船用電梯的設(shè)計(jì)方案

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近幾年我國船舶工業(yè)以每年10﹪～15﹪的速度持續(xù)增長，2004年全國造船產(chǎn)量已達(dá)850萬噸，占世界市場份額的 15﹪，造船產(chǎn)量連續(xù)10年居世界第三位。伴隨社會生活條件的穩(wěn)步提高，船員追求舒適生活環(huán)境的愿望逐漸強(qiáng)烈，在大、中型船舶上安裝船用電梯的需求日益旺盛，市場前景廣闊。

　　與西方發(fā)達(dá)國家的造船業(yè)相比，我國船用配套設(shè)備的國產(chǎn)化水平較低，如國產(chǎn)船用設(shè)備的裝船率只有50%。因此，提高船用國產(chǎn)設(shè)備的占有率是國家船舶工業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。由于船用客梯、貨梯相對陸用電梯需求量較小，且具有行業(yè)特征，因而并沒有引起國內(nèi)電梯生產(chǎn)企業(yè)的足夠重視，從而使現(xiàn)有安裝的船用電梯或者依靠于進(jìn)口，或者是在陸用電梯結(jié)構(gòu)及技術(shù)基礎(chǔ)上的簡單改造，這與我國船舶工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r是不協(xié)調(diào)的。因此深入進(jìn)行船用電梯技術(shù)方面的研究設(shè)計(jì)是必要的。

　　船用電梯與陸用電梯存在較大差異。首先，陸用電梯的廣泛應(yīng)用使得其技術(shù)發(fā)展相對成熟，我國根據(jù)國情并參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)先后制定了一系列國家標(biāo)準(zhǔn)對電梯的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、改造、維護(hù)維修做出規(guī)定，如國標(biāo)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》對陸用電梯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有詳細(xì)要求，使企業(yè)有章可循，促進(jìn)了電梯行業(yè)的健康快速發(fā)展。而船用電梯由于處在江河、大海環(huán)境中運(yùn)行，因而對產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計(jì)的要求具有其特殊性。結(jié)合現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T 3567-93《船用乘客電梯》及CB/T 3878-1999《船用載貨電梯》，綜合而言，差別主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、船用電梯工作氣候環(huán)境相對惡劣，主要包括以下兩個方面：

　　1)系統(tǒng)高低溫設(shè)計(jì)：

　　設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度區(qū)間相對更大，如陸用電梯正常工作溫度要求在5°～40°之間，而船用乘客電梯工作環(huán)境溫度要求在-10～+50°之間，船用貨梯正常工作環(huán)境溫度甚至要求在-25～+45°區(qū)間內(nèi)。顯而易見，船用電梯系統(tǒng)部件要能承受更低的環(huán)境溫度，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時需要考慮到所用材質(zhì)在低溫下容易變脆，繼電器易出現(xiàn)故障等因素，采取相應(yīng)措施加以解決。同樣系統(tǒng)在高溫下的熱設(shè)計(jì)也不容忽視，因?yàn)榄h(huán)境溫度的升高，會使某些元器件的失效率增大。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時除了正確選用、老化篩選器件外，還需充分利用傳導(dǎo)、輻射、對流等冷卻技術(shù)解決散熱問題，最終使控制系統(tǒng)通過高低溫試驗(yàn)，以滿足船舶檢驗(yàn)局的相關(guān)技術(shù)條件要求。

　　2)船用電梯的三防設(shè)計(jì)：

　　三防設(shè)計(jì)是指防潮濕、防鹽霧、防霉菌設(shè)計(jì)。江河特別是海上氣候環(huán)境變化大，因此在船用電梯標(biāo)準(zhǔn)中對此專門提及，如船用電梯工作條件中“空氣相對濕度為95%并有凝露”，“周圍介質(zhì)中有鹽霧、油霧和霉菌”。一方面潮濕的環(huán)境會造成水汽凝結(jié)，并直接造成產(chǎn)品的絕緣電阻降低，可出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。另一方面元器件在潮濕中工作，其吸潮作用將導(dǎo)致介電常數(shù)變化，介質(zhì)損耗增大，金屬腐蝕加快，使得產(chǎn)品可靠性大大降低。而鹽霧是一種氣溶膠狀體，一旦元件表面形成含鹽水膜的附著，將加速金屬材料的腐蝕，也降低了電子產(chǎn)品的絕緣電阻值。霉菌則屬于真菌，可以導(dǎo)電，它所造成的危害 主要包括：

　　a、可使產(chǎn)品的絕緣電阻和抗電強(qiáng)度大幅度下降，微型電路板上的霉菌可使線路間短路;

　　b、使金屬材料腐蝕，天然橡膠件破壞;

　　c、漆膜會被穿透，從而失去保護(hù)作用。

　　三防設(shè)計(jì)的基本原則是對關(guān)重件采用密封結(jié)構(gòu)及提高元件、材料防腐、絕緣等級，比如電機(jī)、接觸器、繼電器盡量采用船用電器等。

