垂直电梯结构及工作原理：极限工作之超高速电梯安装
垂直电梯结构及工作原理：极限工作之超高速电梯安装电梯下降的速度又如何？由于落差太大，急速下降会造成较剧烈的耳闭感（失重），电梯的下降最高速度被要求控制在分速600米。上海中心大厦三部超高速电梯肩负着地下2层至119层的运载工作，每台额定搭载21人。从地下2层登梯后，电梯逐渐提速，约在25秒达到最高分速1080米，维持约10秒后，逐步减速抵达119层，用时55秒。根据世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）的调查报告显示，目前全球最快电梯是我国上海中心大厦的三部超高速电梯，速度达20.5m/s，折合时速73.8公里。不仅如此，它们同时保持着世界上最长电梯连续上升距离的记录：578.5米。上海中心大厦总高632米，电梯占了整座大厦高度的91%以上。世界最高楼，828米的迪拜哈利法塔，连续电梯运行距离仅504米，占整座楼高中的60%。
等电梯的时间总是特别慢，尤其是赶上班的时候。
据说高层写字楼电梯的标准等候时间是2分钟，那么电梯的运行速度到底有多快呢？
电梯无严格的速度分类，一般分四种。低速梯1～2m/s（米/秒，下同），住宅电梯和客梯的速度；中速梯2～5m/s，高档写字楼电梯的速度；高速梯5～10m/s，摩天大楼电梯的速度；超高速梯，速度超过10m/s。
随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越快，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。
根据世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）的调查报告显示，目前全球最快电梯是我国上海中心大厦的三部超高速电梯，速度达20.5m/s，折合时速73.8公里。
不仅如此，它们同时保持着世界上最长电梯连续上升距离的记录：578.5米。上海中心大厦总高632米，电梯占了整座大厦高度的91%以上。
世界最高楼，828米的迪拜哈利法塔，连续电梯运行距离仅504米，占整座楼高中的60%。
上海中心大厦三部超高速电梯肩负着地下2层至119层的运载工作，每台额定搭载21人。从地下2层登梯后，电梯逐渐提速，约在25秒达到最高分速1080米，维持约10秒后，逐步减速抵达119层，用时55秒。
电梯下降的速度又如何？由于落差太大，急速下降会造成较剧烈的耳闭感（失重），电梯的下降最高速度被要求控制在分速600米。
上海中心大厦的三部超高速电梯的生产商是日本的三菱电机。
全球第二快的电梯来自广州周大福金融中心，两部超高速电梯的运行距离为516.7米，最高速度达到20m/s，从1楼上升到95楼只需43秒。
第三快的电梯同样来自我国，台湾101大厦的电梯最高分速1010米，从1层到382米高的89层仅需39秒。
两座大楼的电梯生产商都是日本的东芝电梯。
上海中心大厦超高速电梯，全球最快
02先简单了解一下超高速电梯的基本构造和工作原理。
以上海中心大厦的电梯为例，虽然速度如此吓人，但运行原理跟我们平常乘坐的住宅电梯无异，都属于牵引式，就是初中物理学过的定滑轮提重物。
简单来说，就是在曳引机上悬挂钢丝绳，载人的轿厢和对重分别挂在两侧。
钢丝绳通过曳引机的带动来提升或放下轿厢。对重的重量与电梯一半定员时的轿厢重量相当，作用是为曳引机所承受的负荷减少50%。
电梯基本构造和原理示意图
上海中心大厦的运行距离达到578.5米，曳引用的钢丝绳长度达600米。
600米的钢丝绳什么概念？
起码15吨，不算轿厢，曳引机光扯钢丝绳就够喝一壶了，怎么提速？
三菱电机研发了密度大、直径粗并能保证强度的新结构曳引钢丝绳，强度是原来的1.5倍，重量减少30%，而且还不易拉伸，减小乘客在乘梯时的上下晃动。
电梯保养其中一个项目是察看钢丝绳的伸张力。钢丝绳一头牵着轿厢，一头挂着对重，在引轮上无数次摩擦，时间久了会产生硬点。
保养人员会凭肉眼观察钢丝绳的磨损情况，一旦发现米粒大小的硬点，马上采取应对措施：为保证钢丝绳拉升度的一致，将整套钢丝绳全部更换。
各种口径的电梯用钢丝绳
好了，我们来算一算。
钢丝绳减重30%，也有10.5吨，轿厢限载21人，即2.1吨，再加上自重，保守估计接近15吨。
要拉着重量如此大的玩意儿以20m/s的速度运行，曳引机的动力相当恐怖。
三菱电机将一台强劲的永磁电机和两块大容量控制面板组合成了新型曳引机，电容量为310kWh(电量单位：千瓦时），最大产生1000马力，是小汽车的10倍。
高速曳引机常常因为体积巨大，在吊装过程中出现不少问题，为此，该新型曳引机的机体厚度比普通电机足足减少了10%。三菱电机研发人员表示：
