机电一体化技术在电梯中的应用研究与实践

摘要：近几年来，随着国家经济的快速发展，城市建设的高层越来越多，对电梯的需求也越来越大。电梯技术已经发展了上百年，最近几年随着计算机等高科技的发展，它的科技含量越来越高，特别是在机电一体化技术的运用下，它的性能得到了极大的改善，有着广泛的市场前景。本篇文章就对机电一体化技术在电梯中的应用进行分析，从而保障电梯运行安全。

关键词：机电一体化；电梯；应用

在我国城市化快速发展的今天，电梯作为高层建筑中一种主要的垂直运输工具，电梯的使用性能与安全问题日益引起人们的重视。传统的电梯，因其机械、电气两个部件的相对独立性，造成了维修工作的繁琐，工作效率低下。机电一体化技术的引入，为电梯系统的设计和维护提供了新的解决方案。机电一体化技术是一门综合了机械工程、电子技术、计算机技术等多学科的交叉学科。通过对该系统的研究，对其在电梯控制系统、传感器应用、维修维护等领域的应用进行了深入研究，为我国电梯工业的健康发展提供了理论基础和实际指导。

一、机电一体化技术概述

机电一体化技术是一种将当前较先进的机械、电子和信息等有关的技术有机地融合在一起的一种综合技术，它的核心是从系统工程的角度对系统或产品的总体性能进行优化。它主要是取代了传统的齿轮调速箱等沉重的设备，改为使用更轻便的电子调速器，并通过电脑软件对其进行调整与控制。这是一种将机械、电子、硬件和软件相结合的技术，将当前较为先进的自动化控制技术、计算机技术、伺服传动技术、信息技术和机械技术等技术相融合，从而简化了传统产品的结构，增强了系统的功能，提高了产品的操作性和适用性，提高了产品的安全性和可靠性，提高了节能环保，同时还具备了更高的灵活性和智能化水平[1]。

二、电梯控制系统原理

电梯的结构较为复杂且具有较高的密封性，其主要由八大系统组成，下面对八大系统进行简要介绍。电梯结构如图1所示：

1.电力拖动系统：该装置为电梯提供动力。用电动马达给电梯提供升降动力。为了保证电梯的平稳启动、运转和停车，一般采用电机与变频器和控制器结合的方式，对电机的速度和转矩进行控制。电气传动系统是一种新型的电气传动装置，其工作效率与可靠性将直接关系到整个电梯的运行效率与安全。

2.曳引牵引系统：它将电梯轿厢与对重连接起来，通过曳引轮、电机带动钢索，使轿厢上下移动。在保证良好的摩擦性能的前提下，能有效地降低振动、噪声。

3.电气监督控制系统：作为电梯“大脑”，电气监督控制系统对各个子系统进行监测、协调。该系统可根据楼层呼叫、轿厢命令以及安全感应器等信息，对电梯的启动、减速和停车进行控制。该系统具有故障探测、紧急处置等功能，保障乘客安全[2]。

4.电梯方向导向系统：该装置可保证电梯沿预先设定的导轨顺利地在竖井中移动。一般来说，导引装置包括一个导引器和一个导靴。导向系统固定于电梯竖井的两边，导向系统则分别装于轿厢与配重上，并沿着轨道滑动或滚动。在保证轿厢行驶的同时，也减少了轿厢侧向摆动，增加了乘客的舒适度。

5.控制开关门系统：电梯门控制系统，可同时控制厅门及轿厢门之切换，以保证切换速度适度及防止夹人及夹物之发生。该系统配有红外线或光幕探测障碍，并能在遇到障碍时自动停车或重新开启。

6.安全保护措施系统：当电梯发生事故时，安全保护系统是必需的。本系统包括限速器，安全钳，缓冲器等。限速器在超速情况下制动；当安全钳失控或下落时，夹紧导轨；缓冲器可以降低井下的震动，并保护乘客。

7.轿厢：轿厢作为与乘客有直接接触的部位，它的设计应除满足载重量外，还应兼顾舒适度、通风及照明等方面的要求。车厢内一般都采用了人机工程设计，包括扶手，按键板，以及显示屏幕，以给乘客带来更多的舒适感。另外，为保证发生突发事件，轿厢内还装有内部通讯系统。

