CN114074875B - 一种电梯吸能缓冲结构、一体化电梯轿厢笼架及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种电梯吸能缓冲结构、一体化电梯轿厢笼架及其制备方法，属于电梯制造技术领域，具体方案如下：一种电梯吸能缓冲结构，其特征在于：包括若干个曲面弹片，所述若干个曲面弹片均布固定设置在电梯轿厢底面周边，每个所述曲面弹片的横截面自轿厢底边至曲面弹片远离轿厢底边的边缘纵向轴线呈‘S’形，所述若干个曲面弹片从轿厢的底边处向轿厢的中轴线处向下延伸并聚拢。发明的厢底耐损毁不反弹的电梯吸能缓冲结构件相对比传统电梯缓冲器具有的优点：制造无污染，节约电能；安装简单，耐候性强；缓冲有效距离长，且占用距离节约70％；坠梯至底部无震动或反弹；整体的吸能缓冲结构件起到导流罩作用。

Description

一种电梯吸能缓冲结构、一体化电梯轿厢笼架及制备方法

技术领域

本发明属于电梯制造技术领域，具体涉及一种电梯吸能缓冲结构、一体化电梯轿厢笼架及其制备方法。

背景技术

电梯成为民用建筑、商场、车站、机场等场所中必备的设施，给人们的出行带来了方便。但现有的电梯轿厢及缓冲器的主要存在以下问题：金属厢体重，故障率高，能耗大，维护成本高；现场组装尺寸误差大，导致震动且噪音大；缓冲器吸能效果差，安装施工条件复杂，价格高，底坑返水隐患多；无法满足老楼加装电梯的需求，施工慢，导致成本高；

近些年来电梯事故频发，其中不乏因为轿厢结构变形造成。电梯轿厢安全性能中的强度指标主要取决于其结构和材质，传统工艺是使用厚重的T型钢立柱，轿厢的强度虽然提高了，但是轿厢的重量加重，电梯的驱动主机的功率及电流需要相应提高，由于电梯自重较大，震动和噪音随之而来，使得电梯使用寿命变短，并且在运行过程中耗电量很大，这样不仅增加了运行成本，也使得电梯轿厢因为过重而给后期的安装、维护带来了很多不便。

传统电梯轿厢框架多数在施工现场组装，轿厢结构组件存在结构强度低、抗偏载能力差的问题。现有的轿厢壁有轿壁板、上连接角铁、下连接角铁、加强筋等零件焊接或粘合成一体，零件较多，结构复杂，安装起来也较为繁琐。高速电梯在井道中运行时，由于轿厢运动速度很快，与普通电梯相比，受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响更大。由于电梯轿厢底部是凹凸不平的，电梯高速运行时，空气难于流通，甚至影响轿厢的平稳运行，对曳引能力也是一种考验。部分在电梯轿厢的上下设置导流罩。但现有的导流罩通风不顺且罩层内死角较多，导致导流罩层内湿度过高，罩层内的设备长期处于潮湿环境容易腐蚀，降低了电梯安全性，缩短了电梯的使用寿命。

传统电梯对坠梯进行的保护措施是：在井道底坑中心处垂直安装电梯缓冲器，从而对失控下坠的轿厢起到缓冲吸能的作用，进而缓解坠梯对人进行的撞击伤害，目前缓冲器弹簧+油缸组合工作，其缓冲距离等于油缸的伸缩值，缓冲作用极小，人员的安全得不到保证，同时轿厢容易损坏。电梯缓冲器从购买，安装，使用，维护，存在如下问题：较高层，承重高的电梯缓冲器结构复杂，维护繁琐，购买和维护成本价格也较高；在井道底处下挖深度2米的底坑，回填水泥后安装电梯缓冲器，安装施工周期长；电梯缓冲器每年需要保养及检测性能，三年更换液压油。

现有技术中，电梯缓冲装置采用：

①矮楼层电梯采用直压式底坑缓冲装置，此种缓冲装置不仅缓冲行程小，且缓冲性能差，容易造成因失速坠落的电梯轿厢的损坏，并导致电梯轿厢内乘客的伤亡。

②高层及承重电梯采用的是弹簧缓冲器的缓冲装置，弹簧缓冲器是蓄能型缓冲器，因为弹簧缓冲器在受到冲击后，它将轿厢的动能和势能转化为弹簧的弹性势能，由于弹簧的反力作用，使轿厢得到缓冲、减速，但当弹簧压缩到极限位置后，弹簧释放缓冲过程中的弹性势能使轿厢反弹上升，撞击速度较高，反弹速度越大，并反复进行，直至弹力消失、能量耗尽，电梯才能完全静止，反复的反弹对乘客造成二次伤害。因此弹簧缓冲器存在着缓冲后容易回弹现象以及缓冲不平稳的缺点；多数电梯的液压耗能式缓冲器存在着使用寿命短，缓冲质量差，在电梯轿厢发生坠梯后，乘客有着明显的抖动感的问题。

