Архангельский Г. Г., к. т. н., проф.
МГСУ, кафедра "Строительные и подъемно-транспортные машины"
г. Москва

Ссылка на первоисточник: Персональная страница Г. Г. Архангельского, канд.техн.наук, профессора кафедры "Строительные и подъемно-транспортные машины" МГСУ, г. Москва.: http://www.uran.ru/reports/usspe_c_2003/thesesofreports/t186.htm

         Основные производители лифтовой продукции уже достаточно давно вышли на трансконтинентальный уровень. Конкуренция между ними играет положительную роль в деле дальнейшего совершенствования конструкций и повышения качества лифтовой продукции.

         Для объективной оценки качественных показателей разработаны международные стандарты качества и сертификации соответствующих предприятий. Большое внимание уделяется совершенствованию средств безопасности лифтового оборудования. Эти вопросы в законодательном порядке отражены в требованиях Правил устройства и безопасной эксплуатации лифтов ПУБЭЛ (Россия) и в аналогичных международных документах EN81.1 и EN81.2.

         Характерной чертой развития лифтовой отрасли за рубежом является непрерывное совершенствование технологических процессов изготовления узлов лифтового оборудования. Широко применяется гибочное оборудование для изготовления профильных элементов, автоматизированные комплексы для раскроя металла и окраски изделий и т.п. Успешно эксплуатируются полностью роботизированные технологические линии. В мировой практике широко распространена специализация и кооперация производства. Более совершенная технологическая база и оптимизированная система организации труда становится гарантом качества производства лифтов.

    Рис. 1. Внешний вид лифтов, установленных на высотном здании Рис. 2. Безредукторная лебедка EcoDisc

         Современная производственная база позволяет оперативно реагировать на непрерывно изменяющиеся требования рынка. Высокоэффективная технология и современные научно-технические достижения служат хорошей основой дальнейшего совершенствования конструкции электрических и гидравлических лифтов.

         Лидирующую роль в развитии лифтовой отрасли продолжают играть фирмы Отис, Тиссен, Шиндлер, Коне и др. Успешно развивается лифтовая промышленность в развивающихся странах различных районов мира. Исключение пока составляют Россия и страны СНГ в связи с неблагоприятными экономическими условиями, сложившимися в результате коренной ломки старой экономической системы и разрушением исторически сложившихся связей между промышленными предприятиями бывшего СССР.

         Несмотря на тяжелое экономическое положение и низкий платежеспособный спрос на лифтовую продукцию, в России начался подъем лифтовой отрасли в условиях серьёзной конкуренции со стороны западных фирм на отечественном рынке лифтовой продукции. Медленно, но идет переоснащение производственной базы. Повышаются качественные показатели лифтовой продукции. Появление небольших российских предприятий, работающих совместно с ведущими европейскими фирмами, способствует освоению новых технологий и повышению качественных показателей лифтов. Существенный вклад в дело возрождения отечественного лифтостроения вносят научные коллективы страны.

         Многие фирмы, включая зарубежные, успешно занимаются модернизацией существующего лифтового оборудования. Объем работ по модернизации в ряде случаев существенно превышает объем продаж новых лифтов. В период временных экономических трудностей производственная деятельность по модернизации оказывается достаточно эффективной как для отечественных, так и для зарубежных фирм.

         В экономически более благополучных странах Европы, Америки и Юго-восточной Азии пока сложилась благоприятная обстановка для дальнейшего прогресса в области лифтостроения. Большое внимание уделяется вопросам экономии полезного объема зданий при размещении лифтового оборудования. Особенно остро эта проблема стоит для высотных зданий башенного типа с относительно небольшими размерами в плане. На американском континенте и в Юго-восточной Азии проблему успешно решили за счет размещения скоростных лифтов в вертикальных углублениях наружных стен здания. При этом доля полезного объема высотных зданий увеличивается на 20 - 30 %. Архитектоника высотных зданий стала органично сочетаться с решением задач вертикального транспорта и разработкой дизайна кабин лифтов.

         Наружное размещение лифтов привело к пересмотру традиционных представлений о конструкции купе кабин лифтов. Появились остекленные обзорные кабины различной конфигурации. В настоящее время обзорные кабины стали широко применяться даже в лифтах малоэтажных зданий. Естественное стремление владельцев зданий к экономии полезного объема здания стимулировало появление лифтов без машинных помещений. Отсутствие машинного помещения в верхней части шахты оказалось весьма желательным и для архитекторов, которые могут более свободно решать архитектонику верхней части и кровли здания.

