淺談無(wú)齒輪曳引機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

淺談無(wú)齒輪曳引機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1、正視無(wú)齒輪曳引機(jī)無(wú)齒輪曳引機(jī)的產(chǎn)生，畢竟迎合了電梯的需求，迎合了環(huán)保的需要，迎合了廠家的利益。它的誕生不單單是為了無(wú)機(jī)房電梯的需求，同時(shí)也是為了節(jié)能、降噪的需要。適者生存，我們應(yīng)當(dāng)看到它的無(wú)限前景（無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、磨損低、裝配簡(jiǎn)單、噪音低、永磁同步能耗低、省油、無(wú)油污、運(yùn)行平穩(wěn)易維護(hù)），為其生存發(fā)展創(chuàng)造條件。我們當(dāng)然也不能忽視永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)的缺點(diǎn)和不足（成本造價(jià)高，永磁體壽命有限，還很難實(shí)現(xiàn)1∶1懸掛方式，編碼器傳輸對(duì)變頻器的影響、制動(dòng)器力矩問題等），為完善無(wú)齒輪曳引機(jī)并堅(jiān)持不懈的努力研究開發(fā)新材料、新技術(shù)。無(wú)齒輪曳引機(jī)已經(jīng)“來(lái)到”我們面前，在宣傳其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也要正視這些尚需解決的問題，尤其當(dāng)今曳引機(jī)廠家林立、競(jìng)爭(zhēng)激烈，要想擺脫窘境、要想轉(zhuǎn)產(chǎn)、開發(fā)新產(chǎn)品，就應(yīng)端正心態(tài)、直面現(xiàn)實(shí)、正視困難，以全新產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)、扭轉(zhuǎn)局面。2、永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)的優(yōu)點(diǎn)永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)，一經(jīng)面世就顯示了它的勃勃生機(jī)。1）永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)無(wú)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)如下幾點(diǎn)好處：（1）磨損低。無(wú)齒輪曳引機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)在于沒有任何傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，除了電機(jī)轉(zhuǎn)子軸（它同時(shí)又是曳引軸）上有一組軸承之外，就再也沒有什么機(jī)械磨損了，沒有磨損，自然延長(zhǎng)了曳引機(jī)的使用壽命。（2）節(jié)能。無(wú)齒輪曳引機(jī)由于沒有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，也就沒有了機(jī)械方面的功率損耗，相對(duì)來(lái)講，也就節(jié)省了能量和運(yùn)行開支。以載荷1000kg、梯速1.0m/s變頻調(diào)速電梯為例：OTIS有齒曳引機(jī)（曳引比為1∶1）需11kW；韋伯無(wú)齒曳引機(jī)（曳引比為2∶1）只需6.7kW。（3）安裝簡(jiǎn)便。由于曳引輪直接固定在電動(dòng)機(jī)的軸上，結(jié)構(gòu)緊湊體積小、重量輕，便于吊裝、運(yùn)輸，所以現(xiàn)場(chǎng)安裝也就容易多了，仍以載荷1000kg、梯速1.0m/s變頻調(diào)速電梯為例：OTIS有齒曳引機(jī)17CT，自重1300kg；韋伯無(wú)齒曳引機(jī)WEB-1.0-1000，自重300kg。（4）運(yùn)行平穩(wěn)。由于沒有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，也就沒有皮帶傳動(dòng)的丟轉(zhuǎn)、打滑，電梯平層精度高、運(yùn)行可靠；也就沒有齒輪嚙合的噪音和震動(dòng)，從而表現(xiàn)在電梯運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低，這也是電梯綠色革命的突出特點(diǎn)。