电梯缓冲器大约需要2米深的底坑，底坑极易产生积水，电梯底坑积水不良影响有：

①电梯底坑积水会使原本被安装在底坑的机电装置与线路完全浸泡在水中，如导轨、缓冲器、限速器钢丝绳张紧装置、限位开关、极限开关等。一旦积水过多，电梯补偿链等部件被浸泡在水中后，会将水带起并粘到电梯的轿厢门机或接线盒等部位。

②电梯井道本处于四面封闭的空间状态内，一旦底坑积水时间较长，积水逐渐蒸发产生的湿气会聚集在井坑之内，还会附着在相关装置和电梯线路上腐蚀缓冲器加速老化，甚至直接造成缓冲器机构失灵。电梯井道长时间的潮湿环境会加快腐蚀电梯轿厢，尤其是电梯厢底结构。

老楼加装电梯施工过程中对电梯轿厢及吸能装置的特殊要求：

①由于老小区单元前有错综复杂的各种类型老管线：上水管线、下水管线、燃气管线、供热管线、供电线路、宽带运营商线路等，不具备挖2米深坑的施工条件，造成部分老楼加装电梯无法实施。

②老楼加装电梯为了不对一侧房屋产生挡光影响，井道多数是安装在外楼体，井道壁多为玻璃钢透明材质，外部温度对金属材质的电梯轿厢一侧的温度影响较大，金属材质的电梯轿厢一侧热膨胀后的尺寸不均衡变化会对运行中轿厢的稳定性和噪音都有影响。

③老小区用户对电梯的要求：安全、节能、噪音低、施工周期短，目前传统电梯厂家不能全方位实现。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决现有的电梯缓冲器结构复杂、施工时间长，且容易造成电梯底坑积水的问题，提供一种电梯吸能缓冲结构。

本发明的第二个目的是为了减小曳引机的运载功率，降低电梯运行耗电量，提高轿厢尺寸精度和一体化结构，减少震动及噪音，提高电梯井道截面积的利用率，提供一种电梯轿厢笼架。

本发明的第三个目的是提供一种电梯轿厢笼架的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种电梯吸能缓冲结构，包括若干个曲面弹片，所述若干个曲面弹片均布固定设置在电梯轿厢底面周边，每个所述曲面弹片的中轴线自近轿厢底边的边缘至曲面弹片远离轿厢底边的边缘呈‘S’形，所述若干个曲面弹片从轿厢的底边处向轿厢的中轴线处向下延伸并聚拢。

一种一体化电梯轿厢笼架，包括电梯轿厢框架和所述的电梯吸能缓冲结构，所述电梯吸能缓冲结构固定设置在电梯轿厢框架的底部边缘处。

一种一体化电梯轿厢笼架的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制作电梯轿厢框架坯件：电梯轿厢框架工装内模为立方体框架，组成立方体框架的每个棱柱的横截面均为三级台阶的形状，在各棱柱第二级台阶的立面和平面上缠绕若干层连续纤维增强复合材料窄带，得到电梯轿厢框架坯件，组成电梯轿厢框架坯件的每个棱柱的横截面呈‘L’形；

步骤二、制作提升托架：电梯轿厢框架工装内模的上表面、下表面和两侧壁的中部均固定设置有两块相互平行的挡板，组成提升托架工装内模，每个挡板外侧壁均设置有凹槽Ⅰ，在凹槽Ⅰ内缠绕若干层连续纤维增强复合材料窄带得到两组提升托架坯件，

步骤三、制作电梯吸能缓冲结构坯件：固定在电梯轿厢框架工装内模底部内边缘的电梯吸能缓冲结构内模为若干个曲面板，每个曲面板的下表面均设置有与曲面弹片相适配的凹槽Ⅱ，沿立方体框架各棱柱向凹槽Ⅱ内铺设若干层连续纤维增强复合材料窄带得到电梯吸能缓冲结构坯件，铺设在凹槽Ⅱ内的连续纤维增强复合材料窄带呈扇形分布；

步骤四、在电梯轿厢框架坯件、提升托架坯件和电梯吸能缓冲结构坯件组成电梯轿厢笼架，电梯轿厢笼架的外表面铺设厚度为1-20mm，与对应坯料同尺寸的硅胶片，然后合上与各内模相适配的外模，将外模和内模禁锢好组成一体化轿厢成型工装；

步骤五、固化过程：将一体化轿厢成型工装送进加热箱内，用30-150分钟升温至90-220℃，恒温30-300分钟后开始降温，用30-150分钟降温至80℃以下，打开加热箱取出一体化轿厢成型工装；

