陶瓷材料。但是要注意所使用的環(huán)境與航天不同，在與導(dǎo)軌劇烈摩擦?xí)r導(dǎo)軌產(chǎn)生的變形可能導(dǎo)致安全鉗與導(dǎo)軌發(fā)生碰撞，而陶瓷的防撞性較差，從而導(dǎo)致安全鉗失效。安全鉗材料，在工藝上需要研發(fā)出既具有陶瓷的耐熱性又具有鋼鐵類抗撞擊性能的復(fù)合材料，以保證超高速電梯的安全運(yùn)行。

（2）轎廂改進(jìn)。通常情況下，在封閉的井道內(nèi)超高速電梯以超過(guò)6m/s的速度運(yùn)行時(shí)會(huì)受到很大的空氣阻力，為了能夠提高超高速電梯系統(tǒng)的乘坐舒適程度，必須要對(duì)轎廂加以改進(jìn)。借鑒高鐵的形狀，可以在四方體轎廂的底部和頂部增加整流罩，其流線型的整流罩更符合空氣動(dòng)力學(xué)，減小高速運(yùn)行時(shí)轎廂與空氣的摩擦，有效地降低風(fēng)阻，以減小噪音和振動(dòng)。甚至可以考慮井道和轎廂都采用圓柱形，或者在圍壁和轎底加設(shè)吸音和隔音材料以降低噪音。因此，如何調(diào)整電梯轎廂內(nèi)的氣壓，消除超高速電梯轎廂內(nèi)乘客在升降過(guò)程中因耳壓造成的不適感，成為了超高速電梯轎廂改進(jìn)面臨的重要問(wèn)題。為了使乘客對(duì)超高速電梯能夠更多地了解，現(xiàn)在的超高速電梯往往將電梯的運(yùn)行速度顯示在轎廂內(nèi)部，這種做法既不會(huì)明顯增大成本，又可以使乘客在乘坐電梯時(shí)獲得安全感[2]。

（3）采用高速化大容量驅(qū)動(dòng)技術(shù)。目前高速化大容量驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要包括以下幾種：高功能MPU，雙逆變器系統(tǒng)，永久磁鐵式同步電動(dòng)機(jī)。超高速電梯通常在啟動(dòng)10s以內(nèi)達(dá)到全速運(yùn)行，大容量的永磁同步曳引機(jī)才能保證在重載情況下快速啟動(dòng)。另外，在電梯結(jié)構(gòu)和運(yùn)行性能方面還出現(xiàn)了一些其他的趨勢(shì)。超高速電梯的結(jié)構(gòu)正朝著精美方面邁進(jìn)，制造上采用先進(jìn)的制造工藝及控制技術(shù)，使得電梯的結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越堅(jiān)固與實(shí)用。雙層電梯、PLC控制電梯等都有結(jié)構(gòu)上的明顯改進(jìn)。電梯的運(yùn)行性能也在逐步的提高，目前的超高速電梯大都采用先進(jìn)的傳動(dòng)與控制技術(shù)，特別是在人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智能控制技術(shù)。通過(guò)采用這些先進(jìn)的控制技術(shù)，可以充分的保證超高速電梯在運(yùn)行的過(guò)程中保持安全可靠、快速平穩(wěn)的特性。

（4）環(huán)保節(jié)能電梯。電梯的電量消耗一直是一個(gè)重要的問(wèn)題，在普通電梯運(yùn)行的過(guò)程中，其電量的消耗非常大，隨著環(huán)保意識(shí)的提高，人們開(kāi)始探究電梯如何節(jié)能。它可以比傳統(tǒng)的曳引電梯節(jié)能一半以上，降低噪聲20dB左右。同時(shí)，應(yīng)該具有能量反饋功能，在電梯輕載上行或者重載下行的情況下將釋放出來(lái)的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能反饋到樓宇電網(wǎng)中去， 實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)最有效的節(jié)能。由于技術(shù)發(fā)展的限制，目前的環(huán)保節(jié)能電梯只使用在一些低速電梯場(chǎng)合，但是隨著技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，超高速的環(huán)保電梯也將指日可待[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

超高速電梯是人們未來(lái)生活的必然之選，它會(huì)逐步的成為日常生活和工作的主要交通方式之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及研究不斷創(chuàng)新，超高速電梯在安全性、舒適性、節(jié)能性等方面在不斷的進(jìn)步，而且新的研究方向、更新的技術(shù)仍然在研究之中，目前超高速電梯在運(yùn)行中存在的一些問(wèn)題都將被解決掉。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾俊峰.超高速電梯關(guān)鍵部件氣動(dòng)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].浙江：浙江大學(xué)，2014：1-2.

[2]曹軼，羅英男沈.關(guān)于超高速電梯的噪聲和振動(dòng)控制研究[J].企業(yè)文化（下半月），2012（02）：117.

[3]周志翔，劉劍.超高速電梯發(fā)展中存在的問(wèn)題與研究方向[J].控制工程，2003，10（S0）：2-3.