（5）省油。無(wú)齒輪曳引機(jī)由于沒有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，也就省去了傳統(tǒng)減速箱中的潤(rùn)滑油，它只在軸承內(nèi)存有足量的潤(rùn)滑脂。日常維保不存在更換潤(rùn)滑油的煩瑣，同時(shí)也避免了潤(rùn)滑油泄漏帶來(lái)的污染和維護(hù)難度，又節(jié)省了潤(rùn)滑油費(fèi)用。（6）使用方便。由于無(wú)齒輪曳引機(jī)沒有液態(tài)潤(rùn)滑油，亦無(wú)泄漏，不僅沒有污染，而且可以任意姿態(tài)安裝，比如底腳朝上懸掛于井道頂板處。2）永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)控制系統(tǒng)的好處永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)都設(shè)計(jì)了“斷電短路”環(huán)節(jié)，利用“永磁同步電動(dòng)機(jī)，短接三相繞組時(shí)可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行”的這一突出優(yōu)點(diǎn)，有效地避免電梯失控溜車。這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)了以下幾個(gè)好處：（1）當(dāng)電梯失控（如電梯停止運(yùn)行，又恰遇抱閘故障無(wú)法制動(dòng)）發(fā)生溜車時(shí)，由于繞組短路、發(fā)電制動(dòng)，在很小的轉(zhuǎn)速下就會(huì)產(chǎn)生很大的力矩，使電梯溜車的速度變得非常緩慢，不致造成梯毀人亡的悲劇。（2）當(dāng)無(wú)齒輪曳引機(jī)安裝在井道內(nèi)，遇有故障停梯在平層區(qū)域以外需要疏放乘客時(shí)，可以通過連接開閘搬手的鋼絲拉索，很方便地在井道外操作：開閘、緩慢溜放到平層位置，很安全（這對(duì)于有齒曳引機(jī)，是根本不可能的）。（3）當(dāng)電梯嚴(yán)重超載（比如，超過額定載荷150％）造成電梯下沉?xí)r，其下沉速度也是非常緩慢的，不會(huì)引起乘客極度恐慌，提高了電梯的安全可靠性。以上這些優(yōu)點(diǎn)都是顯而易見的，道理也是極簡(jiǎn)單的，勿庸贅言。3、永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)的缺點(diǎn)既然無(wú)齒輪曳引機(jī)有這么多優(yōu)點(diǎn)，各類刊物又在不遺余力地大力宣傳。理應(yīng)如雨后春筍般被廣泛應(yīng)用，然而實(shí)際情況卻是雷聲大雨點(diǎn)小，什么原因呢？問題在于人們對(duì)永磁同步無(wú)齒曳引機(jī)了解不夠；從表象看價(jià)格太高，也是很重要的因素；然而了解它的人持觀望的態(tài)度，原因在于這項(xiàng)新技術(shù)尚存一些問題?，F(xiàn)就這些問題做一些探討，以期更好、更全面地認(rèn)識(shí)電梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)。1）驅(qū)動(dòng)技術(shù)的核心問題在小于2.0m/s的中低速電梯中大多使用有齒輪結(jié)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。在這里減速箱成為人們關(guān)注的問題，表面看來(lái)是由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速太高，因此要用減速機(jī)構(gòu)降低其轉(zhuǎn)速，但實(shí)際上配用適當(dāng)?shù)碾姎庹{(diào)速裝置后的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以調(diào)節(jié)的，不用減速箱照樣可以得到需要的轉(zhuǎn)速，因此問題的實(shí)質(zhì)不在于轉(zhuǎn)速。那么是什么因素決定了減速箱的采用與否呢？是轉(zhuǎn)矩，在某種意義上，減速箱的名稱并不確切，而應(yīng)稱其為“增力箱”，理解上也可將其看成“減速增力箱”。作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置的電動(dòng)機(jī)，在磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流線密度一定的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩跟氣隙所圍成的圓柱體積成正比。