步骤六、起模过程：卸下外模，剥离硅胶片，从内侧卸下内模得到一体化的电梯轿厢笼架。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明轻质一体化浅底坑电梯是未来发展必然趋势，可广泛的应用在承重电梯、高速电梯、液压电梯、船用电梯、别墅家用电梯及老楼加装电梯领域，能提升不同动力类型电梯(曳引动力、液压动力及强拉动力)的效率，本发明能解决目前电梯存在的技术问题有：

一.轻质一体化浅底坑电梯轿厢，结构简单、安装方便。因为电梯轿厢采用复合材料制成，大幅减少了电梯轿厢的自身重量，进而增加了电梯载重量。解决的技术问题是：能有效的减小曳引机的运载功率，降低了电梯运行耗电量，节约了电梯运行成本，减少了因重量高引起的故障，此外由于复合材料不同于金属材料，降低了金属屏蔽效应对轿厢内手机信号的干扰力，满足了人们在电梯内的正常通信、流量需求。由于轿厢使用一次性成型，所以制作方便、生产周期大大缩短，减少了传统轿厢制作的很多中间环节(如剪板、激光、冲孔、折弯、焊接、粘贴、喷漆等)，不会产生二次污染和物料损耗等，有效的节约了人力和物力资源的浪费。

二.因为连续纤维增强复合材料具有密度低、荷重比高、热胀冷缩系数低、环保、防腐的特点，所以连续纤维增强复合材料加工出来的一体化电梯产品具备结构稳定、耐毁性强、方便安装维保、噪音低、耐候性强等优点，解决了人民对电梯需求的方向：安全、节能(减轻电梯移动部件的质量)、静音及环保。连续纤维增强复合材料制造的一体化轿厢不仅侧面外观简洁美观，且整体结构不像铸钢件及螺栓类的突起，避免了勾带异物的可能性，轻质一体化浅底坑电梯具有较小占用顶部空间和较大的轿厢有效横截面积，增加了井道使用率，结构稳定安全且没有维护保养项。

三.本发明轿厢框架精度高：省去传统金属轿厢框架螺栓连接，这样不仅减少了安装费用及调试工序，在安装时仅需一人便可完成，大大减小了安装工人的劳动强度和潜在危险系数。因是复合材料一体成型制造，可以轻易、便捷的安装进井道内，轿厢侧壁镶嵌在框架组装成型即可，保证轿厢的精度，提高轿厢运行的平稳性。

四.本发明的厢底耐损毁不反弹的减震吸能结构件相对比传统电梯缓冲器具有：

1：制造无污染，节约电能；

2：安装简单，耐候性强；

3：缓冲有效距离长，且占用距离节约70％；

4：坠梯至底部无震动或反弹；

5：整体的吸能缓冲结构件起到导流罩作用；

由吸能缓冲结构件组成的导流罩因为有缝隙的原因，保证了罩层内及厢底气流能顺畅流通，能及时地将罩层内的潮湿气体带走，解决传统电梯厢底长期处于潮湿环境而导致腐蚀。

电梯吸能缓冲结构由于铺层以及结构的特性，在结构压溃的过程中更容易发生材料内部的相互摩擦以及相互挤压，所以具有较高的比吸能。本发明涉及的结构具有：比吸能大、变形协调性与引导性强、设计方案灵活等优点，既可以降低吸能结构的重量，又可以提高吸能结构的碰撞安全性，也可将吸能缓冲结构件安装在已有的老电梯轿厢底部，有效实现电梯的安全与轻量化的目标。

附图说明

图1是电梯轿厢笼架结构示意图；

图2是电梯轿厢笼架局部结构示意图；

图3是电梯轿厢成型工装内模结构示意图一；

图4是电梯轿厢成型工装内模结构示意图二；

图5是电梯轿厢成型工装内部结构示意图三；

图6是电梯轿厢成型工装整体结构示意图；

图7是本发明及传统液压缓冲吸能结构受荷载的位移图；

图8是曲面弹片模型示意图；

图中：1、曲面弹片，2、电梯轿厢框架内模，3、提升托架工装内模，4、电梯吸能缓冲结构内模，5、外模，11、弧面Ⅰ，12、弧面Ⅱ，13、窗口，31、挡板，32、凹槽Ⅰ，41、凹槽Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图1-7和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

具体实施方式一：

一种电梯吸能缓冲结构，包括若干个曲面弹片1，所述若干个曲面弹片1均布固定设置在电梯轿厢底面周边，每个所述曲面弹片1的中轴线自近轿厢底边的边缘至曲面弹片1远离轿厢底边的边缘呈‘S’形，所述若干个曲面弹片1从轿厢的底边处向轿厢的中轴线处向下延伸并聚拢。

进一步的，所述曲面弹片1包括弧面Ⅰ11和弧面Ⅱ12，所述弧面Ⅰ11与电梯轿厢底边固定连接，所述弧面Ⅰ11凸向电梯轿厢的中轴线，所述弧面Ⅱ12与弧面Ⅰ11的凸向相反，所述弧面Ⅱ12与弧面Ⅰ11一体成型。

