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摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，电梯轿厢和汽车的英文都是car，各个汽车企业对汽车轻量化设计可谓百花齐放，各领风骚，可是关于电梯或者电梯轿厢的轻量化设计却无声无息，以至于百度关键字搜索“轿厢轻量化设计”，只出现两篇电梯相关的文章，《电梯轿厢架轻量化的分析研究》和《轿厢轻量化设计的曳引条件》。为何会如此大相径庭，难道电梯的轻量化设计竟比汽车的轻量化设计还要高深莫测、困难重重吗？显然这是不可能的。
关键词：电梯轿厢架;优化设计;分析
引言
电梯专用自动平层保护装置，是一种基于UPS与电梯运行特点的应急供电装置（ALP）。可在市电掉电时为电梯系统提供短暂供电（3～5min），使电梯自动运行至平层区开门放人，实现电梯断电不困人。在本文中，笔者采用美国德州仪器（TI）C2000系列TMS28034作为主控芯片，完成ALP系统的电池充电与应急供电功能。本装置采用高频升压电源和高频逆变技术，实现36V电池组经控制电路升压到380V交流三相输出，为电梯系统提供稳定、高效的应急供电。相较于工频升压方案，可以实现更大的功率体积比和更高的效率，在需要大功率应急供电的场合有较大成本和性能优势。
1轿厢架有限元模型的建立
某电梯设计承载能力为1000kg。轿厢架结构主要包括上梁、下梁、立梁、上横梁、下横梁、拉杆等组件。其选材主要为各种不同型号的标准槽钢，部分组件也采用了方钢管（如下横梁等）及方钢（如拉杆）。本文探讨分析在结构优化设计中的应用方法，因此需要建立一个可以较真实反应应力、位移变化趋势的模型;而且为了进行优化计算，必须参数化建模，建模分析流程如图1所示。模型不宜太过复杂。根据文献介绍，以梁单元为主建立的简化有限元分析模型，其简化模型的均载强度和偏载强度均小于详细模型，但相差很小（在10%以内），因此简化模型的精度完全满足分析要求。轿厢架是四边封闭框架，属于静不定结构。但在一般情况下轿厢架有一定的塑性，梁与梁之间采用螺栓联接，在联接处存在微量的滑移性，因此在设计计算时可把轿厢按静定结构处理，使计算结果更偏向于安全。
圖1建模分析流程
2硬件系统
2.1高频升压电路
电路主要包括金属一氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）开关（S1，S2），串联谐振电路（Lr-Cr），整流电路（D1-D4）和输出滤波电容（CB），串联谐振电感Lr是来自于高频变压器的漏感。在开关频率固定的情况下，调节Cr和变压器漏感，使（Lr-Cr）谐振频率略低于MOSFET开关（S1，S2）开关频率，从而实现软开关。详细分析如下。开关管工作在固定的开关频率下且在S1和S2之间留有一定死区，合理设置LC谐振品质因数保证谐振电流处于不连续状态。在模式1，S1开通，在谐振半个周期之后，电池电流接近零点，此时关断S1;模式2中，S1和S2均关断，由于变压器励磁电流的续流，此时S1开关管上的结电容将被充电到2倍电池电压（电池电压+变压器电压），同时S2上的结电容被放电到0，此时S2存在零电压开通条件;在模式3，S2零电压开通，在电流谐振到零时S2关断;模式4，类似于模式2，此时S2开关管上的结电容将被充电到2倍电池电压，同时S1上的结电容被放电到0。从而实现S1和S2的软开关。
2.2高频升压电源谐振点控制
考虑到变压器漏感和谐振电容因为器件差异所带来的谐振点偏移将会导致不能完全实现软开关，软件通过采集MOSFET关断时刻的电流，反馈调节开关频率，实现控制关断电流低于所设定阀的方式，动态调节谐振频率，从而降低器件误差所带来的开关损耗。
