旧梯改造的曳引机选型及机架设计

1. 旧梯改造的背景

随着中国房地产市场迅猛发展，电梯的保有量大幅增长。随着时间的推移，许多老旧电梯超期服役，面临着设备老化、安全性能下降、运行效率低下，会频繁出现故障等问题，给居民生活带来极大不便。而进行旧梯改造，不仅可以提升电梯的安全性和可靠性，改善乘坐体验，还能提高建筑物的整体价值。根据中国电梯协会的数据也表明，目前全国存量电梯逐步进入替换周期，每年都有大量老旧的电梯需要更新改造，并且这个趋势将会持续下去。

电梯改造（MODERNIZATION），不是简单的维修，而是实现电梯的现代化或更新换代，具体包含：

● 要符合最新的安全标准，大大提高电梯的安全性和稳定性。例如增加上行超速保护功能和轿厢意外移动保护功能。

● 提高轿厢舒适感：新系统采用变频器驱动，减少电梯启动和停止时的冲击，使乘坐更加舒适。

● 噪声低：采用无齿轮曳引机，消除了齿轮箱噪声。采用变频驱动，降低了低速运行时的噪声。

● 节能环保：永磁同步无齿轮曳引机采用变频驱动，有更好的节能效果。且不使用齿轮箱润滑油，更加环保。

● 提高运行效率，提升建筑品质：通过电梯改造，提高了其可靠性，且采用群控等更先进的控制技术，大幅提高电梯的运行效率。

2. 改造设计的影响因素探讨

曳引机作为电梯的核心动力设备，直接影响着电梯的运行性能、安全性和舒适性。而机架则为曳引机提供稳定的支撑，确保其正常工作。因此，曳引机选型及机架改造设计，是旧梯改造的关键环节。

在曳引机选型及机架改造设计中，一般考虑如下3种主要影响因素：曳引机类型、悬挂比和曳引轮直径。

2.1曳引机类型

是否将有齿轮曳引机替换为无齿轮曳引机，需要根据其各自的特点，综合分析。

有齿轮曳引机的特点：

● 兼容性强：新的有齿轮曳引机与原电梯的许多部件兼容性较强，不需要进行大规模的机械、电气结构改造。

● 安装难度低：由于不需要对机房和井道等建筑结构进行大规模改造，改造过程中的施工安装成本可以得到有效控制。

● 可靠性低、维护工作量大：有齿轮曳引机由于存在齿轮箱等复杂的机械结构，传动系统容易出现故障，如齿轮磨损、断裂、啮合不良等问题，需要定期检查磨损情况、添加润滑油等，以确保其正常运转。

● 成本需要综合评估：有齿轮曳引机的价格通常较低，但是需要增加夹绳器才能满足上行超速保护和轿厢意外移动保护的要求。

夹绳器示意图

永磁同步无齿轮曳引机的特点：

● 能耗低：永磁同步无齿轮曳引机没有齿轮箱等中间传动环节，减少了能量传递过程中的损耗。相比传统的有齿轮驱动系统，在相同负载和运行条件下，能耗显著降低，可实现节能 30% - 45% 左右。

● 运行平稳：使用永磁同步无齿轮曳引机，需同时更换控制系统。该系统采用变频器驱动，通过编码器的位置信号实现矢量控制，故其转矩纹波小，转速平稳，能为电梯提供平稳的运行动力，减少了电梯在运行过程中的振动和颠簸，提高了乘坐的舒适性。同时，其动态响应快速准确，对负载变化的适应能力强，可确保电梯在不同负载情况下都能保持良好的速度曲线和平层精度。

● 噪音小：由于没有齿轮的啮合和高速旋转产生的噪音，以及电机本身的优化设计，永磁同步无齿轮曳引机运行时的噪音明显低于有齿轮曳引机。特别是在低速运行时，优势更为突出，为电梯营造了安静的运行环境，降低了对周围环境的噪音干扰。

● 体积小、重量轻：永磁同步无齿轮曳引机的结构紧凑，取消了齿轮箱，使得电机整体的体积和重量大幅减小。这对于电梯设备来说，不仅可以节省安装空间，还能减轻建筑的承重负担。

无齿轮永磁同步曳引机

2.2悬挂比

一般在电梯改造中，悬挂比均保持不变。从设计和安装角度看，不需要进行与悬挂比改变相关的复杂工作，减少了改造过程中的人力和物力投入，降低了改造成本。

● 建筑结构的影响：悬挂比不变，意味着电梯的整体布局和受力情况变化较小，机房结构可以基本维持不变，不需改变机房的承载能力、也不需要进行机房楼板开孔等相关改造。例如，在一些老旧建筑中，机房和井道的建筑结构本来就比较脆弱，重新开孔可能会需要切割机房楼板的钢筋，会产生很多不可控的安全风险。

