曳引式電梯的結構設計

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1、曳引式電梯的結構設計 摘 要 隨著建筑業(yè)發(fā)展，電梯工業(yè)也飛速發(fā)展起來，電梯是機與電緊密結合的復雜產品，為高層建筑物提供上下交通運輸。 本文設計的電梯為曳引式電梯，主要從機械裝置部分和控制裝置部分進行分析、設計及選型。機械裝置部分可分為曳引系統部分和導向系統部分，提出了曳引傳動機構的優(yōu)越性，采用蝸輪蝸桿曳引機，曳引結構簡單，降低噪聲。主要任務是對主要設備選型，部分零件設計。導向系統的主要功能是限制轎廂的活動自由度，使轎廂只能沿著導軌作升降運動。在電梯系統中，終端保護裝置非常重要， 是不可或缺的，它的作用在于為了防止電梯的電氣系統失靈，轎廂越過上下端站后仍繼續(xù)運行，繼而發(fā)生沖

2、頂或撞底事故。 在電梯的電氣系統中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件達到目的。目前電梯控制普遍采用 PLC 進行控制,其優(yōu)點是可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強。變頻器不但可以提供良好的調速性能和準確平層性能，還可節(jié)約大量能量。 關鍵詞:電梯，曳引電梯，電梯結構，PLC II Abstract With the development of the construction industry, the elevator industry has developed rapidly, the elevator is the ma

3、chine and electronic products in close connection with the complex,it provides transportation for high-rise buildings from top to bottom. In this paper the designed elevator is dray elevator, mainly from machinery and control devices part I am analying, designing and selecting.In the mechanical dev

4、ices there are draying systems and guiding system.Dray made the transmission mechanism of superiority. Worm Gear be used to dray machine, dray structure is simple and reduces noise. Main task is to select the main equipment and design parts. The main function of guiding system to limit the activitie

5、s freedom of car, it make car move along the rails for take-off and landing.In the elevator system, Terminal protection device is very important, is indispensable, its role is to prevent the elevator electrical system failed, car crossed from top to bottom-side station continued to run,and then will

6、 have a accident at the end of the top and bottom. In the electrical system in the elevator，the logic judgement plays a major role in the elevator of the electrical system.The control system must start the implementation of various control signals and components achieve their goals. At present elev

7、ator control commonly used by PLC control,the advantage is high reliability, convenient and flexible program design, anti-interference capability is strong.Converter can not only provide a good performance speed and accuracy-layer performance, but also save a lot of energy. Key word:elevator，dray

8、 elevator，elevator structure，PLC 目 錄 IV 第一章 緒論 1 1.1 電梯發(fā)展情況… 1 1.2 研究意義… 3 1.3 研究內容… 4 1.4 擬解決的主要問題… 4 第二章 機械裝置部分設計 5 2.1 曳引傳動機構… 5 2.2 曳引傳動機構部件設計與選型… 6 2.2.1 曳引機組成… 6 2.2.2 曳引機選型… 7 2.2.3 轎廂 9 2.2.4 對重… 12 2.2.5 廳門… 13 2.2.6 鋼絲繩… 14 2.3 導向系統… 16 2.3.1 導向輪… 16 2.3.2 導軌… 20

9、 2.3.3 導靴… 21 2.4 井道及機房尺寸 22 第三章 控制裝置部分設計 23 3.1 單梯電梯控制系統… 23 3.1.1 概述… 23 3.1.2 PLC 單臺電梯控制系統… 24 3.2 召喚按鈕與樓層指示… 25 3.3 變頻器… 27 3.4 終端保護裝置… 28 第四章 結論 30 第五章 技術可行性分析 31 第六章 經濟效益可行性分析 32 參考文獻 33 致謝 34 聲明 35 第一章 緒論 1.1 電梯發(fā)展情況 當今世界，電梯已成為人們日常工作、生活中極為重要的交通工具，尤其是在大都市里。如較為典型的智能大廈的樓宇自

10、動化，它的核心實際上是一個分布控制系統，也稱為集散控制或分散控制系統。樓宇中多種多樣的電氣設備使系統的自動控制成為了可能。電梯作為大廈控制系統的重要成員，有著舉足輕重的地位。 人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前 2600 年， 埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統，這套系統的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203 年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，這才結束了用人力運送重物的歷史。英國科學家瓦特發(fā)明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。緊隨其后，威廉湯姆遜研制出用液壓驅動的