进一步的，所述曲面弹片的模型公式为

其中W为弯曲模量系数，图形如图8，x为了方便取1维，Y与X各维度叠加和(这里都是线性叠加W)的图形关系。

进一步的，所述曲面弹片1的材质为连续纤维增强复合材料，所述连续纤维增强复合材料由增强纤维和基体材料复合形成，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种的组合，所述基体材料包括聚合物基体材料、金属基体材料、陶瓷基体材料中的一种或多种的组合。

进一步的，每个所述曲面弹片1上设置有至少一个窗口13，优选的，在每个窗口3内均填设有蜂窝或泡沫等多孔填充物，在曲面弹片1受到挤压时，窗口13发生形变，可起到吸能的作用。

进一步的，若干个曲面弹片1之间留有间隙，每个曲面弹片1的边缘均呈流线型。

优选的，所述电梯轿厢底面为四边形，所述曲面弹片1的数量为四个，分别设置在电梯轿厢底角固定连接。

优选的，所述电梯轿厢底面为圆形，曲面弹片1的数量为三个、四个、五个或六个或六个以上，均布固定在电梯轿厢底边。

优选的，所述电梯轿厢底面为长方形，曲面弹片1的数量为六个，电梯轿厢的四个底角分别设置有一个曲面弹片1，电梯轿厢底边的两个长边中部分别设置有一个曲面弹片1。

本发明所制备的电梯吸能缓冲结构可以替换掉传统的电梯缓冲器，采用航空航天领域里关于优化机械结构和空间结构轻量化分析和设计的总结经验，把该经验使用在电梯轿厢结构设计上，把复合材料曲面弹片应用在工程类新产品开发上，采用有限元软件应力分析去做电梯轿厢的内部结构优化设计，精细做尺寸、形状、拓扑等优化，目的是提高安全性，舒适性并降低生产成本和使用成本。

本发明所述的电梯吸能缓冲结构，连续纤维增强复合材料铺层方式和曲面弹片的受力结构相组合，在压溃的过程中，吸能缓冲结构更容易发生材料内部的相互摩擦以及曲面弹片结构件间的相互挤压，所以产生较高的比吸能效果。

例如：轿厢自重1.1吨，载客最大值0.8吨，轿厢发生坠梯时的最大冲击负荷19-21KN左右。本发明及传统液压缓冲吸能结构受荷载的位移图如图7所示；A线为本发明吸能缓冲结构：0-A1段：载荷初始阶段，随着载荷增加S形连续纤维增强复合材料曲面弹片的前端受力弯曲，匀速向下产生位移；A1-A2段：当载荷持续加到15KN时，这些受力弯曲的曲面弹片的曲面左右两侧弧形位置产生接触，随着载荷加大两侧弧形位置进行挤压、碰撞，产生溃缩吸能；A2-A3段：残余载荷继续施压至20KN时，左右两侧弧形位置压缩无接触后，S形曲面弹片的后端开始受力逐渐弯曲，进行卸能直至达到35KN载荷，一直起到吸能减震作用。设计每组曲面弹片A2受力点吸能强度的原则不会超过轿厢全重的载荷；A2-A3段为余量。图中，B线为蓄能形缓冲器(弹簧或聚氨酯)；C线为耗能性缓冲器(液压柱)的受荷载的位移图；

通过对比可知，本发明涉及的结构具有：1.线性缓冲递进效果明显，吸能稳定。可根据压溃力大小，灵活设计S形曲面弹片。2.本发明涉及的结构具有：比吸能大、行程长、变形协调性且引导性强、较低的初始峰值压缩力。曲面弹片的前端弹性体蓄力阶段虽然不能吸收较大能量，但有助于降低冲量，有助于降低事故发生时产生的巨大碰撞初始峰值力，可以有效降低初始峰值压缩力，使得压缩曲线更加平稳。3.曲面弹片的后端有助于提高吸能元件在能量吸收时的缓冲能力，且耐撞性高，减小了对轿厢乘客的二次伤害。因为有较长的吸能冲程距离，避免传统轿厢缓冲器无法克服碰撞过程中产生的大能量二次波动。

本发明既可以降低吸能结构的重量，又可以提高吸能结构的碰撞安全性，也可将吸能缓冲结构件安装在已有的老电梯轿厢底部，有效实现电梯的安全与轻量化的目标。

具体实施方式二：

一种电梯轿厢笼架，包括电梯轿厢框架2和如具体实施方式一所述的电梯吸能缓冲结构，所述电梯吸能缓冲结构固定设置在电梯轿厢框架2的底部边缘处。

具体实施方式三：

一种具体实施方式二所述的电梯轿厢笼架的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制作电梯轿厢框架坯件：电梯轿厢框架工装内模2为立方体框架，组成立方体框架的每个棱柱的横截面均为三级台阶的形状，在各棱柱第二级台阶的立面和平面上缠绕若干层连续纤维窄带，得到电梯轿厢框架坯件，组成电梯轿厢框架坯件的每个棱柱的横截面呈‘L’形，‘L’形的棱柱的优点一是强度大，二是方便后续放置电梯轿厢的壁板；