2.3轿厢架优化前的刚度计算
对该电梯轿厢架的刚度计算，也主要考虑均载和偏载两种工况。在均载工况下，最大位移出现在轿厢架底梁中部纵梁部位，最大位移值为0.908515mm，最小位移出现在上梁，其余各零件的位移均较小。根据该电梯使用要求，通过Graph输出数据对各组件进行刚度校核，结果均满足设计要求。
3电梯轻量化设计探讨
根据上述要求，滞留工况最不利的情况是对重压在缓冲器上，空载轿厢在井道顶部，若此时此刻的T1/T2≥，则电梯的滞留工况可以满足。根据之前的分析，在电梯轻量化设计的前提下，是不能通过增加轿厢的重量来增大轿厢侧的拉力T1。考虑到轿厢的滞留工况比较特殊，只会出现在对重压在缓冲器上，曳引机向上方向旋转的时刻，所以若可以仅在此时增加轿厢侧的拉力T1或减少对重侧的拉力T2，就容易既能满足装载工况和紧急制停工况时T1/T2≤，又能满足滞留工况时T1/T2≥。为了达到此目的，在电梯系统里引入一组可以判断电梯是否处于滞留工况的逻辑电路，和通过滞留开关触发的、可以增加此时轿厢侧拉力T1或减少对重侧的拉力T2的制停组件。按照国家标准定义，滞留工况为当对重压在缓冲器上而曳引机按电梯上行方向旋转时，一般情况下可以通过对重缓冲器开关和曳引机编码器的状态判断电梯是否处于滞留工况。为了防范出现特殊情况，如底坑受潮对重缓冲器开关失效，或者有对重安全钳的电梯触发对重安全钳动作，使对重卡在半空，轿厢却还继续上行，可在井道顶部位置增设一个滞留位置开关，当轿厢向上运行至此危险位置时，同样将此状态判断为滞留工况，然后触发制停部件使轿厢安全制停。GB7588-2003第1号修改单第9.11.2条轿厢意外移动装置，要求能够检测到轿厢的意外移动，并应制停轿厢且使其保持停止状态。我们初步考虑选择使用可以作用于轿厢或钢丝绳上的轿厢意外移动保护装置的制停部件，也作为滞留工况时的制停部件，如夹绳器和夹轨器（安全钳）。以下介绍一种可以使轻量化设计的电梯也能满足滞留工况曳引要求的实施案例。当对重压在缓冲器上，触发缓冲器开关时，或者轿厢上行触发滞留位置开关时，若曳引机还按电梯上行方向旋转，则系统判断此时属于滞留工况，当即使制停部件作用在钢丝绳或导轨上，若此时曳引机与悬挂绳的曳引力太大使空载轿厢有向上提升的趋势，制停部件必定会产生向下的摩擦力F。制停部件按轿厢意外移动保护装置的要求生产，可同时用作轿厢意外移动装置，根据GB7588-2003第1号修改单第9.11.2条的要求，能制停轿厢且使其保持停止状态，所以此摩擦力F至少等于滞留工况前T1的拉力。此时轿厢侧T1"=T1+F=2T1，很容易就能满足钢丝绳曳引条件c），即轿厢滞留工况要求T1"/T2≥，不能提升空载轿厢。
结语
现在越来越多的电梯客户，都要求电梯厂家在设计的时候预留装修重量，在移交电梯之后再进行电梯轿厢的内部装修，装修的重量轻则一两百千克，重则七八百千克或以上。如果电梯在未装修时没有采取适当的保护措施，如在轿顶上放置相应的重物，那装修或改造期间电梯的运行状况就会实际上不满足滞留工况时T1/T2≥的要求，容易发生轿厢冲顶的意外。但是符合轻量化设计的电梯就可以最大程度上避免此类问题的发生，提升电梯在装修、改造时的安全系数。
参考文献
[1]陈家盛.电梯结构原理及安装维修[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范[S].
[3]GB/T10058-1997，电梯技术条件[S].
[4]GB/T10059-1997，电梯试验方法[S].
[5]李秧耕.电梯基本原理及安装维修全书[M].北京：机械工业出版社，2001.
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