         Пионером в практической реализации подобной конструкции лифта стала финская фирма КОНЕ, которая в 1966 г. представила весьма удачную модель MonoSpase c малогабаритной безредукторной лебедкой EcoDisc.

         Специалистами фирмы КОНЕ был создан безредукторный привод EcoDisc на основе специально спроектированного дискового синхронного двигателя с системой возбуждения на постоянных магнитах (рис.2). Лебедка рассчитана на лифт с полиспастной подвеской кабины грузоподъемностью 630 кг и скоростью движения 1 м/с. Канатоведущий шкив диаметром 400 мм выполнен как часть литой конструкции, включающей тормозной шкив большого диаметра, внутренняя часть которого играет роль ротора с закрепленными на его торцевой поверхности постоянными магнитами. С задней внутренней стороны ротора размещается многополюсная обмотка статора, установленная на неподвижной раме лебедки. Применение дисковой конструкции ротора большого диаметра и многополюсного статора позволило создать тихоходный двигатель с числом оборотов 80-100 об/мин. при достаточной величине крутящего момента и КПД около 90%. Лебедка оборудована двухколодочным тормозом с растормаживающими магнитами и имеет механизм ручного выключения тормоза. Рукоятка механизма выключения тормоза расположена в панели управления, размещенной в портале шахтной двери последнего этажа. Воздействие на механизм выключения тормоза передается стальным канатом малого диаметра. В верхней части лебедки установлен датчик контроля скорости вращения ротора, включенный в цепь обратной связи системы управления. Применяется система частотного регулирования оборотов ротора двигателя. Точность остановки кабины составляет + - 5 мм. Лебедка закрепляется на направляющей в верхней части шахты с боковой стороны кабины. Техническое обслуживание осуществляется с потолка кабины на верхней этажной площадке. Для безопасного проведения ремонтных и профилактических работ с крыши кабины предусмотрена жесткая фиксация кабины на направляющих в верхней части шахты.

         Дополнительно следует отметить, что лебедки EcoDisc отличаются компактностью и весьма небольшой массой, примерно в три раза меньшей, чем у лебедки с червячным редуктором для лифта с аналогичными параметрами. Отсутствие редуктора делает привод EcoDisc высокотехнологичным и отвечающим стандартам экологии.

         Работы по совершенствованию конструкции лифта MonoSpase успешно продолжаются. В настоящее время фирма KONE успешно применяет лебедки EcoDisc в конструкции пассажирских лифтов со скоростью кабины до 2,5 м/с и в грузовых лифтах типа KONE TranSys грузоподъемностью 1000, 1275, 1600 и 2000 кг при скорости кабины 0,5 м/с.

         На мировом рынке лифтовой продукции появились многочисленные варианты конструкции лифтов без машинных помещений с малогабаритными лебедками различных типов в редукторном и безредукторном исполнении. Поэтому в дополнение к европейскому стандарту для лифтов EN 81.1 и EN 81.2 разработана поправка A2, учитывающая специфические требования к лифтам без машинных помещений.

         Многие фирмы пошли по пути, намеченном фирмой КОНЕ, но с использованием собственных разработок конструкций малогабаритных канатных лебедок. Все эти решения в известной мере аналогичны, за исключением лебедки фирмы WIТTUR с одноступенчатой ременной передачей, представленной фирмой WITTUR в январе 2001 г.

         Основу конструкции лебедки составляет асинхронный двигатель общепромышленного типа с частотным регулированием и клиноременная передача с тремя параллельно работающими клиновыми ремнями. Шкив большего диаметра выполнен в одной отливке с канатоведущим шкивом. Лебедка была рассчитана для работы в лифте с полиспастной подвеской грузоподъемностью 2000 кг при скорости кабины 1,6 м/с. Высота подъема составляет 45 м. В корпусе двигателя смонтирован дисковый тормоз. Для обеспечения безопасности в конструкции лебедки предусмотрена система автоматического отключения двигателя при ослаблении натяжения одного из трех ремней.

