淺析船用電梯設計

 隨著國民經濟的快速發展，近幾年我國船舶工業以每年10﹪～15﹪的速度持續增長，2004年全國造船產量已達850萬噸，占世界市場份額的15﹪，造船 產量連續10年居世界第三位。伴隨社會生活條件的穩步提高，船員追求舒適生活環境的愿望逐漸強烈，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。

　　與西方發達國家的造船業相比，我國船用配套設備的國產化水平較低，如國產船用設備的裝船率只有50%。因此，提高船用國產設備的占有率是國家船舶工業 持續發展的必然趨勢。由于船用客梯、貨梯相對陸用電梯需求量較小，且具有行業特征，因而并沒有引起國內電梯生產企業的足夠重視，從而使現有安裝的船用電梯或者依靠于進口，或者是在陸用電梯結構及技術基礎上的簡單改造，這與我國船舶工業的發展狀況是不協調的。因此深入進行船用電梯技術方面的研究設計是必要 的。

　　船用電梯與陸用電梯存在較大差異。首先，陸用電梯的廣泛應用使得其技術發展相對成熟，我國根據國情并參照歐洲標準先后制定了一系列國家標準對電梯的設計、生產、安裝、改造、維護維修做出規定，如國標gb 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》對陸用電梯的設計生產有詳細要求，使企業有章可循，促進了電梯行業的健康快速發展。而船用電梯由于處在江河、大海環境中運行，因而對產品技術設計的要求具有其特殊性。結合現有的行業標準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，差別主要表現在以下幾個方面：

　　1、船用電梯工作氣候環境相對惡劣，主要包括以下兩個方面：

　　1)系統高低溫設計：

　　設備運行環境溫度區間相對更大，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境溫度要求在-10～+50°之間，船用貨梯正 常工作環境溫度甚至要求在-25～+45°區間內。顯而易見，船用電梯系統部件要能承受更低的環境溫度，故系統設計時需要考慮到所用材質在低溫下容易變脆，繼電器易出現故障等因素，采取相應措施加以解決。同樣系統在高溫下的熱設計也不容忽視，因為環境溫度的升高，會使某些元器件的失效率增大。因此系統設 計時除了正確選用、老化篩選器件外，還需充分利用傳導、輻射、對流等冷卻技術解決散熱問題，最終使控制系統通過高低溫試驗，以滿足船舶檢驗局的相關技術條件要求。

　　2)船用電梯的三防設計：

　　三防設計是指防潮濕、防鹽霧、防霉菌設計。江河特別是海上氣候環境變化大，因此在船用電梯標準中對此專門提及，如船用電梯工作條件中“空氣相對濕度為 95%并有凝露”，“周圍介質中有鹽霧、油霧和霉菌”。一方面潮濕的環境會造成水汽凝結，并直接造成產品的絕緣電阻降低，可出現漏電現象。另一方面元器件在潮濕中工作，其吸潮作用將導致介電常數變化，介質損耗增大，金屬腐蝕加快，使得產品可靠性大大降低。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，也降低了電子產品的絕緣電阻值。霉菌則屬于真菌，可以導電，它所造成的危害主要包括：

　　a、可使產品的絕緣電阻和抗電強度大幅度下降，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，從而失去保護作用。

　　三防設計的基本原則是對關重件采用密封結構及提高元件、材料防腐、絕緣等級，比如電機、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計結構差異：

　　陸用電梯的機房絕大多數設在建筑物頂部，這種布局系統結構最簡單，且建筑物頂部受力相對最小。船用電梯則不然，由于船體結構設計布局的多樣化，直接決定了船用電梯的整體布置形式，由此導致了船用電梯的機房位置隨意性大，根據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、驅動主機位置、對重及廳門位置等整體結構的一系列變化。因而每臺電梯的設計均應充分考慮圍井的結構特點，因地制宜，以最合理的設計方案，最可靠的產品性能滿足用戶的使用要求。

　　3、船用電梯運行的特殊性：

　　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，因而船舶運行中的搖擺升沉，將對電梯的機械強度、安全可靠性產生較大影響，結構設計時不容忽視。船舶在風浪中航行產生的搖蕩有橫搖、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備的正常運行影響相對較大。在船用電梯標準中規定：船舶橫搖±10°以內，搖擺周期10s，縱搖±5°以內，搖擺周期7s，垂蕩≤3.8m，電梯可以正常運行。且要求在船舶最大橫搖角±30°以內，搖擺周期10s，最大縱搖角±10°以內，搖擺周期7s以下，電梯不應損壞。鑒于此類條件，船舶搖蕩時船用電梯的導軌、轎廂受到的水平方向作用力大大增強，相應地應提高該方向上結構部件的受力強度，避免結構變形甚至損壞造成停梯事故。設計中采取的措施包括減小導軌支架間距，增加導軌截面尺 寸等。電梯門應加裝船體搖蕩時防止自然打開和突發關閉的裝置，以避免門系統的誤動作，或造成安全事故。驅動主機采取抗震設計，以防止船體大幅度搖蕩時發生傾覆、移位事故。船舶運行時的搖擺震動，還會對電梯的懸吊部件產生較大影響，如轎廂與控制柜之間傳輸信號的隨行電纜，應該采取措施加設保護來防止危險，以 免因為隨行電纜的搖蕩引起與圍井內電梯部件的相互纏繞，損壞設備。鋼絲繩也要設置防脫落裝置等等。船舶正常航行時所產生的振動頻率為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，可見存在產生共振的可能，因此應采取相應預防措施以避免諧振�？刂葡到y中的接插件應采取防松動 措施，以免因震動引起系統故障。電梯控制柜應進行沖擊、震動試驗。

　　另外為保證設備安全及提高系統自動化水平，可考慮設置船舶搖蕩檢測裝置，當海況指標超出船用電梯可接受的正常工作范圍時發出報警信號，停止電梯的運行，同時通過航行固定裝置把轎廂與對重分別穩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差異：

　　1) 控制功能差別：

　　船用電梯的檢修運行試驗要求：

　　層門打開可運行、轎門打開可運行、安全門打開可運行、超載時可運行。

　　2) 電磁兼容性設計

　　電梯是頻繁啟動的大容量電器，不可避免會產生電磁干擾，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備。輕者可影響產品精度，重者能使設備無法正常工作。另外電梯也不應被其它電子設備產生的電磁輻射所影響，特別是電梯的安全電路、控制信號電路應采取可靠的隔離措施。整梯設計中合理運用屏蔽設 計、接地設計、濾波設計、隔離設計等電磁兼容性設計方案，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，船用電梯的技術設計主要是針對其所處江河、海上復雜環境展開的，多種因素中對設備影響最大的是船舶在航行時海浪作用下的搖擺及垂蕩，因而在船用電梯設計過程中除了要使用相關的計算機軟件進行必要的系統仿真外，在產品設計定型時還應考慮利用海況模擬臺進行有針對性的抗搖擺振動試 驗。