8.人体重量平衡系统：为了节省能量及改善电梯运转的稳定度，一般都会配备配重装置。该配重块由钢丝绳连接在车厢上，其功能是为了平衡大部分的轿厢质量，从而降低电机的负载。该系统可大幅减少电梯能源消耗，并可在紧急制动时，提供更多的安全性[3]。

图1：电梯结构图

三、机电一体化技术在电梯中的应用

（一）曳动系统

在运行过程中，由于电梯具有体积大、负载大等特点，对电梯的驱动系统带来了很大的负荷，导致电梯曳引系统存在效率低，维修费用高，噪声大的缺点。近年来，随着机电技术的迅速发展，电梯工业在牵引传动领域也有了很大的发展。机电一体化是将机电系统、电子信息系统和智能控制系统有机地融合在一起的一门学科。在电梯行业，通过采用机电一体化的方法，能够有效解决传统电梯在运行过程中存在的磨损大，安全性差，稳定性差等一系列问题。利用先进的传感器、控制系统和马达转动技术，提高了电梯的工作效率。采用永磁同步无齿轮传动曳动机技术，为电梯领域带来了巨大的突破。该技术充分发挥了永磁电机高效、长寿的特点，克服了传统齿轮传动存在的易磨损、噪声大等缺点，提升了运行的可靠性与耐用性。另外，该工艺还简化了结构，降低了维修费用[4]。

（二）电梯厢系统

电梯以厢体为主体，在电梯厢内进行上下传动，货物和乘客都要在电梯厢内完成，因此，电梯厢体既要稳定，又要有一定的舒适度，这样才能体现出它的工作价值。电梯厢系统主要由轿厢、轿门和操作厢构成，轿厢作为电梯的载员载物系统，它通过导靴沿导轨上下竖直移动，轿门是乘客和物品的入口，它不但有一个出入口，在各层电梯的驻留位置也有一个同样的轿门，当电梯到达这个楼层的时候，轿门就会被开启，在电梯移动的时候，轿门是闭合的，而轿厢的操纵箱则是由主操纵盘、次级操纵盘和指航器等构成，在运行中，可以通过操纵箱来完成升降，并且在遇到危险时，可以进行预警和通讯，操纵箱通常位于电梯左右的其中一侧。

（三）控制开关门系统

电梯在发展过程中，经过了从初期的机械设计到现在的智能控制系统的发展。在电梯领域，机电一体化技术的运用极大地促进了电梯技术的发展，使得电梯向智能化、可靠性、效率更高的方向发展。在电梯运行中，门的开启和关闭系统非常重要。该系统一般是用一种特殊的设备：门电动机来驱动的。门电动机是电梯门锁的核心部件，主要承担开门、关门的功能。门电动机通过复杂的传动机构向车门系统传送动力，实现车门的平稳开闭。门电动机的工作是由马达带动一系列的传动元件，如齿轮、链或传送带，把马达的转动转化为门轴的直线运动。此流程可确保电梯门启闭顺利，提升乘客的安全与舒适。

在现代化的电梯设计中，除了要求门马达具有较强的驱动能力外，还要求有较高的控制精度。该智能控制系统能够依据电梯运行状况、乘客需求及安全需求，实现对车门开关速度、停留时间等参数的自动调整。这样的智能控制，不但提高了工作效率，而且大大降低了失效的概率，提高了用户的使用体验。另外，在电梯的设计中，轿门系统和门厅门系统之间的配合也是一个很重要的环节。其中，轿门系为电梯轿厢内部之门，而厅门系为电梯轿厢外部之门。为保证各层电梯的顺利通过，电梯门与大厅门的开闭必须精确同步。现代电梯采用智能化的控制方式，使轿门与厅门之间的动作更为协调，以保证电梯的平稳运行[5]。

（四）电气控制及监控系统

电气控制系统是一种重要的基本功能，它的主要功能就是对电梯进行上下运动、停靠在指定楼层。等操作。为了保证电梯的安全，机电一体化技术的应用显得尤为关键。在此过程中，监控系统能够对电梯运行状态进行实时监测，可以发现电梯存在的问题，并提出相应的解决方案。监控系统包括多个关键子系统，这些子系统协同工作，共同保障电梯的正常运行和安全性。具体来说，监控系统主要包括以下几个部分：