　　2、船用電梯與陸用電梯的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)差異：

　　陸用電梯的機(jī)房絕大多數(shù)設(shè)在建筑物頂部，這種布局系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，且建筑物頂部受力相對最小。船用電梯則不然，由于船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局的多樣化，直接決定了船用電梯的整體布置形式，由此導(dǎo)致了船用電梯的機(jī)房位置隨意性大，根據(jù)需要可能會在圍井附近的任意位置，大多不局限于頂部，從而造成船用電梯曳引方式、曳引比、驅(qū)動主機(jī)位置、對重及廳門位置等整體結(jié)構(gòu)的一系列變化。因而每臺電梯的設(shè)計(jì)均應(yīng)充分考慮圍井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因地制宜，以最合理的設(shè)計(jì)方案，最可靠的產(chǎn)品性能滿足用戶的使用要求。

　　3、船用電梯運(yùn)行的特殊性：

　　由于船用電梯在船舶航行過程中仍然要滿足正常使用要求，因而船舶運(yùn)行中的搖擺升沉，將對電梯的機(jī)械強(qiáng)度、安全可靠性產(chǎn)生較大影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時不容忽視。船舶在風(fēng)浪中航行產(chǎn)生的搖蕩有橫搖、縱搖、艏搖、垂蕩(又稱升沉)、橫蕩、縱蕩六種形式，其中橫搖、縱搖及垂蕩對船舶設(shè)備的正常運(yùn)行影響相對較大。在船用電梯標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：船舶橫搖±10°以內(nèi)，搖擺周期10S，縱搖±5°以內(nèi)，搖擺周期7S，垂蕩≤3.8m，電梯可以正常運(yùn)行。且要求在船舶最大橫搖角±30°以內(nèi)，搖擺周期10S，最大縱搖角±10°以內(nèi)，搖擺周期7S以下，電梯不應(yīng)損壞。鑒于此類條件，船舶搖蕩時船用電梯的導(dǎo)軌、轎廂受到的水平方向作用力大大增強(qiáng)，相應(yīng)地應(yīng)提高該方向上結(jié)構(gòu)部件的受力強(qiáng)度，避免結(jié)構(gòu)變形甚至損壞造成停梯事故。設(shè)計(jì)中采取的措施包括減小導(dǎo)軌支架間距，增加導(dǎo)軌截面尺寸等。電梯門應(yīng)加裝船體搖蕩時防止自然打開和突發(fā)關(guān)閉的裝置，以避免門系統(tǒng)的誤動作，或造成安全事故。驅(qū)動主機(jī)采取抗震設(shè)計(jì)，以防止船體大幅度搖蕩時發(fā)生傾覆、移位事故。船舶運(yùn)行時的搖擺震動，還會對電梯的懸吊部件產(chǎn)生較大影響，如轎廂與控制柜之間傳輸信號的隨行電纜，應(yīng)該采取措施加設(shè)保護(hù)來防止危險，以免因?yàn)殡S行電纜的搖蕩引起與圍井內(nèi)電梯部件的相互纏繞，損壞設(shè)備。鋼絲繩也要設(shè)置防脫落裝置等等。船舶正常航行時所產(chǎn)生的振動頻率為0～25HZ，全幅值2mm，而電梯轎廂的垂向振動頻率上限一般在30HZ以下，可見存在產(chǎn)生共振的可能，因此應(yīng)采取相應(yīng)預(yù)防措施以避免諧振。控制系統(tǒng)中的接插件應(yīng)采取防松動措施，以免因震動引起系統(tǒng)故障。電梯控制柜應(yīng)進(jìn)行沖擊、震動試驗(yàn)。

　　另外為保證設(shè)備安全及提高系統(tǒng)自動化水平，可考慮設(shè)置船舶搖蕩檢測裝置，當(dāng)海況指標(biāo)超出船用電梯可接受的正常工作范圍時發(fā)出報警信號，停止電梯的運(yùn)行，同時通過航行固定裝置把轎廂與對重分別穩(wěn)固在電梯圍井的某一位置上，避免轎廂及對重隨船體作慣性振蕩，從而引起電梯零部件的損壞。

　　4、船用電梯與陸用電梯的控制系統(tǒng)差異：

　　1) 控制功能差別：

　　船用電梯的檢修運(yùn)行試驗(yàn)要求：

　　層門打開可運(yùn)行、轎門打開可運(yùn)行、安全門打開可運(yùn)行、超載時可運(yùn)行。

　　2) 電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　電梯是頻繁啟動的大容量電器，不可避免會產(chǎn)生電磁干擾，若不加以控制解決，其電子輻射將影響船舶上的其它電子設(shè)備。輕者可影響產(chǎn)品精度，重者能使設(shè)備無法正常工作。另外電梯也不應(yīng)被其它電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射所影響，特別是電梯的安全電路、控制信號電路應(yīng)采取可靠的隔離措施。整梯設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用屏蔽設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、濾波設(shè)計(jì)、隔離設(shè)計(jì)等電磁兼容性設(shè)計(jì)方案，最大限度地削弱甚至消除電磁干擾，避免船舶電氣系統(tǒng)之間正常使用時的相互影響。

　　通過上述分析可以看出，船用電梯的技術(shù)設(shè)計(jì)主要是針對其所處江河、海上復(fù)雜環(huán)境展開的，多種因素中對設(shè)備影響最大的是船舶在航行時海浪作用下的搖擺及垂蕩，因而在船用電梯設(shè)計(jì)過程中除了要使用相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行必要的系統(tǒng)仿真外，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型時還應(yīng)考慮利用海況模擬臺進(jìn)行有針對性的抗搖擺振動試驗(yàn)。