步骤二、制作提升托架坯件：电梯轿厢框架工装内模2的上表面、下表面和两侧壁的中部均固定设置有两块相互平行的挡板31，组成两组相互平行的提升托架工装内模3，每个挡板外侧壁均设置有凹槽Ⅰ32，在凹槽Ⅰ32内缠绕若干层连续纤维窄带得到两组提升托架坯件，

步骤三、制作电梯吸能缓冲结构坯件：固定在电梯轿厢框架工装内模2底部内边缘的电梯吸能缓冲结构内模4为若干个曲面板，每个曲面板的下表面均设置有与曲面弹片1相适配的凹槽Ⅱ41，沿立方体框架各棱柱向凹槽Ⅱ41内铺设若干层连续纤维窄带得到电梯吸能缓冲结构坯件，铺设在凹槽Ⅱ41内的连续纤维窄带呈扇形分布；

步骤四、在电梯轿厢框架坯件、提升托架坯件和电梯吸能缓冲结构坯件组成电梯轿厢笼架，电梯轿厢笼架的外表面铺设厚度为1-20mm，与对应坯料同尺寸的硅胶片，然后合上与各内模相适配的外模5，将外模5和内模禁锢好组成一体化轿厢成型工装；

步骤五、固化过程：将一体化轿厢成型工装送进加热箱内，用30-150分钟升温至90-220℃，恒温30-300分钟后开始降温，用30-150分钟降温至80℃以下，打开加热箱取出一体化轿厢成型工装；

步骤六、起模过程：卸下外模，剥离硅胶片，从内侧卸下内模得到一体化的电梯轿厢笼架。

进一步的，步骤三中，沿立方体框架的棱柱向曲面板的凹槽Ⅱ41内铺设若干层连续纤维窄带得到电梯吸能缓冲结构坯件的具体过程包括以下步骤：

步骤1、将若干条连续纤维窄带从立方体框架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ41的顶端，陆续重复将连续纤维窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ41的顶端呈扇形对接展开，直至铺满一层；

步骤2、将若干条连续纤维窄带从电梯轿厢笼架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ的2/3处，陆续重复将纤维窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ41内呈扇形对接展开；

步骤3、将若干条连续纤维窄带从电梯轿厢笼架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ的1/3处，陆续重复将纤维窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层的过程，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ41呈扇形对接展开；

步骤4、在步骤3铺层后的连续纤维增强复合材料窄带上铺设1-9层与电梯吸能缓冲结构工装内模同尺寸的织物纤维预浸料，重复步骤1至步骤4直至达到设计厚度。

进一步的，步骤二中，位于电梯轿厢框架工装内模2上表面的挡板31的凹槽Ⅰ32的深度大于位于电梯轿厢框架工装内模2下表面和侧壁的挡板31的凹槽Ⅰ32的深度。

本发明所制备的电梯轿厢笼架可提升电梯轿厢结构精度及强度，该电梯轿厢笼架具有高精度、高强度、轻质化、防腐化、静音化、耐损毁及安装维保方便的优点。该结构组件包括：电梯轿厢框架结构件、提升托架结构件及电梯吸能缓冲结构件，这三个结构件全部由连续纤维增强复合材料在成型工装上缠绕及铺层后，经高温高压工艺处理后一体固化成型所得。

本发明所使用的连续纤维增强复合材料是一种多相材料,由两种或多种性质不同的材料组成,主要组分是增强材料与基体材料,先进复合材料与金属相对比，具有力学优势特性方面如下：

1)较高的比强度和比模量；

2)金属材料是各向同性的均质材料,而连续纤维增强复合材料是可设计的各向异性材料,且非均质的；

3)具有良好的抗疲劳性；

4)成型工艺性好，易成型任意型面的零件,可成型出共固化乃至整体式的结构；

5)产品尺寸稳定性强，连续纤维增强复合材料的热膨胀系数低；

6)可大范围设计的层间强度；

结合上述复合材料的力学特点，并设计相互力学的结构组件，发明出合拢的若干个连续纤维增强复合材料曲面弹片，可放置在新、旧轿厢底部，当发生坠梯事件后进行缓冲吸能保护，可取代传统的电梯缓冲器功能。厢底吸能缓冲减震的结构组件主要是利用连续纤维增强复合材料力学的各向异性，经设计后可得出：复合材料的曲面弹片1受到向下垂直力的时候，呈现高韧性的特性。但当连续纤维增强复合材料的曲面弹片受左右水平冲击夹力的时候，曲面弹片1两端因层间强度低呈现出龟裂的特性。发生坠梯形成向下冲击时，曲面弹片1的前端先接触井道底坑形成弯曲进行轿厢缓冲吸能，如果坠梯的势能很高还有向下的冲击力，四个形状相同的曲面弹片1前端与侧端边缘弯曲后会进行接触，会发生水平的碰撞挤压，进而产生溃缩吸能结构，坠梯的势能越大，曲面弹片1前端与侧端溃变的程度越大。龟裂溃缩的复合材料组分中的基体材料会发生损坏但增强材料纤维仍在相连，不会发生坠梯后，轿厢触底馈变后反弹的现象。

