編者按：在降低轎廂材料成本的前提下，提供多方案的轎廂內(nèi)裝飾設(shè)計。其次，完成了電梯轎廂輕質(zhì)化設(shè)計，選用高強(qiáng)度復(fù)合材料。且符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和碳中和理念。

一、前言

我國承諾：國內(nèi)碳排放數(shù)量，在2030年前將見頂；之后將逐年下降，直到2060年，把國內(nèi)碳排放的凈值，降至“零”。因此，為了脫碳戰(zhàn)略，我們必須逐步淘汰一些“高能耗、高污染”產(chǎn)業(yè)； 同時“低利潤、高耗材”的落后企業(yè)，也是極度消耗油氣資源的。對于我們電梯行業(yè)來說，卻是一個消耗鋼材的“大戶”。通常乘客電梯轎廂上千公斤，而大噸位載貨電梯的轎廂需要好幾噸鋼材。那電梯企業(yè)怎樣在產(chǎn)品與技術(shù)上獲得高附加值及低能耗產(chǎn)品呢？我們認(rèn)為，應(yīng)從我國電梯本身的特點(diǎn)與國情出發(fā)，展開集成式技術(shù)創(chuàng)新。如解決電梯轎廂整體結(jié)構(gòu)的輕量化，用輕型材料或復(fù)合材料取代重型鋼材。

二、問題地提出

對于電梯行業(yè)來說，我們通常知曉，無論是垂直升降電梯，還是上下斜行電梯（又稱露天電梯），都有一個幾近封閉的立體金屬框架，用以載人及載物。轎廂主體由轎廂架和轎廂體等組成，詳見圖1所示。

可見，轎廂架由上橫梁、下橫梁及兩側(cè)立梁構(gòu)成；而轎廂體主要由轎廂地板、轎廂壁（側(cè)）板、轎廂頂板（含吊頂）及轎門等構(gòu)成。參見見圖2-a)、-b)所示。

其轎廂體結(jié)構(gòu)均由薄鋼板（或不銹鋼板）及加強(qiáng)筋板等焊接或粘接或鉚接而成?？芍摻Y(jié)構(gòu)總體重量較重，一般依據(jù)載客人數(shù)的多少，其轎廂自身重量從500kg～2500kg不等。有人問，可不可以用其輕質(zhì)材料替代呢？答案通常是否定的。其回答有兩點(diǎn)：其一，因?yàn)橐芬齻鲃与娞莸霓I廂采用鋼絲繩在曳引輪上

的繩槽中，通過對重加大摩擦力使轎廂上下提升或下降，如轎廂與對重沒有一定的重量，易造成摩擦力不夠，不能順利地提升或下降轎廂。其二，若采用非金屬材料，顯然存在其材料受力不夠或防火不能達(dá)標(biāo)等。此話是否言之鑿鑿？還是誤導(dǎo)聽眾。由此，我們很有必要進(jìn)行其分析與解惑。

三、方案地抉擇

由此，針對上述所提及的問題，我們應(yīng)提出其綜合解決的思路與方案。首先，選用輕質(zhì)材料作為轎廂，其動力傳遞是否不宜采用現(xiàn)行通常的曳引繩槽及相關(guān)參數(shù)，作為此種摩擦力的傳動方式。即曳引力計算公式中的曳引系數(shù)：

。其中f為當(dāng)量摩擦系數(shù)；α為曳引繩包角。可見，轎廂的自重與曳引力大小無直接關(guān)聯(lián)。但影響電梯運(yùn)行振動系統(tǒng)中轎廂的固有頻率和阻尼系數(shù)。對于齒式動力驅(qū)動電梯來說，轎廂輕量化是一種最佳方案。其次，選擇材料也要具備裝載一定重量的物體或能承受一定的沖擊力。GB/7588.1-2020國家電梯標(biāo)準(zhǔn)提出相關(guān)要求：

1. 乘客數(shù)量應(yīng)取下列較小值:

按Q/75計算(其中Q 為額定載重量,單位為kg),計算結(jié)果向下圓整到最近的整數(shù)；

2. 轎壁的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)符合下列要求:

1)能承受從轎廂內(nèi)向轎廂外垂直作用于轎壁的任何位置且均勻地分布在5cm2 的圓形(或正方

形)面積上的300N 的靜力,并且:

a) 永久變形不大于1mm;

b) 彈性變形不大于15mm。

2) 能承受從轎廂內(nèi)向轎廂外垂直作用于轎壁的任何位置且均勻地分布在100cm2 的圓形(或正

方形)面積上的1000N 的靜力,并且永久變形不大于1mm。

最后一點(diǎn)在于材料的防火性能等要求，此點(diǎn)則在國家電梯標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7588.1）中，同時，提到了其相關(guān)要求。其條款如下：