         Наряду с этим не прекращаются попытки поиска нестандартных решений. Одним из примеров такого подхода может служить конструкция лифта с линейным асинхронным двигателем, разработанная и испытанная фирмой ОТИС (рис.3). Этот лифт также не требует машинного помещения и применения редуктора. Полностью отвечает требованиям экологичности. Линейный асинхронный двигатель является частью конструкции противовеса, в котором размещаются статорные обмотки с кольцевым магнитопроводом. Роль ротора играет вертикально закрепленная алюминиевая труба. При включении питания статорной обмотки она генерирует движущееся магнитное поле, взаимодействующее с поверхностью алюминиевой трубы и создающее тяговое усилие. Для обеспечения точности остановки в системе управления предусмотрен датчик контроля скорости кабины. Под перекрытием шахты установлен отклоняющий блок, через который перекинуты канаты, связывающие между собой кабину и противовес. Кабина оборудована ловителями, а электромагнитные тормоза смонтированы в нижней части противовеса. Торможение происходит относительно направляющих кабины.

         В аварийных ситуациях и при отсутствии электропитания магниты тормоза могут включаться от аккумуляторной батареи для опускания кабины на ближайший этаж. Скорость движения кабины лифта достигает 1,75 м/с. Лифт имеет два подвесных кабеля: один для питания статора двигателя, а другой соединяет электрооборудование кабины с контроллером. Всё остальное оборудование традиционное и специфики не имеет.

         Достоинством рассматриваемой конструкции является отсутствие традиционной лебедки и меньшие потери энергии. Наличие алюминиевого ротора в виде трубы, проходящей через магнитопровод статорных обмоток, не слишком сильно усложняет конструкцию лифта. Недостатком конструкции является передача всей нагрузки на перекрытие шахты. Правда, необходимо отметить, что размещение двигателя в противовесе позволило несколько уменьшить нагрузку на перекрытие по сравнению с конструкцией лифта, оборудованного лебедкой, размещенной в верхнем машинном помещении.

         От этого недостатка свободна конструкция лифта с фрикционным приводом SHINDLERMOBILE, предложенная фирмой Шиндлер. В данной конструкции тяговые канаты полностью отсутствуют. Канаты используются только для подвески противовесов. Подъемное усилие обеспечивается двумя приводными роликами с полиуретановым покрытием, которые посредством сил сцепления взаимодействуют с поверхностью вертикальных направляющих овального профиля.

         Направляющие представляют собой пустотелые конструкции из алюминиевого проката, внутри которых размещаются цилиндрические противовесы, уравновешивающие силу тяжести массы кабины и 20% массы груза. В верхней части каждой направляющей установлен отклоняющий блок каната подвески противовеса. Привод роликов производится от частотно управляемого электродвигателя 3-фазного переменного тока через две симметрично расположенные волновые передачи и центральный распределительный редуктор. Ось вала ротора двигателя расположена перпендикулярно оси приводных роликов фрикционного привода. Привод оборудован дисковым тормозом. При отсутствии подачи электроэнергии привод может работать от отдельной аккумуляторной батареи, размещенной, как и привод, под полом кабины.

         В аварийной ситуации кабина подаётся на ближайший этаж и двери автоматически открываются. Применение полиуретанового обода приводных роликов обеспечивает достаточный коэффициент сцепления даже при наличии пыли и попадания масла на рабочие поверхности направляющих колонн. Лифт рассчитан на грузоподъемность 630 кг при скорости 0,63 м/с и обслуживает 8 остановок. Установленная мощность двигателя привода кабины 3,4 кВт при 120 включениях в час. Точность остановки гарантируется на уровне не выше 3 мм. Кабина лифта оборудована ловителями с приводом от ограничителя скорости. Управление движением осуществляется контроллером с микропроцессором.

 Рис. 3.Лифт с ЛАД LIM Рис. 4.Лифт с тяговыми ремнями GEN2 Рис. 5.Лебедка и тяговый ремень лифта GEN2

         В мае 2003 г. на Московской международной выставке лифтового оборудования была представлена оригинальная конструкция лифта с канатной подвеской кабины и установкой фрикционного привода в противовесе. Ролики фрикционной передачи, так же, как и в рассмотренном случае, приводились в действие от частотно регулируемого привода 3-фазного переменного тока. В этой конструкции четыре приводных ролика с полиуретановым покрытием взаимодействуют с нижней боковой частью головки направляющих противовеса. Для увеличения коэффициента сцепления боковая поверхность направляющих покрыта тонким слоем фрикционного материала. В верхней части шахты устанавливался отклоняющий блок канатов подвески кабины и противовеса.