轿厢框架结构件：连续纤维增强复合材料立柱围成轿底、轿顶及轿壁的一体化立方体框架。

提升托架结构件：两组从轿厢笼架底部及两侧贴靠立方体立柱平行缠绕，在轿厢笼架顶部经挑高缠绕形成上梁组件，可在两组上梁组件内侧安装定滑轮，从而形成能提拉厢体的结构。

吸能缓冲结构件：从电梯轿厢笼架四个底角处向轿底中心方向延伸，各延伸出一个独立的连续纤维增强复合材料曲面弹片，四个曲面弹片合拢形成近似成为一个向下的圆锥型导流罩。一套电梯吸能缓冲结构件也可以单独制作成型，安装在传统金属电梯轿厢底部，将旧底坑加高适当高度后，替代传统的电梯缓冲器。

因为电梯轿厢完全采用复合材料制成，不仅大幅减少了电梯轿厢的自身重量，并且还具有：结构公差低、耐候性强、稳定性高、牢固度好、平整度高并且噪音小、安装方便的优点，大量节约了电梯运行维护成本。

利用连续纤维增强复合材料制造的4个曲面弹片组合而成的圆锥型导流罩可替换传统底坑+缓冲器的坠梯吸能结构，不再使用传统的轿厢缓冲器，不仅节省了安装缓冲器的冗长施工时间，更是节约了设备成本及占用施工场地环境，还杜绝电梯底坑积水后引发的一些列隐患。

一套吸能缓冲结构件合拢后，在电梯轿厢底部形成近似的圆锥型导流罩，导流罩起到对轿厢辅助导向和定位的功能，使得轿厢下行过程中不易晃动，提高电梯的使用安全性并降低噪音。分瓣式比一体式的电梯轿厢吸能缓冲结构，不仅保证了主出风通道出风顺畅，还保证了罩层内其他各处的气流也能顺畅流通，能及时地将罩层内的潮湿气体带走防止罩层内的设备长期处于潮湿环境而导致腐蚀。使得空气流过电梯轿厢顶部的运动变得更平缓，减少空气阻力、气动噪声和湍流等现象的发生，降低行驶噪音。

本发明公开了一种用连续纤维增强复合材料生产浅底坑、一体化、耐候性强的电梯轿厢笼架的方法，本发明产品是一种轻质高能、耐腐蚀、高精度、耐损毁、坠梯后不反弹的结构件，通过结构力学及材料力学实现吸能减震不回弹效果。

先用有限元软件分析要制造的电梯轿厢笼架结构强度，根据连续纤维增强复合材料的强度计算出：笼架的宽度和厚度。为了方便讲解浅底坑电梯轿厢笼架的制造过程，假设复合材料轿厢笼架尺寸的数值为：长度2500mm、宽度2500mm、高度2800mm；立方体框架的宽度50mm、厚度10mm，并以该假设尺寸为基础同等比例来确定提升托架和吸能弹片的尺寸数值，实际实施过程中的尺寸在假设数值正负35％范围浮动。

因为电梯轿厢成型工装体积庞大，为将连续纤维增强复合材料能360度的缠绕在成型工装的模具上，需要将电梯轿厢成型工装放置在水平旋转支架底座上，该旋转工装的内模尺寸是最终轿厢尺寸减去复合材料的厚度。

一.轿厢框架结构件制作过程：轿厢框架结构是一个截面为L型的立方体棱柱框架。轿厢框架成型工装分内模和外模，内模是由12个棱柱组合的一个立方体框架，每个棱柱的截面是三级台阶的形状，将连续纤维窄带分别缠绕在棱柱第二级台阶的立面和平面上，第一级台阶平面和第三级台阶立面的宽度是复合材料笼架的厚度，第二级台阶立面和平面的宽度是轿厢框架棱柱的宽度。将一条宽度为50mm的连续纤维窄带条缠绕在内模棱柱第二级台阶的立面和平面上，并达到设计厚度要求。