● 改造成本低： 只需要更换曳引机和对应的机架，无需对现有机械结构进行重大调整，保持了电梯系统的原有机械布局。不需要更换与悬挂比相关的部件，如额外的导向轮、钢丝绳、轿厢架、对重架、绳头架等，能够直接节省这部分采购成本。

在某些特殊情况下，需要改变悬挂比，以1:1 悬挂改为 2:1 悬挂为例，需要考虑的因素如下：

● 建筑结构方面：在保证建筑结构安全的前提下，机房楼板面还要重新开孔，曳引机承重梁还要重新布置，用于安装轿厢和对重绳头架，并保证满足其载荷要求。

● 电梯设计方面：不仅在电梯机房要更换曳引机和对应的机架，机房内的机架设计还需要增加轿厢和对重绳头板，且电梯井道内还要在轿厢和对重处增加返绳轮。

● 采购成本：因为目前新梯市场多采用2:1悬挂的永磁同步无齿轮曳引机，故该类型的曳引机价格也比较低，可选的范围（载重、速度、曳引轮直径等）也较大。

● 钢丝绳寿命：返绳轮数量增加，将导致钢丝绳折弯增加，这将很大程度上影响钢丝绳的寿命。

● 井道顶层、底坑空间：在轿厢和对重处增加返绳轮，需要重新计算，保证充足的井道顶部、底坑空间，保证工作人员的人身安全。

● 安全风险：因为增加了返绳轮，会导致失效的安全风险增加，例如钢丝绳脱槽、轴承失效等。

● 噪音：在轿厢和对重处的返绳轮，因为是转动部件，会增加轿厢内的噪音；同时由于曳引机小型化，理论上可能会减少曳引机运转产生的噪音（如风噪、电磁噪音、机械振动等）。

1:1 悬挂方式示意图    

   2:1 悬挂方式示意图

2.3曳引轮直径

曳引轮直径保持不变，虽然也要更换曳引机和机架，但是可以基本保持原有机房布局。避免了因布局的调整，而导致钢丝绳与曳引轮、导向轮之间的不匹配。

在实际改造项目中，受下面因素影响，可能会改变曳引轮直径：

● 曳引力和钢丝绳寿命：曳引轮直径改变会影响曳引力和钢丝绳寿命。

● 机房布局调整：在一些改造项目中，由于设备的安装需求，需要调整电梯的布局。适当改变曳引轮直径可以在有限的空间内实现更好的安装和布局，使电梯系统更加紧凑。但是需要检查电梯机房的空间是否足够，确保曳引轮的安装位置、与周围结构的间隙以及维修保养所需的空间。如果机房空间有限，需要对机架方案进行重新设计，甚至选用非标曳引机。

● 曳引轮直径标准化：由于曳引轮直径没有统一的标准，导致改造电梯有多种曳引轮直径需求。通过选用主机厂家标准直径的曳引轮，可以降低采购成本和缩短供货周期。

2.4改变悬挂比或曳引轮直径，需要考虑如下共性问题：

● 曳引力计算：需要根据新标准GB/T 7588.2-2020的5.11中要求，重新计算曳引力，确保其能够满足电梯在各种工况下（装载、紧急制动、滞留等）的安全要求。如何提高曳引力，可以考虑做如下调整：

○ 调整整梯配置，来降低曳引轮两侧的拉力差，例如：增加轿厢重量、增加补偿装置等。

○ 调整机架设计，来增大包角，例如：最大曳引轮直径、增加压绳导向轮、增加曳引轮和导向轮的中心高等。

○ 调整曳引轮绳槽形状，来增大当量摩擦系数，例如：增大槽的下切口角度； U 型槽改为V型槽等。

● 钢丝绳安全系数：需要根据新标准GB/T 7588.2-2020的5.12的要求，重新计算钢丝绳安全系数Sf。如果钢丝绳安全系数不足，可以考虑调整曳引轮绳槽形、减少折弯的次数、避免反向折弯等。

● 动力系统匹配：需要对驱动电机的功率、转矩、转速等参数进行重新匹配，确保电机能够提供足够的动力来驱动电梯，同时避免过度设计造成浪费。

● 制动力矩匹配：在电梯改造中，制动力矩需要足够，但也不能过大，保证能够在各种工况下（如装载、紧急制动等）可靠的减速或使电梯停止，以确保乘客的安全，提高乘客舒适感。

3. 总结

本文是根据我们尼得科电梯部件对市场和改造的实践和经验的简单总结。通过对曳引机类型、悬挂比和曳引轮直径等影响因素进行了分析，有助于电梯改造的曳引机选型及机架设计。针对具体的改造项目，技术人员需与客户进行充分沟通，了解其项目预算、交付周期、建筑机房等具体情况后，向客户详细介绍各种方案的优缺点，最终的改造方案由客户决定。