         По-настоящему революционное решение проблемы создания компактной лебедки для лифта без машинного помещения было недавно предложено фирмой OTIS. В начале 2000 г. фирма OTIS приступила к производству принципиально новой конструкции лифта без машинного помещения GEN2. А в 2001г. подобный лифт уже был установлен в Московском отеле "Аэростар", где и состоялась его презентация (рис.4).

         В основу разработки GEN2 был положен новый принцип передачи движения от канатоведущего шкива к кабине лифта. Традиционные стальные канаты были заменены плоскими полиуретановыми ремнями, армированными сверхтонкими стальными канатами. На первый взгляд кажется: не велика разница. Однако именно благодаря ей удалось решить целый ряд технических задач и создать сверхминиатюрную лебедку, идеально приспособленную к применению в лифтах без машинных помещений. Успешной реализации проекта GEN2 способствовал целый ряд обстоятельств и прежде всего наличие хорошо отработанной системы частотно регулируемого привода переменного трехфазного тока.

         Инженеры компании ОТИС пришли к своему оригинальному решению на базе учета прошлого опыта и современных научно-технических достижений. Исторически канатному подъемному механизму с канатоведущим шкивом трения (КВШ) предшествовала ременная передача, широко использовавшаяся на промышленных предприятиях в 19 веке для привода ткацких, деревообрабатывающих и металлорежущих станков. Подъемный механизм с КВШ стал частным случаем фрикционной передачи с разомкнутой гибкой нитью. В чисто идейном плане плоский канат может служить прототипом армированного полиуретанового ремня лебедки GEN2.

         Достижения полимерной промышленности дали в распоряжение конструкторов фирмы OTIS полиуретан, благодаря которому и удалось создать конструкцию плоского армированного ремня высокой удельной прочности и долговечности. Прочную основу тягового ремня составляют 12 миниатюрных семипрядных канатов с семью проволоками в каждой пряди. Совместную работу канатов обеспечивает полиуретановое покрытие, непосредственно взаимодействующее с ободом КВШ. Ширина тягового ремня составляет 30 мм при толщине 3 мм.

         По своим прочностным характеристикам и долговечности тяговые ремни существенно превосходят традиционные канаты. В лифте GEN2 кабина подвешена на трех ремнях. Гарантируется запас прочности не менее 12 и срок службы в 2-3 раза больше, чем у эквивалентных по прочности стальных канатов. Масса ремня на 20% меньше массы эквивалентного по прочности стального каната.

         Внешний вид лебедки и тягового ремня лифта GEN2 приведен на рис.5. Небольшая толщина ремня позволила применить его в лебедке с диаметром КВШ 100 мм. Наличие КВШ малого диаметра и двукратного полиспаста позволило использовать синхронный двигатель с частотой вращения вала 375 об/мин. Отпала необходимость в более габаритном тихоходном двигателе. Применение двигателя традиционной компоновки с радиальным зазором обеспечило более высокий КПД на уровне 90%. В лебедке применен дисковый тормоз с механизмом ручного выключения.

         Малые габаритные размеры лебедки при длине 100 см, ширине и высоте 25 см облегчают её установку в верхней части шахты.

         Применение системы частотного регулирования с обратными связями по скорости и нагрузки кабины обеспечивает высокую плавность хода и точность остановки кабины.

         Фирма OTIS предлагает несколько модификаций лифта GEN2 различной грузоподъемности: 630, 800 и 1000 кг при скорости кабины 1 и 1,6 м/с . Планируется расширение ряда моделей лифта GEN2 в недалеком будущем.

         Мы рассмотрели различные варианты конструкции механизмов подъема лифтов без машинных помещений с электрическим приводом. Не меньший интерес представляют гидравлические лифты, которые практически не требуют машинных помещений и могут составить достойную конкуренцию электрическим при установке в малоэтажных зданиях. Расширению рынка гидравлических лифтов способствовало стремление горожан переселяться в малоэтажные собственные дома за пределами крупных мегаполисов с весьма неважной экологической обстановкой.