二.提升托架结构件制作过程：提升托架结构是两组独立平行着进行包裹轿厢笼架结构的封闭提升环。在轿厢工装基础上加装提升托架结构件工装内模，提升托架工装的内模为带有凹槽Ⅰ的金属板，尺寸为宽150mm深5mm。金属板内模分两组平行的安装在轿厢工装两侧及底部，并在轿厢工装顶部挑500mm-1200mm高形成的上横梁，上横梁为宽5mm深150mm的凹槽金属板，将两条宽度为150mm连续纤维窄带条缠绕在这两组提升托架结构的内模上，连续纤维窄带条经过两侧及底部形成能提拉厢体的封闭结构。并达到设计厚度要求。

三.吸能缓冲结构件制作过程：吸能缓冲结构是4个相同类似灯泡形状的曲面弹片，弹片从厢底的4个角逐渐变宽并向中心方向延伸，最终4个曲面弹片在厢底形成近似一个圆锥体。吸能缓冲结构工装内模下表面设置有与曲面弹片1相适配的凹槽Ⅱ41，将4片吸能缓冲结构工装的内模依次安装在轿厢笼架结构工装4个底角处。从轿厢框架结构工装内模开始向吸能缓冲结构工装内模铺设连续纤维增强复合材料窄带，连续纤维增强复合材料窄带条的宽度与第二级台阶立面和平面相等，每一层和每一组连续纤维增强复合材料的窄带条中间加入蜂窝或泡沫进行分割，以达到层间强度设计要求。每一个窄带的连续铺层长度分三个等级完成：

1将若干条连续纤维增强复合材料窄带条从每个轿厢框架结构棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至吸能缓冲结构工装的内模上。继续铺层至吸能缓冲结构工装的内模顶端(即3/3处)。陆续重复将连续纤维增强复合材料窄带从棱柱的两个侧面向下铺层的过程，每条连续纤维增强复合材料窄带在吸能缓冲结构工装内模的顶端上呈扇形对接展开，当窄带铺满这一层后即可。

2将若干条连续纤维增强复合材料窄带条从每个轿厢框架结构棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至吸能缓冲结构工装的内模上，继续铺层至吸能缓冲结构工装的内模距离顶端2/3处即可。陆续重复将连续纤维增强复合材料窄带从棱柱的两个侧面向下铺层的过程，每条连续纤维增强复合材料窄带在吸能缓冲结构工装内模距离顶端2/3处呈扇形对接展开，当窄带铺满一层后即可。

3将若干条连续纤维增强复合材料窄带条从每个轿厢框架结构棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至吸能缓冲结构工装的内模上，继续铺层至吸能缓冲结构工装的距离内模顶端1/3处即可。陆续重复将纤维窄带从棱柱的两个侧面向下铺层的过程，每条连续纤维增强复合材料窄带在吸能缓冲结构工装内模距离顶端1/3处呈扇形对接展开，当窄带铺满一层后即可。

裁切与缓冲结构工装内模同尺寸的织物纤维预浸料，将该织物纤维预浸料完全覆盖到吸能缓冲结构工装上，将连续纤维增强复合材料窄带分三层台阶每铺满一层后，覆盖1-9层织物纤维预浸料，重复上述工艺过程直至达到吸能缓冲结构件设计厚度。

四.合模过程：在上述内模的复合材料件上铺上同等尺寸宽度的硅胶片，厚度在1-10mm。在硅胶片上紧密的安装好与吸能缓冲结构件内模、提升托架结构件内模和轿厢笼架结构件内模相适配的外模，通过螺栓将外模和内模禁锢好，紧密的夹好中间的硅胶片。在复合材料上放置好1-6个热电偶。

五.固化过程：将合模好的一体化轿厢成型工装，送进加热箱内，用30-150分钟升温至90-220℃，恒温30-300分钟后开始降温，用30-150分钟降温至80℃以下，打开加热箱取出一体化轿厢成型工装。

六.起模过程：旋转卸下禁锢外模的螺栓，依次卸下吸能缓冲结构件.提升托架结构件.轿厢笼架结构件的外模，再剥离开硅胶片，在从成型的一体化轿厢内侧卸下轿厢笼架结构的内模。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电梯吸能缓冲结构，其特征在于：包括若干个曲面弹片(1)，所述若干个曲面弹片(1)均布固定设置在电梯轿厢底面周边，每个所述曲面弹片(1)的中轴线自近轿厢底边的边缘至曲面弹片(1)远离轿厢底边的边缘呈‘S’形，所述若干个曲面弹片(1)从轿厢的底边处向轿厢的中轴线处向下延伸并聚拢；所述曲面弹片(1)包括弧面Ⅰ(11)和弧面Ⅱ(12)，所述弧面Ⅰ(11)与电梯轿厢底边固定连接，所述弧面Ⅰ(11)凸向电梯轿厢的中轴线，所述弧面Ⅱ(12)与弧面Ⅰ(11)的凸向相反，所述弧面Ⅱ(12)与弧面Ⅰ(11)一体成型，所述曲面弹片(1)由若干层连续纤维增强复合材料组成。

