刘云香，刘艳想，杨 翠

（1.菏泽市产品检验检测研究院，山东菏泽 274000；2.华恺智联电梯科技有限公司，山东菏泽 274000）

0 引言

随着科技的飞速发展，机械制造与零件设计中，智能化CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）技术得到极为广泛的应用。在机械制图中，智能CAD 能够大幅度提升工作效率，为其提供全方位技术支持。由此，在电梯制造与设计中应采取行之有效的方法实现智能CAD 与机械设计有机融合，对于电梯设计制造行业的发展有着极为重要的现实意义。

1 CAD 技术在电梯设计中的理念

智能CAD 技术是一门新兴人工智能技术，是现代产品和技术的衍生品，处于综合性开发研究范畴。将CAD 技术应用于电梯机械设计，能够在设计中融入结构设计与性能分析，同时也可对相关图形处理加以完善。合理地选取设计范例，可以减少解决问题的复杂程度。ICAD 从设计目标表现入手，给出了两种设计解决方案，一是CBD（Case-Based Design，以案例为基础的设计），二是PBD（Prototype-Based Design，以原型为基础的设计），这为ICAD 技术发展和推广提供了良好的思路[1]。

2 智能CAD 技术在电梯设计中的优势

2.1 缩短周期，优化产品

智能CAD 技术可以对三维立体造型问题实现良好改善，同时也可运用简单模型组合与集合实体运算令三维模型具有更强的灵活性与便捷性，降低电梯机械设计工作量，最大限度降低电梯机械设计周期，大幅度提升机械设计工作效率。另外，CAD软件还可以对零碎部件进行重新设计与优化升级，同时也可运用类同变形设计在短时间内构建模型，从而生产全新产品，为缩短电梯机械设计周期打下坚实基础。

2.2 强化机械产品技术含量与质量

现代社会已实现数字化与信息化有效结合，企业可以利用CAD 与CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统）组织生产模式，通过先进CAD、CAM、CAPP 等技术手段，迅速获得新的零件，从而确保产品设计和制造质量。利用CAD 技术可以改善电梯机械零件的几何参数，提升参数信息描述准确性与便捷性，同时为零件的设计与改良提供更加详细的信息支撑，确保其几何形状与参数等得到更加精准的描述，使设计意图得以充分显现[2]。在电梯设计中应用智能CAD技术，电梯产品的技术含量和质量会得到进一步提升。

2.3 提高设计者的自主性和主观能动性

在设计与制造电梯机械产品过程中，设计人需与设计模式、参数、产品结构与性能等方面相结合，并与设计目标、主题等相结合，确保机械设计模式完整性。因此设计人员在产品设计初始阶段需投入更多精力，同时加大初始方案关注力度。在此背景下，运用智能CAD 技术能够为设计人员自身观念与关注点加以转变，将其精力聚集到设计构思与优化设计之上，避免在模型设计表达与实现方面投入不必要关注，从而为产品可拓展性提供有力保障。

3 智能CAD 技术在电梯机械结构设计中的应用

3.1 电梯门设计

电梯门结构包括门机、厅门、轿门、保护装置。在启动电梯前，厅门、轿门能够起到闭合的作用，厅门有自动关门装置，以防止电梯使用人员提前进入井道而坠落，因此电梯门是电梯运作安全性与稳定性的基础保障。运用以实例推理为基础的CBR 技术，在此基础上汲取先进经验，并结合先进设计实践，以实现电梯门系统的快速开发。本系统包含方案设计、实例库、建模、分析评价4 个步骤。

（1）方案设计：依据所需各项指标和分析结论，对电梯自动开门机构进行合理设计。

（2）实例库是一种在新形式机械结构设计完毕后进行存档升级的动态数据库，该实例库存储了各类机械零件二维工程图和三维模型图集。

（3）采用PRO/ENGINEER 建模工具进行模型的参数化[3]。

（4）分析评价：采用PRO/ENGINEER 对其进行机械干涉，并对其进行机械运动模拟与动态干扰分析，从而确保了系统的可靠性，增加设计成功概率。通过函数调用PRO/ENGINEER，完成实体造型、虚拟装配、参数绘图。软件的设计功能包括模拟、生成工程图纸等。

随着经济的发展，人们物质生活质量日益改善，对小型非标与功能性种类的需求日益增加。由于不同用户之间存有较大个体差异，所使用产品环境也有显著差别，故而大部分产品无法在不同场景下重复使用，促使设计负担大幅度增加，在此背景下，运用智能CAD 技术能够有效解决该问题，并且在大幅度缩短设计周期的同时，提升一次性设计成功率，使产品在市场当中具有较强竞争能力。