事實(shí)上，轉(zhuǎn)切應(yīng)力跟磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流線密度直接相關(guān)。由于氣隙圓柱的體積基本上決定了電動(dòng)機(jī)的體積，而電動(dòng)機(jī)的體積又基本上決定了其重量和價(jià)格。由此可見，比較電動(dòng)機(jī)的最重要參數(shù)并非電動(dòng)機(jī)的功率，應(yīng)該是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。要提高磁感應(yīng)強(qiáng)度，受限于磁性材料的性能。在目前的技術(shù)條件下，鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度在2.0T左右時(shí)就達(dá)到飽和，而通常交流異步電動(dòng)機(jī)中實(shí)用的線性區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約在1.0T，直流電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以提高到1.5T。要更高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，一方面技術(shù)上有較大的難度，另一方面材料的價(jià)格也相當(dāng)昂貴；要提高電流線密度，又要受限于導(dǎo)體的發(fā)熱和絕緣問題，而且電流線密度的大小也必須考慮磁路材料的性能以避免磁性材料的過度飽和。在過度飽和的情況下，會(huì)帶來(lái)電動(dòng)機(jī)性能上的一系列問題。要加大氣隙長(zhǎng)度或有效半徑，電動(dòng)機(jī)的外形尺寸和體積重量就必須增加。低速電梯在所需轉(zhuǎn)矩確定的情況下，如果通過加大電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度或半徑的方法達(dá)到所需的轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)本身的允許轉(zhuǎn)速又往往高于工作機(jī)構(gòu)所需的轉(zhuǎn)速，這樣電動(dòng)機(jī)就不能在最高轉(zhuǎn)速（最高電壓）下運(yùn)行，也就是說電動(dòng)機(jī)不能達(dá)到其最大的功率，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的功率利用律十分低下。總之，電動(dòng)機(jī)要達(dá)到最高的功率利用律，轉(zhuǎn)速（電壓）也必須得到充分的利用，即轉(zhuǎn)速要足夠高。綜上所述，在電流發(fā)熱受限的條件下，電動(dòng)機(jī)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不夠強(qiáng)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不夠大的根本原因，如果電動(dòng)機(jī)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度能提高100倍，則現(xiàn)實(shí)中減速比為100以下的機(jī)械減速裝置都可以取消，目前看來(lái)這只有靠將來(lái)超導(dǎo)技術(shù)為電梯的懸掛裝置，目的無(wú)非是使曳引輪的驅(qū)動(dòng)力矩減至最小，如奧的斯公司的Gen2系統(tǒng)的曳引輪直徑僅為100mm。②采用復(fù)繞式曳引。這是個(gè)一舉兩得的辦法。首先，2∶1復(fù)繞式與1∶1直拉式相比，對(duì)曳引力矩的要求減少了一半，就可以選用細(xì)鋼絲繩；對(duì)曳引機(jī)的輸出力矩的要求也減少了一半，就可以減小電動(dòng)機(jī)的體積；再者，由于鋼絲繩細(xì)了（柔性好、轉(zhuǎn)彎半徑小），曳引輪的直徑就可以小了。當(dāng)然了，電動(dòng)機(jī)自身的轉(zhuǎn)速高了，這在2∶1的曳引方式中得到補(bǔ)償。我們完全可以把2∶1曳引看成是一個(gè)“減速增力”環(huán)節(jié)，即降低了速度又增加了曳引力矩，這不正是無(wú)齒輪曳引機(jī)應(yīng)該追求的效果嗎。