11、升降梯，液壓的介質是水。在這些升降梯的基礎上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們在不斷改進升降梯的技術。然而，一個關鍵的安全問題始終沒有得到解決， 那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時，負載平臺就一定會發(fā)生墜毀事故。 奧的斯先生的發(fā)明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內得到廣泛應用。1889 年 12 月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892 年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統的轎廂內拉動繩索的操縱方式，為操縱方式現代化開了先河。

12、 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。150 年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新—手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現大大節(jié)省了行人的時間；不同外形—扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務系統。調頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環(huán)保，款款集

13、納了人類在機械、電子、光學等領域最 33 新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好[1]。 根據不同的場合電梯分為乘客電梯、載貨電梯、病床電梯、觀光電梯等。其電梯結構基本是一樣的，并多為曳引式電梯。曳引式電梯熔合了多項當前最先進可靠的控制技術和驅動單元，結合先進的數控加工設備及制造工藝、使其更安全、可靠、持久耐用、方面快捷、節(jié)能環(huán)保。目前在中國電梯使用已經達到近 10 萬 臺一年，特別是開發(fā)商的全國 4 萬臺住宅電梯把大機房改成小機房電梯將節(jié)約開 發(fā)所用的土建成本 6 億元。在加上能源配套以及其他各方面的因素，小機房電梯

14、 的應用對國民經濟的貢獻每年至少要 15 億元以上。在今后小機房電梯必然將替代大機房的電梯，因為這不僅是開發(fā)成本的浪費，還涉及到設計的方便、開發(fā)商建筑結構和住宅結構的合理、能源的節(jié)省等多個方面。 電梯是服務于規(guī)定樓層的固定或升降設備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的傾斜角小于 15的剛性導軌之間。轎廂尺寸與結構形式便于乘客出入或裝卸貨物。它適用于裝置在兩層以上的建筑內，是輸送人員或貨物的垂直提升設備。曳引式電梯作為垂直運輸的升降設備，其特點是在高層建筑物中所占的面積很小，同時通過電器或其他的控制方式可以將乘客或貨物安全、合理、有效地送到不同的樓層。方便了人們的生活，省時省力。基于這些優(yōu)點

15、，在建筑業(yè)特別是高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進入了新的發(fā)展時期。 我國電梯事業(yè)的發(fā)展雖起步較晚，但改革的不斷深入促進了電梯行業(yè)的高速發(fā)展，現在無論是在電梯的制造還是使用上，我國已成為世界上的電梯大國。早在 1992 年我國電梯擁有量就已居世界第四位，美國裝有電梯約 50 萬臺，德國 約為 45 萬臺，日本約為 35 萬臺，我國裝有電梯在 12 萬臺以上。電梯生產數量現居世界第三位，僅次于美國和日本。尤其值得一提的是，在上海、北京、天津、廣州等地建立起了一系列的中外合資電梯制造公司，使電梯的控制和驅動技術達到了國際先進水平，先后向市場推出了一批能耗小，效率高，速度快，平層和舒適度好

16、的交流調速電梯，直流高速電梯（ 包括機群控制電梯），較有影響力的電梯公司有：中國迅達電梯公司，天津奧的斯公司，廣州電梯工業(yè)公司等。 電梯的普及給人們的生活帶來了極大的優(yōu)越性，而電梯技術也只有不斷的發(fā)展才能更好地滿足高層建筑及其群體的需要。展望未來，電梯的發(fā)展趨勢應包括以下幾點[2]： (1)無機房電梯 不單單是電梯有無機房的簡單局部改進，而是涉及到一系列技術問題，如曳引系統、控制柜、限速器等的安裝位置以及轎廂、極限開關、緩沖器等部件，都 要進行重新設計，變更部件的尺寸與安裝位置也要重新考慮。它是電梯發(fā)展過程中的一次意義深遠的變革，它所采用的一些關鍵技術將會被進一步推廣用到其它電

17、梯產品上，進而促進整個電梯行業(yè)技術的進步。 (2)智能網絡化控制 電梯的智能網絡化控制隨著計算機和通信技術的發(fā)展，使得整個大廈實現智能化管理，電梯被納入管理范圍之內。 (3)綠色電梯 綠色電梯的研究主要在電梯制造、配置及安裝、使用過程中節(jié)能和減少環(huán)境污染等方面。節(jié)能主要體現在以下幾個方面：原材料的充分利用；電梯數量與參數的優(yōu)化配置；高效的驅動系統；減少機械系統的慣性和摩擦阻力；選用節(jié)能照明；客貨流量規(guī)劃等方面。減小對環(huán)境的污染主要體現在兩方面：油污染降至最低；電梯的電磁兼容性問題。由于電梯是在大廈中頻繁啟動的大容量電器，由此產生的電磁輻射將對大樓的辦公設備構成嚴重干擾。 (4)遠程監(jiān)