3.2 电梯无机房绳头座机械设计

普通电梯机房绳头由两个槽钢支撑在一片金属板上（即绳头板）。由于无机房绳头没有机房，也没有安装通道，因此需要在顶楼安装辅助通道，然后在副通道上安装绳头板。由于没有机房，安装辅助通道时，需要在顶部的墙壁上开洞进行预埋。因为井道结构由用户自理，控制难度增加，而其预留孔不具备顶部砖墙结构，且不允许预埋，避免大梁受到破坏，导致辅助通道无法安装。通用的无机房绳头固定方法见图1。对此，本文提出了一种新型的无机房绳头支架设计方案，该方案采用导轨直接固定，解决由于场地条件复杂而造成的不能安装和安装不牢固等技术问题。其基本思路如下：①工作原理和程序：将绳头直接用螺钉固定在导向轨道上，然后用压力导向板进行挤压，避免了安装支撑通道的问题；②各构件的构成和关系：绳头板焊在绳头底座上，在绳头底座上用压力导向板将长腰孔和圆孔固定。导向件钻孔，并与绳头支架穿心地相连接[4]。

图1 一般无机房绳头安装

4 电梯机械结构合理化设计

4.1 重量平衡与导向系统设计

重力平衡是电梯的一个不可操作部件，其主要功能是保持电梯的承重和保持电梯平衡，对电梯运行安全有着重要意义。通常情况下，电梯重量平衡系统包括3 个部件：配重、补偿装置和固定装置。在电梯工作中起曳引作用的是导向轮和曳引轮，只有使轿厢与钢丝绳之间有效关联，才能保证电梯平衡。该系统主要作用是当电梯曳引高度超出额定值时，可以补偿缆索的重量。为了确保电梯安全运行，必须对电梯的载荷进行适当的调整，并严格遵守载荷要求。电梯导向系统由导轨、导轨架、导靴三大部件组成，合理的导向系统可以使轿厢稳定性得到有力保障，确保其在预定的线路上运行，同时也可以避免过多振动。一般而言，电梯稳定度、舒适度和安全性都与导向系统有关。在危急时刻，通过安全夹具固定轿厢，可以极大地减少坠落概率[5]。同时，由于导轨具有控制升降方向功能，因此在具体的设计中，井下需设置4个导轨，主要用于对重架和轿厢进行引导，只有固定好轨道、螺栓、螺母、压路板才能发挥出最大作用。

4.2 曳引系统设计

在电梯机械结构中，曳引装置起到升降作用。电梯曳引系统由曳引钢丝绳、曳引机、导向轮、限速轮组成，曳引机是电梯的动力源泉，也是曳引系统的核心，而轿厢则是由曳引轮和钢丝绳提供动力完成输送工作。由于电机种类繁多，分为直流和交流两种，所以在设计时要根据电梯的速度选择，如超高速、高速、快速和低速曳引设备，还可以根据电梯的机械构造不同，选用垂直或水平曳引设备，根据不同的减速方式，可选用有齿轮曳引轮和无齿轮曳引机。

4.3 轿厢与称量装置设计

轿厢主要包括轿厢架和厢体。其中，轿厢支架起到承重的作用，所以在结构设计时，必须采用拉条装置，以增强箱体韧性，避免箱体倾斜。轿厢内部结构十分复杂，由门、壁、顶、底4个部分构成，在设计时，天花板上会有灯光和维修设施，有些设计师还会在天花板上安装安全逃生窗，以保证一旦出现事故，救援人员可以从顶部进入营救。轿底功能是起到支撑旅客和货物的作用，一般情况下，轿厢内都有称量装置，当电梯内负载过大时，会有超重警报[6]。轿壁位于轿顶与轿底之间，是重要的连接部分，因此在设计时，要注重结构的力学性能，通常采用墙体加强结构。通常情况下，电梯称重设备安装在轿厢顶缆绳连接处，该设备主体由杠杆与弹簧构成，主要作用是通过杠杆的摇晃反映电梯承重。一旦超过负荷，杠杆摇晃会超过极限，从而触发保护装置，由于设计的限制，称量装置不能安装在轿厢顶部，而是采用2∶1 的缠绕方式在机房内安装。需要严格注意此类设备与吊顶称重设备箱体都要装在电梯顶端，但是其杠杆会随着绳头纵向上下运动，当电梯内重量超过负荷时，自动保护装置便会被触发[7]。

5 结束语

随着人们生活水平的不断改善，对于生活质量的要求也在不断提升，在此背景影响下，电梯机械设计系统对人们的生产和生活愈发重要。因此，在电梯的设计生产过程中，相关人员应加强机械设计的关注力度，并将智能CAD 技术在此类设备中开发应用，减少电梯在运作过程中发生故障的概率，提升电梯机械设计系统技术水平，将设计周期降至最低。