5.4.4 轎門、地板、轎壁、吊頂和裝飾材料

5.4.4.1 轎廂的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)采用不燃材料制成。

5.4.4.2 轎廂地板、轎壁、轎門和轎廂吊頂?shù)难b飾材料的選擇應(yīng)符合 GB8624的下列要求:

a) 轎廂地板:C-S2；

b) 轎壁和轎門:C-S2,d1；

c) 轎廂吊頂:C-S2,d0。

上述要求不適用于轎壁、轎門和轎廂吊頂上厚度不大于0.30mm 的裝飾層以及操作裝置、照明和指示器等固定裝置。

5.4.4.3 在轎廂內(nèi)使用鏡子和其他玻璃裝飾時,應(yīng)使用鋼化玻璃(參見 GB15763.2)、夾層玻璃(參見

GB15763.3)、夾絲玻璃(參見JC433)或者 A 類或 B類貼膜玻璃(參見JC846)。

上述要求就其材料的選用，提出了建筑材料及制品燃燒性能分級的相關(guān)規(guī)定，旨在說明現(xiàn)今市場上供應(yīng)的建筑等材料能滿足電梯轎廂地使用安全，且滿足使用性能要求。

由此可知，我們應(yīng)利用當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)、工藝和材料的不斷進(jìn)步及涌現(xiàn)，確定一切實(shí)而可行的方案。根據(jù)國家最新頒布的電梯技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7588.1）的要求，結(jié)合電梯市場新的需求及存在的問題。尤其在國家“碳達(dá)峰”與“碳中和”戰(zhàn)略（簡稱脫碳戰(zhàn)略）倡導(dǎo)下，其動力傳遞方式不僅配置選用曳引式結(jié)構(gòu)；還特適合選用同步齒帶式傳動（或鏈輪鏈條傳動）。此時，轎廂體配套采用輕質(zhì)材料制作。且其材料及結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足上面所述載人、受力要求和相關(guān)規(guī)定。同時，逐步減少對鋼材的使用量與依賴，使用其替代物。

四、結(jié)構(gòu)與原理

從上可知，本發(fā)明的要點(diǎn)，在于當(dāng)改變電梯曳引式傳動方式或采用非傳統(tǒng)曳引式傳動方式時，提出轎廂體采用輕質(zhì)材料制作。其壁板結(jié)構(gòu)通常為：由“外部（外表面）板材+夾層材料+內(nèi)部（內(nèi)表面）板材”三種材料疊加組合而成，又叫三層板復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。此外，對于其夾層材料為提高整體剛度為要點(diǎn)，即內(nèi)部板材也可嵌入輕金屬材料形成骨架。其整體結(jié)構(gòu)厚度為20～80mm不等，具體參見圖3及圖4所示，它們均為三層板復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖，圖3所示結(jié)構(gòu)由上層鋁板、中間隔熱材料及下層復(fù)合板組成。而圖4上、

下兩層均為復(fù)合材料、中間為蜂窩狀隔振材料組成。另外，轎架的組成材料可由高強(qiáng)度鋁合金與工程塑料復(fù)合材料拼接而成；或由碳釬維復(fù)合材料與輕質(zhì)金屬材料聚合構(gòu)成?？梢娝鼈儾坏哂凶銐虻膹?qiáng)度，而且使電梯在高速或超高速運(yùn)行時，具有隔振降噪之功效。

上述其結(jié)構(gòu)中不同材料組成，分別用于轎廂體的轎廂地板、轎廂壁板、轎頂板及轎門板和層門板及轎廂架等零部件。當(dāng)然，其邊框或連接件均可采用輕質(zhì)金屬件，如高強(qiáng)度鋁型材等材料。目的使轎廂體可靠地支撐與聯(lián)接，具有抗沖擊、保溫、阻燃、隔音、防雨水、防銹蝕，保護(hù)轎廂內(nèi)部不受外界干擾等。正因它承擔(dān)了這么多功能，而轎廂又追求極致輕量化，則單一材質(zhì)的材料很難滿足諸多要求。由此，諸多類似結(jié)構(gòu)及機(jī)理就應(yīng)運(yùn)而生了。

此外，其特殊結(jié)構(gòu)使轎廂體整體重量輕；而且抗彎、抗翹曲；還在電梯運(yùn)行碰撞過程中能吸收大量的沖擊能量，因此，本結(jié)構(gòu)除了實(shí)現(xiàn)更好的乘客舒適感，并且對乘客能提供最好的安全保護(hù)措施。