2.根据权利要求1所述的一种电梯吸能缓冲结构，其特征在于：所述曲面弹片(1)的材质为连续纤维增强复合材料，所述连续纤维增强复合材料由增强纤维和基体材料复合形成，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种的组合，所述基体材料包括聚合物基体材料、金属基体材料、陶瓷基体材料中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种电梯吸能缓冲结构，其特征在于：每个所述曲面弹片(1)上设置有至少一个窗口(13)，每个窗口(13)均填充有多孔填充物。

4.根据权利要求1所述的一种电梯吸能缓冲结构，其特征在于：若干个曲面弹片(1)之间留有间隙。

5.一种一体化电梯轿厢笼架，其特征在于：包括电梯轿厢框架和如权利要求1-4任一项权利要求所述的电梯吸能缓冲结构，所述电梯吸能缓冲结构固定设置在电梯轿厢框架的底部边缘处。

6.一种权利要求5所述的一体化电梯轿厢笼架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、制作电梯轿厢框架坯件：电梯轿厢框架工装内模(2)为立方体框架，组成立方体框架的每个棱柱的横截面均为三级台阶的形状，在各棱柱第二级台阶的立面和平面上缠绕若干层连续纤维增强复合材料窄带，得到电梯轿厢框架坯件，组成电梯轿厢框架坯件的每个棱柱的横截面呈‘L’形；

步骤二、制作提升托架：电梯轿厢框架工装内模(2)的上表面、下表面和两侧壁的中部均固定设置有两块相互平行的挡板(31)，组成提升托架工装内模(3)，每个挡板外侧壁均设置有凹槽Ⅰ(32)，在凹槽Ⅰ(32)内缠绕若干层连续纤维增强复合材料窄带得到两组提升托架坯件，

步骤三、制作电梯吸能缓冲结构坯件：固定在电梯轿厢框架工装内模(2)底部内边缘的电梯吸能缓冲结构内模(4)为若干个曲面板，每个曲面板的下表面均设置有与曲面弹片(1)相适配的凹槽Ⅱ(41)，沿立方体框架各棱柱向凹槽Ⅱ(41)内铺设若干层连续纤维增强复合材料窄带得到电梯吸能缓冲结构坯件，铺设在凹槽Ⅱ(41)内的连续纤维增强复合材料窄带呈扇形分布；

步骤四、在电梯轿厢框架坯件、提升托架坯件和电梯吸能缓冲结构坯件组成电梯轿厢笼架，电梯轿厢笼架的外表面铺设厚度为1-20mm，与对应坯料同尺寸的硅胶片，然后合上与各内模相适配的外模(5)，将外模(5)和内模禁锢好组成一体化轿厢成型工装；

步骤五、固化过程：将一体化轿厢成型工装送进加热箱内，用30-150分钟升温至90-220℃，恒温30-300分钟后开始降温，用30-150分钟降温至80℃以下，打开加热箱取出一体化轿厢成型工装；

步骤六、起模过程：卸下外模，剥离硅胶片，从内侧卸下内模得到一体化的电梯轿厢笼架。

7.根据权利要求6所述的一体化电梯轿厢笼架的制备方法，其特征在于：步骤三中，沿立方体框架的棱柱向曲面板的凹槽Ⅱ(41)内铺设若干层连续纤维增强复合材料窄带得到电梯吸能缓冲结构坯件的具体过程包括以下步骤：

步骤1、将若干条连续纤维增强复合材料窄带从立方体框架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ(41)的顶端，陆续重复将连续纤维增强复合材料窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ(41)的顶端呈扇形对接展开，直至铺满一层；

步骤2、将若干条连续纤维增强复合材料窄带从电梯轿厢笼架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ(41)的2/3处，陆续重复将纤维窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ(41)内呈扇形对接展开；

步骤3、将若干条连续纤维增强复合材料窄带从电梯轿厢笼架每个竖直的棱柱1/2-1/5处向厢底方向铺层，一直延伸至凹槽Ⅱ(41)的1/3处，陆续重复将纤维窄带从棱柱第二级台阶的两个侧面向下铺层的过程，各条纤维窄带在凹槽Ⅱ(41)呈扇形对接展开；

步骤4、在步骤3铺层后的连续纤维增强复合材料窄带上铺设1-9层与电梯吸能缓冲结构工装内模同尺寸的织物纤维预浸料，重复步骤1至步骤4直至达到设计厚度。

8.根据权利要求6所述的一体化电梯轿厢笼架的制备方法，其特征在于：步骤二中，位于电梯轿厢框架工装内模(2)上表面的挡板(31)的凹槽Ⅰ(32)的深度大于位于电梯轿厢框架工装内模(2)下表面和侧壁的挡板(31)的凹槽Ⅰ(32)的深度。

Images