1.传动系统：主要负责上下运动。它是由马达、减速器及传动机构所构成，对马达的操作进行控制，可使电梯顺利升降。通过对电机运行状况及各主要传动部位的磨损状况进行实时监测，保证了电机传动系统的良好运行。

2.感应系统：用于对电梯的定位及工作状况进行监测。感应系统利用各种传感器（如光电传感器、编码器等）来实时监测电梯的实际位置、速度和运行方向。通过将传感器采集到的信息反馈到控制系统中，从而实现对电梯运行轨迹的精确调节，保证电梯能准确地停在楼层上。

3.发动系统：主要负责启动、加速等工作。启动系统主要由电机启动控制单元组成，该单元通过对电机的启动模式进行调整，以保证电梯的顺利启动与加速。通过对起动装置的运行状况进行监测，以避免由于启动不正常而引起的事故。

4.制动系统：对电梯进行减速和停车工作。制动系统由电磁制动和机械制动组成，分别实现了制动与制动的功能。通过对轿厢制动过程进行实时监控，保证轿厢在紧急情况下能快速、高效地动作，保证轿厢的安全停靠。

该系统的实时报警功能，不但可以快速提醒维修人员进行维修，而且可以有效地提高设备的维护效率，缩短检修周期。同时，监测系统能产生详尽的操作参数报表，便于维护人员对故障原因进行分析，防止同类事故再度发生[6]。

（五）节能环保技术

机电一体化在电梯中的应用也体现了节能环保的设计应用理念。

1.应用能量再生设备：电梯上升和下降时，电机所需之电力，亦可回收部分之电力。川芎太高电梯在工作过程中，尤其是下行过程中，需要将部分的机械能转换成电能，而这些能量往往被白白浪费掉。在电梯升降时，由于引进了能量回馈装置，故可将电梯升降时所耗电量加以回收及储存。并且该装置使用马达制动时所发出的电，转换成电能，储存在蓄电池或超级电容内。采用该方法，该装置能够对电能进行高效回收，达到30%左右。

2.软件控制：在现代电梯系统中，仿真软件被大量运用，以达到最佳运作效能。利用该模拟软件，可求出各层间的最优行车路线，以保证各层间的最佳行车路线，以达到最高的乘客运输效能。软件控制不仅考虑了电梯的当前运行状态，还可以实时调整电梯的调度策略，以应对乘客需求的变化。例如，本软件可通过对各楼层的呼叫数据与电梯的位置资料进行分析，找出最佳的电梯运行轨迹，以达到降低等候时间及乘客搭乘次数的目的。

3.电梯照明：电梯的照明系统也可通过智能控制系统提升能量利用率及延长装置的使用寿命。通过相关的控制软件，实现了电梯照明自动开闭的功能。比如，按下呼叫键后，内部的灯就会自动点亮，以保证乘客在搭乘时能有较好的视野。若电梯停于该楼层，而没有人员走动，则照明将会自动熄灭。智能照明控制，既节省了能源，又降低了灯具的损耗，提高了灯具的使用寿命[7]。

结论：

综上所述将机电一体化技术应用于电梯曳引系统和电气控制系统中，可以有效地提升电梯的运行效率、安全、经济和智能水平，同时还可以实现节能、环保、节约能源，降低资源浪费，因此，将机电一体化技术应用于电梯领域，是顺应时代发展的必然趋势，并且对于促进电梯行业的持续和健康增长具有重要意义。

参考文献：

[1]杨阳.机电一体化技术在电梯中的应用研究与实践[J].机电信息,2020,(14):24-25.

[2]安素云.分析机电一体化技术在电梯中的应用[J].科技风,2019,(27):104.

[3]罗科桥.机电一体化技术在电梯中的应用[J].中国新技术新产品,2019,(12):47-48.

[4]姚晓宇.机电一体化技术在电梯中的应用实践与探讨[J].中国新通信,2018,20(24):151.

[5]张小胜.简谈机电一体化技术在电梯中的应用[J].中国电梯,2018,29(05):25-26+29.

[6]冯骥.浅谈机电一体化技术在电梯中的应用[J].科技风,2017,(19):237.

[7]王元文.机电一体化技术在电梯中的应用[J].中国设备工程,2017,(02):116-117.