本結(jié)構(gòu)說起來簡單，但制作過程中其工藝要復(fù)雜得多；且技術(shù)操作性強(qiáng)。首先作為壁板結(jié)構(gòu)要有骨架（即夾層材料），而夾層材料的輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)（如鋁合金骨架或蜂窩狀工程塑料等）成了首選之材，所以夾層材料組成的框架是壁板結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。其次是外部（上層）材料，一般會選用剛性好、質(zhì)量輕，防雨水、防銹蝕的玻璃鋼或鋁塑板或輕金屬等。接著是內(nèi)部（下層）板材，應(yīng)承擔(dān)著抗沖擊、防刮傷、隔音及具有美感等功能。所以，我們?yōu)榻档蜕a(chǎn)成本，便利工藝流水線。同樣將內(nèi)、外部板材選用強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的玻璃鋼（含碳纖維或玻璃纖維等物質(zhì)）或鋁塑板或輕金屬等。例如，外部板材和內(nèi)部板材加聚氨酯的共同作用，具有很高的強(qiáng)度和剛度，內(nèi)部板光滑平整，線條明朗，增加轎廂內(nèi)美觀度、平整度。最后用粘合劑將這些夾層板材料進(jìn)行粘合或壓制而成。至于轎地板夾層材料應(yīng)選用鋁合金或輕金屬等作骨架，而上層板材（即地板表面）可采用為耐磨及防滑的復(fù)合板。另一點(diǎn)，作為小型轎廂體，如家用電梯或斜行電梯及戶外式電梯，可采用整體式澆注而成，其目的保證轎廂在半封閉的井道內(nèi)運(yùn)行，使雨水等不進(jìn)入轎廂內(nèi)部及防止外部的損傷；同時，確保轎廂整體剛性及美感。

五、要點(diǎn)與總結(jié)

綜上所述，本發(fā)明電梯轎廂架和轎廂體結(jié)構(gòu)及材料組成不同，適用于不同工況、不同條件下及不同要求的電梯產(chǎn)品使用。且配套方式與加工工藝各有差異。顯然，它都具有重量輕、強(qiáng)度高、抗沖擊、耐腐蝕、耐老化、抗病菌、抗污染、防雨水與冰雹、色彩豐富、電絕緣性能好、熱絕緣性好等特點(diǎn)。

可見，本發(fā)明專利擁有與鋼結(jié)構(gòu)的轎廂所不能具有的功能與優(yōu)勢：

1）由于整體重量輕巧，使電梯配套電機(jī)功率在相同額定載重量下減小，對于大載荷電梯而言，則電力能源顯著節(jié)省，必受客戶歡迎。

2）對于中小噸位電梯轎廂重量本結(jié)構(gòu)與現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)相比，其重量通常減少達(dá)1/3。因此，無論從電梯總體性，還是站在轎廂角度來看，節(jié)約了不少鋼材及資源成本。

3）因其結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度和韌性、抗沖擊等特點(diǎn)，所以，具備緩沖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能對乘客在特定條件下提供了一定的防護(hù)，使傷亡指數(shù)明顯下降。如轎廂扶手或腳底板可配套帶有緩沖材料的方式固定及使用，以確保制動或墜落時，其最大減速度不超過1.0m/s2。

4）本結(jié)構(gòu)材料因抗損傷、耐老化等特點(diǎn)，則使用壽命可達(dá)20年之久，精簡了維護(hù)成本。同時，其結(jié)構(gòu)便利流水線作業(yè)及加工。故電梯進(jìn)行試制、更新或改造時，現(xiàn)場制作其轎廂非常方便，如同住宅房屋的裝飾工藝。并免除了噴涂油漆之苦。

5）因本品內(nèi)部板光滑平整，線條明朗，增加了轎廂內(nèi)的美觀度，且色彩豐富。則轎廂內(nèi)部不必增加裝飾成本。且不同內(nèi)部板可滿足不同用戶的裝潢效果。如裝飾玻璃鏡時，則可不用普通鏡面玻璃等。

由上可知，本結(jié)構(gòu)與材料的變更與設(shè)計，不僅滿足其使用功能，而且提升了電梯的運(yùn)行效果。因此，將促使企業(yè)放棄“高能耗、高污染”，及“低效率、低利潤”的落后產(chǎn)業(yè)，做高利潤的先進(jìn)產(chǎn)品。另一方面，對企業(yè)來說，產(chǎn)業(yè)升級和“脫碳戰(zhàn)略”，一體兩面，都是中國經(jīng)濟(jì)向上走的核心引擎。用脫碳戰(zhàn)略淘汰落后產(chǎn)業(yè)，用產(chǎn)業(yè)升級更好地減少碳排放，讓中國產(chǎn)業(yè)進(jìn)入良性循環(huán)軌道。

本結(jié)構(gòu)與材料于2021年提出，現(xiàn)已獲得國家發(fā)明專利。專利號為：202110821315.2。

吳哲 2022年10月于佛山