2）關(guān)于編碼器和變頻器問題對(duì)于速度很低的電動(dòng)機(jī)來(lái)說，編碼器的分辨率、脈沖信號(hào)傳輸、變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電梯位置的識(shí)別，都是一個(gè)不好解決的問題，編碼器分辨率太高、變頻器選型配置都牽扯價(jià)格問題。幸運(yùn)的是，最近安川公司推出了使用普通增量式編碼器的變頻器，大大簡(jiǎn)化了永磁同步電動(dòng)機(jī)的反饋系統(tǒng)，也將從根本上影響到電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案選型。其實(shí)用意義是非常巨大的，這種變頻器將會(huì)得到大量的推廣使用。3）關(guān)于制動(dòng)器問題對(duì)于無(wú)齒輪曳引機(jī)來(lái)講，制動(dòng)器的確是個(gè)頭疼的問題，這主要表現(xiàn)在電梯靜載試驗(yàn)的效果上。其實(shí)，電梯運(yùn)行中的緊急停車，即國(guó)標(biāo)中的有效制停距離，很容易達(dá)標(biāo)，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)速低、沒有傳動(dòng)比，只要一拉閘，電梯立刻就能停下來(lái)；還有斷電短路環(huán)節(jié)，可以說無(wú)齒輪電梯的制停距離幾乎就是“零”。問題是國(guó)標(biāo)要求電梯在150％額定載荷的情況下，10min不能下沉，就很難達(dá)標(biāo)了。這是因?yàn)闊o(wú)齒輪曳引機(jī)完全沒有蝸輪蝸桿曳引機(jī)的自鎖功能，如果沒有“斷電短路”環(huán)節(jié)，只要有一點(diǎn)不平衡力，就會(huì)溜車。而且，不溜車，短路環(huán)節(jié)的“發(fā)電制動(dòng)”作用就發(fā)揮不出來(lái)。所以為了滿足靜載試驗(yàn)要求，就必須加大制動(dòng)力矩，自然也就加大制動(dòng)線圈的溫升；為了保證線圈溫度，就要加大線圈體積，即違反無(wú)機(jī)房電梯的發(fā)展要求、也違背經(jīng)濟(jì)規(guī)律。除采用前文提到的幾種形式的制動(dòng)器外，還可采用其它方法。①選用摩擦系數(shù)高的閘皮材料；②加大閘皮面積；③適當(dāng)提高制動(dòng)力臂（支點(diǎn)、力點(diǎn)）的力矩比，不過，這是有限度的，因?yàn)榱乇却罅耍F芯行程也大，同樣會(huì)帶動(dòng)溫升；④電梯的平衡系數(shù)也可以設(shè)定得高一點(diǎn)（在國(guó)標(biāo)規(guī)定40％～50％的范圍內(nèi)選50％）；⑤電梯技術(shù)在不斷進(jìn)步，國(guó)標(biāo)制定也應(yīng)隨之變化—依據(jù)無(wú)齒曳引機(jī)“斷電短路、發(fā)電制動(dòng)”的特點(diǎn)，將靜載試驗(yàn)的指標(biāo)放寬松一些。由于制動(dòng)器直接作用于低速軸上，且普遍采用了雙備份的結(jié)構(gòu)形式，這就避免了傳動(dòng)環(huán)節(jié)失效故障導(dǎo)致的飛車失控，也就自然滿足了新版EN81-1：1998對(duì)于上行超速保護(hù)的要求，可以不必裝設(shè)其它的諸如上行安全鉗或者鋼絲繩夾繩器之類的上行超速保護(hù)裝置。這點(diǎn)將大大簡(jiǎn)化電梯整機(jī)廠商的安全配件設(shè)置，也節(jié)約了成本，一定程度上補(bǔ)償了制動(dòng)器因?yàn)榧哟罅囟黾拥馁M(fèi)用。4）關(guān)于電動(dòng)機(jī)短路危險(xiǎn)的問題雖然說短路危險(xiǎn)確實(shí)存在，但是解決的辦法也還是有的。首先是保護(hù)線路的設(shè)計(jì)，短路是靠“短路接觸器”構(gòu)成的，短路危險(xiǎn)產(chǎn)生于接觸器粘連、犯卡，也就是運(yùn)行時(shí)不能斷開，那么只要對(duì)該接觸器實(shí)行監(jiān)控即可—一旦發(fā)現(xiàn)接觸器未釋放，立即令電梯不能啟動(dòng)，也就不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成威脅（因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中這個(gè)處在釋放狀態(tài)的接觸器是絕對(duì)不會(huì)粘連的），還可以將運(yùn)行接觸器與短路接觸器組成有效互鎖（包括線路互鎖乃至機(jī)械互鎖）。5、結(jié)論永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)并不是當(dāng)