18、控系統 遠程監(jiān)控系統的應用，使得電梯狀態(tài)監(jiān)控的智能可以在監(jiān)控中心就可以監(jiān)測到電梯的運行狀態(tài)，監(jiān)控中心隨時可以監(jiān)控電梯發(fā)生的故障，并且可以診斷出故障的類型和發(fā)生的位置，使電梯維護更加安全、方便。 (5)全微機化電梯 全微機化電梯的開發(fā)和使用，是電梯發(fā)展趨勢的一個重要方向。全微機化電梯是指電梯的傳動系統及操縱控制系統方面實現微機控制的電梯。隨著現代微機技術的不斷進步和完善，全微機化電梯（ 包括單微機控制電梯、多微機控制電梯及人工智能控制電梯） 必將全面滿足人們對電梯高質量，高水平，高標準的要求。除以上幾方面外，諸如 IC 卡的智能管理系統，應用模糊理論和神經網絡技術的群管理系統，以及數碼技術

19、、聲控技術、載波技術等也將在電梯技術領域中得到推廣和發(fā)展。 1.2 研究意義 電梯的使用越來越普遍, 給人們的工作和生活帶來極大便利。目前各類電梯中使用最為普遍的是曳引式電梯, 這類電梯由曳引系統、導向系統、轎廂、門系統、重量平衡系統、電力拖動系統、電氣控制系統和安全保護系統等組成。在電梯的機械系統中, 一般主要設計轎廂、配重等部件, 而曳引機、緩沖器、門系統中的門機等,主要根據電梯的速度、載重量、功率等參數選配。在電梯系統中配置安全保護裝置是非常有意義的，它可以讓電梯安全可靠，準確平穩(wěn)的運行?？? 編程控制器 PLC 控制代替了以往的繼電器控制，可靠性高，程序設計方便靈活，

20、抗干擾能力強。曳引式電梯作為垂直運輸的升降設備，其特點是在高層建筑物中所占的面積很小，同時通過電器或其他的控制方式可以將乘客或貨物安全、合理、有效地送到不同的樓層。方便了人們的生活，省時省力。 1.3 研究內容 本次設計研究的基本內容為曳引電梯的結構設計，電梯系統由機械裝置部分和控制裝置部分組成。機械裝置部分包括電梯曳引機、轎廂、導輪、曳引鋼絲繩、對重，廳門等組成；控制裝置部分包括控制單元，變頻器，召喚按鈕箱，樓層指示燈箱，終端保護裝置組成。曳引式電梯從控制功能上，可以滿足集選控制、上下行集選、司機控制等設計。 1.4 擬解決的主要問題 擬解決的主要問題是通過查閱資料對機械裝置

21、部分和控制裝置部分進行分析、選型、與設計，最終設計出一個載重量為 1000kg,運行速度為 1m/s 的曳引式乘客電梯。，設為五層五站。運用 CAD 軟件進行結構圖與零件圖的繪制。設計良好的曳引系統,使電梯完成向上或向下的運動.采用蝸輪蝸桿曳引機，曳引結構簡單，降低噪音，提高其安全性、可靠性。設計好轎廂和對重,提高曳引效率. 其他系統也很重要,只有嚴緊的設計才能使電梯安全運行。 第二章 機械裝置部分設計 2.1 曳引傳動機構 目前電梯生產中常見的最基本的曳引傳動結構如圖 2-1 所示。其結構最為簡單，其應用也最為廣泛。一般的交流客梯和載重量較小的貨梯大多采用這種結構。若曳

22、引鋼絲繩的速度等于轎廂的升降速度，稱曳引比為 1：1[3]。 圖 2-1 1：1 繞法的有齒輪電梯 曳引式電梯提升機構的優(yōu)越性： 1、安全可靠 如果下降中的轎廂或對重因為某種原因沖擊底坑中的緩沖器時，曳引式提升機構能自動消失曳引能力，不至于使轎廂或對重繼續(xù)向上運行直到沖擊電梯機房樓板或拉斷曳引鋼絲繩，造成傷亡事故和財產損失。 2、允許提升高度大 曳引式提升機構不像卷揚式提升機構那樣，隨著電梯的上升，曳引鋼絲繩不斷地一圈一圈地繞在卷筒上，其曳引鋼絲繩的長度不受限制，因此可以實現將轎廂提升到任何實際需要的高度上。 3、結構緊湊 對于垂直起吊設備，根據規(guī)范要求，曳引輪(或卷