“为了保证超高速电梯的运载安全性和舒适性，500米以上的超高提速非常关键，悬垂轿厢的钢丝绳的自身重量增加，意味着满足安全率的难度随之增加。”
新型曳引机配备了高度耐磨损性和耐热冲击性的陶瓷制动器安全装置，并为电梯安装了多个冲程为7.3米的三级结构缓冲器。
为了减小由于导轨变形及连接处不平而产生的横向晃动，三菱电机开发了主动滚动导靴。通过传感器检测轿厢振动，对轿厢施加一个和振动方向相反的力，从而减小横向晃动。
1000马力的新型曳引机
03我们天天乘坐的电梯，到底是咋样安装进大楼里的？
上海中心大厦高速电梯安装工程项目负责人、上海三菱电梯重大项目工程总监俞建民介绍说：
“电梯是一个特殊的设备，它的最后一步不是在工厂里完成的，而是要依靠安装工人在建筑物的井道里一点一点拼接完成。”
一般电梯都是在大楼封顶断水后，在塔吊未拆除之前进场安装，那时候大楼主体完工，土建收口，拽引机、钢丝绳等大型部件可以利用塔吊吊装到楼顶。
大楼内已经预留好电梯井，电梯所有零散部件的组装工作都在电梯井内完成。
不管是高层电梯还是低层电梯，安装步骤基本一致： 放线、立导轨、装轿厢、调试。
重点说说放线，这是电梯安装的重中之重。
电梯轿厢升降全靠导轨的导向，而导轨的安装精度决定于放线定位，想要电梯在每层的停靠位置正对着电梯门，这一步最为关键，“差之毫厘，谬以千里”，在电梯安装里，指的就是放线。
对于一般电梯，常用方法是放两根门线（铅垂线），测量井道的垂直度何不合格，根据数据来确定机房门线和机房中心线，再依照机房图纸的尺寸确定导轨中心线及副导轨（对重用）中心线。
高层电梯安装的公差比低层要小很多，前者运行速度高，一般都采用滚轮导靴，滚轮导靴对导轨的垂直度要求很高，如果误差稍大势必影响日后的运行舒适感。
俞建民在电梯井内工作
上海中心大厦的超高速电梯运行距离如此之长，采用的放线方法会不会高级很多？
答案你可能想不到。
前文提到，一般电梯安装要等到电梯井的土建施工全部完成后才能动手，但超高层建筑的施工期相当长，等楼建好了再装电梯，会延迟大楼竣工时间。
为解决这个难题，上海中心大厦采用的是超高层电梯的分段安装方案，由俞建民带领同事们设计开发。
“当电梯井的土建施工到达中间区域时，井道的上部继续土建施工，而下部进行电梯安装。”
大厦电梯井的一半，近300米的高度差，用激光投射是很多工程师的首选，然而俞建民经过多次试验，却发现效果并不理想。
他最终采用的放线方法是，用有韧性的钢琴丝做铅垂线，“不容易打折还能挂住重物，垂下时绷得笔直笔直。”
这还不是最大问题，由于是分段放线，要保证将来上下两部分的导轨既要垂直划一，还要看不见对接的痕迹和偏斜。俞建民团队需要做到的是，确保从中间到底层、从顶层到底层的两条放线重合。
放线顺利完成后，立导轨的时候只要严格按照放线定位来完成，问题不大。大楼封顶后，利用塔吊把巨型的曳引机安装在机房承重梁上，同理吊装好钢丝绳。
塔吊吊装
轿厢的安装也很简单，先安装轿厢底板、上梁、立柱、然后拼轿厢，把几块围板像拼积木一样拼好即可。
好了，上海中心大厦超高速电梯安装完毕，经过调试后会达到什么效果？
“俞建民在电梯轿厢四个角落和中央分别竖起五枚硬币，从地下二层到119 层展望台的 55秒里，硬币全部没有翻倒甚至滚动。”
这就是日本人发明的，让外行人最直接感受到电梯安全性和舒适性的“立镚不倒试验” 。
“立镚不倒试验”
04亚洲国家普遍人口密度大，在土地有限的情况下，建筑只能往纵深发展，作为大楼的“血管”，电梯已经离不开人类的日常生活。
随着超高层建筑不断拔地而起，就算是高速梯，也满足不了巨量的运力需求，超高速电梯应运而生。
不可否认，日本的确是世界上研发超高速电梯的佼佼者，早在上世纪60年代末，日立就在当时的超高层建筑先驱“霞之关大厦”里安装了速度达5m/s的电梯，那是当时世界上最快的电梯。
日本人口稠密，为解决燃眉的需求，政府和大企业投入了很大的科研力量去研发超高速电梯，“超高速和大容量”，经过近50多年的发展，已经达到相当高的水平。
作为超高速电梯的“心脏”，超高速曳引机的研发是关键所在。目前这个“心脏”基本为国外品牌垄断。令人可喜的是，在查找国产超高速电梯时，发现了以下信息：
苏州帝奥电梯有限公司成功研发超高速电梯曳引机，体积是普通曳引机的15倍，速度每秒可达13米，是目前国内最快。这台曳引机采用了双支撑结构，制动方式采用碟式制动，制动系统也是德国先进的悬浮式，这一系列先进技术的采用确保了超高速主机的安全可靠性。这款新品将国内电梯品牌的生产、研发技术推向世界先进水平。
期待在不久的将来，我们走进国产摩天大楼里的超高速电梯，按钮时瞅见的也是国产的铭牌。
国产超高速电梯曳引机
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