23、筒)直徑與鋼絲繩直徑之比不得小于 40。 曳引式提升機構可以比較容易地通過增加鋼絲繩的根數或減少曳引鋼絲繩 的直徑，從而可達到曳引輪直徑的減小和使整個提升機構的重量減輕。由于電梯上曳引鋼絲繩都在 3 根以上，因此電梯上采用曳引式提升機構比卷揚式提升機構的結構更緊湊。 4、便于選用價格便宜、結構緊湊的高轉速電功機 在電梯額定速度一定的情況下，曳引輪直徑越小，則需要曳引輪轉速越高，與此同時也就要求驅動電動機轉速越高。因此采用曳引式提升機構便于選用結構緊湊、價格便宜的高轉速電動機。 2.2 曳引傳動機構部件設計與選型 2.2.1 曳引機組成[4] 1、電機 電梯用電動機的特

24、性要求：要具有大的起動轉矩，起動電流要小，電機應有平坦的轉矩特性。為了保證電梯的穩(wěn)定性，在額定電壓下，電動機的轉差率在高速時應不大于 12％，在低速時應不大于 20％。要求噪聲低，脈動轉矩小。電梯上常用的交流電動機的型式：單速電機、雙速電機、三速電機。 2、減速機構 有減速器的曳引機一股用在額定速度 v≤2m/s 的交流雙速和交流調速電梯上。在有減速器曳引機中，電動機轉軸和曳引輪轉軸之間設置蝸輪、蝸桿減速器， 則要特別注意制造和裝配的精度，以及制動輪等的平衡性能，以便減少蝸輪蝸桿的振動和由此而產生的電梯各部件的振動及其伴隨而來的運行噪聲。對于有減速器曳引機，通常蝸桿都裝在下面。 3、制動

25、器 制動器是一臺電梯不可缺少的非常重要的安全裝置。制動器的作用可歸納為如下兩條； (1) 能夠使運行中的電梯在切斷電源時自動把電梯轎廂掣停住。制動時，電梯的減速度不應大于限速器動作所產生的或轎廂停止在緩沖器上所產生的減速度。電梯正常使用時，電梯速度 v>1m/s，一般都是在電梯通過電氣控制使其減速停止，然后再機械抱閘。 (2) 電梯停止運行時，制動器應能保證在 125％～150%的額定載荷情況下，電梯保持靜止、位置不變，直到工作時才松閘。電梯曳引機上的制動器工作特點是： 電動機通電時制動器松閘，電梯失電或停止運行時抱閘。 （1） 安裝位置 制動器都裝在電動機和減速器之間，即裝在高轉速軸

26、上。因 為高轉速軸所需的制動力矩小，這樣可以減小制動器的結構尺寸。 （2） 結構特點 電梯制動器的制動輪就是電動機和減速器之間的聯軸器圓盤制動輪裝在蝸桿一側，不能裝在電動機—側．以保證聯軸器破斷時，電梯仍能被掣停。 因制動輪裝在高速軸上，旋轉速度較大，所以制動輪在制造廠內，應進行動平衡測試，符合要求后方可組裝到曳引機上。再次，兩個制動臂固定在機座上的支承點必須在制動輪外表面的切線方向上。 4、曳引輪 曳引輪應采用耐磨性能不低于 GB1348-88 中的 QT600—3 球墨鑄鐵鑄造。鋼質的曳引輪會使曳引鋼絲繩加速磨損，故電梯中不被采用。 為了使鋼絲繩及曳引輪達到均勻且最小的

27、磨損，必須使曳引輪繩槽壁的材料金相組織及硬度在足夠的深度上保持相同，并且沿著曳引輪的全部圓周上有相同的分布。否則，當鋼絲繩與繩槽間產生微小的滑動也會使繩槽造成不均勻的磨損， 使減速器、鋼絲繩及轎廂產生振動和噪聲。曳引輪繩槽壁的工作表面粗糙度應不低于 Ra5，硬度為 HB200 左右，同一輪上的硬度差不大于 HB15。 曳引輪繩槽半徑應精確地與鋼絲繩直徑相適應。 2.2.2 曳引機選型 曳引電機是驅動電梯上下運行的動力源，其運行情況比較復雜。運行過程中需頻繁的起動、制動、正轉、反轉，而且負載變化很大，經常工作在重復短時狀態(tài)、電動狀態(tài)、再生制動狀態(tài)的情況下。因此，要求曳引電機不但應能適應頻

28、繁起、制動的要求，而且起動電流小，起動力矩大，機械特性硬，噪聲小，當供電電壓在額定電壓7％的范圍內變化時，還能正常起動和運行。因此電梯用曳引電動機是專用電機。由于曳引電機的工作情況比較復雜，所以對電機功率的計算比較麻煩，一般常用以下公式計算[5]： p = G(1- a )v 102h  （2-1） 式中 p—曳引電機軸功率(KW)； —電梯平衡系數(一般取 0.45～0.5)； G—電梯轎廂額定載重量(kg)； —電梯的機械總效率。 采用有齒輪曳引機的電梯，若蝸輪副為阿基米德齒形時，電梯機械總效率取0.5～0.55。已知： G=1000kg

29、 v=1m/s =0.5 =0.5 p = 1000 (1 - 0.5) 1 =11kw 102 0.5 根據這些條件選擇的曳引機型號是 YJ240B，如圖 2-2 所示： 圖 2-2 電梯曳引機 技術參數： 主軸靜載：7500kg 控制方式：VVVF 制動器電壓：DC110V 重量：730kg 表 2-1 YJ240B 參數表 載重 Load(kg) 速度 Speed(m/s) 減速比 Ratio(mm) 繩輪 Sheave(mm) 繩槽 Rope(mm) 功率 Power(k w) 級數

30、pole 1000 1.0 49:1 620 513(pitch20) 11 1000 1.6 55:2 560 613(pitch20) 15/18.5 1000 1.75 55:2 620 613(pitch20) 15/18.5 4P 1000 2.0 49:2 18.5/22 此型號曳引機為下置蝸桿曳引機，可以使曳引機的總高度降低，同時也便于將電動機、制動器、減速器裝在一個共同的底盤上．使裝配工作簡化，也改善了潤滑條件。 2.2.3 轎廂 1、轎廂結構組成 電梯轎廂是用于運送乘客或貨物的電梯組件。電梯

31、轎廂一般由轎底、轎壁、轎頂、轎廂架等幾個主要構件組成[6]，如圖 2-3 所示。 轎廂架由上梁、立梁、下梁組成，上梁和下梁各用兩根 16～30 號槽鋼制成。立梁用角鋼制成，上下兩梁面對面地放置。 轎廂體空間的大小由額定載重量和額定載客量決定，內部凈高一般要在 2m 以上?？吞莸霓I廂一般寬大于深，這樣設計的目的是為了方便人員出入，有利于提高運行效率。 轎底是一種水平的金屬框架，用 6～10 號槽鋼和角鋼焊接而成，然后在框架上鋪設一層 3～4mm 厚的鋼板。 轎壁多采用厚度為 1.2～1.5mm 的薄鋼板制成槽鋼形式，轎壁間以及轎壁與轎頂、轎底間采用螺釘緊固成一體。 轎頂應能支撐兩個人，

32、即在轎頂的任何位置上，均能承受 2000N 的垂直力而無永久變形。裝有照明燈和電風扇。轎頂應具有一塊至少為 0.12 ㎡站人用的凈面積，其小邊至少應為 0．25m。任何電梯的轎頂均需設置安全窗，以便發(fā)生事故時，檢修人員上轎頂檢修井道內的設備，必要時乘客可以通過安全窗撤離轎廂。 圖 2-3 轎廂構成圖 位于轎廂上部通風孔的有效面積應至少為轎廂有效面積的 1％，位于轎廂下部任何孔洞的面積也應不少于轎廂有效面積的 1％。 2、轎廂的有效面積 由于電梯多采用曳引式結構，因而它對超載問題較其他任何一種運輸工具更為敏感。如果有超面積存在或是使用超面積的轎廂，可能就會因超

33、面積、超載， 導致曳引能力不足，從而出現溜梯現象，這就是超面積存在的真正危害。因此限制電梯轎廂最大有效面積是保證電梯安全的一個重要的措施。 國家標準規(guī)定電梯的最多乘客數按下式求得： 最多乘客數＝額定載重量／75(圓整到最近的整數) （2-2） 國家標準對各種額定載重量電梯轎廂的最大有效面積進行了明確的規(guī)定，如 表 2-2[7]。 根據表 2-2 ，當額定載重量為 1000kg 時， 1000 = 13 75 表 2-2 額定載重量與轎廂的最大有效面積 額定載重量 /kg 轎廂最大有效面積 / m2 額定載重量/kg 轎廂最大有效面積 / m2

34、額定載重量/kg 轎廂最大有效面積 / m2 額定載重量/kg 轎廂最大有效面積 / m2 1001) 1002) 225 300 375 400 450 0.37 0.58 0.70 0.90 1.10 1.17 1.30 525 600 630 675 750 800 825 1.45 1.60 1.66 1.75 1.90 2.00 2.05 900 975 1000 1050 1125 1200 1250 2.20 2.35 2.40 2.50 2.65 2.80 2.90 1275 13

35、50 1425 1500 1600 2000 25003) 2.95 3.10 3.25 3.40 3.56 4.20 5.00 乘客人數為 13 人時，轎廂最大有效面積為 2.4 ㎡。 為了提高電梯的運輸效率，保證乘客不會過分擁擠，國標還限定了轎廂的最小有效面積，如表 2-3。 表 2-3 乘客人數與轎廂最小有效面積 乘客人數 轎廂最小有效面積/ m2 乘客人數 轎廂最小有效面積/ m2 1 0.28 11 1.87 2 0.49 12 2.01 3 0.60 13 2.15 4 0.79 14 2.2

36、9 5 0.98 15 2.43 6 1.17 16 2.57 7 1.31 17 2.71 8 1.45 18 2.85 9 1.59 19 2.99 10 1.73 20 3.13 根據表 2-3 可知轎廂的最小有效面積為 2.15 ㎡。根據GB/T7025.1-1997 查得轎廂的尺寸為[8] ： 寬度 A：1600mm 深度 B：1400mm 高度：2300mm 2.2.4 對重 轎廂的平衡裝置也稱為對重裝置(以下簡稱對重裝置)，對重裝置通過曳引繩經曳引輪與轎廂連接。在電梯運行過程中，對重裝置通過對重導靴

37、在對重導軌上滑行，起平衡和減少曳引電動機功率輸出的作用。 對重裝置由對重架和對重鐵塊兩部分組成。采用 1：1 吊索法的一般乘客電梯的對重裝置如圖 2-4 所示。 1、對重架 對重架由上梁、下梁和立梁組成。上梁和下梁用槽鋼制成，面對面放置， 立梁用角鋼制成。由于使用場合不同，對重架的結構形式也略有不同。根據不同的曳引方式，對重架可分為用于 2：1 吊索法的有輪對重架，用于 1：1 吊索法的無輪對重架兩種。因為本文設計的電梯曳引比為 1：1，所以對重架為無輪對重架。 圖 2-4 對重裝置 為了使對重裝置在上下運動時平穩(wěn)運行，應在對重架上安裝導靴，使其在 T 型導軌上平

38、穩(wěn)運行，對重上的導軌與導靴與轎廂的一致。 電梯的額定載重量不同時，對重架所用的型鋼和鋼板的規(guī)格也不同。用不同規(guī)格的型鋼作對重架直梁時，必須用與型鋼槽口尺寸相對應的對重鐵塊，保證對重塊方便裝進對重架內。同時對重架的高度不應超過轎廂架的高度。 2、對重鐵 對重鐵塊用鑄鐵制成。對重鐵塊的大小，一般有 50kg、75kg、100kg、125kg 等幾種，分別用于額定載重量為 500kg、1000kg、2000kg、3000kg、5000kg 等幾種電梯以便于兩個安裝或維修人員能搬動為宜。對重塊放入對重架后，需用壓板壓緊，防止電梯在運行過程中發(fā)生竄動而產生噪聲。 本設計中載重量為 1000kg，

39、所以對重鐵塊的大小為 75kg。 為了使對重裝置能對轎廂起最佳的平衡作用，必須正確計算對重裝置的總重量。對重裝置的總重量與電梯轎廂本身的凈重量有關，他們之間的關系常用下式決定[9]。 PD = G + QK P （2-3） PD —對重裝置的總重量，kg； G —轎廂凈重，kg； Q—電梯額定載重量，kg； K P —平衡系數（一般取 0.4～0.5）。 已知 G=1200kg Q=1000kg K P =0.5 PD = G + QK P = (1200 + 1000 0.5)kg = 1700kg 對重塊數為:170

40、0/75=23 2.2.5 廳門 具有自動開關門機器的乘客電梯，層門、轎門一般都采用中分式封閉門。因為中分式自動門的開關門速度快，能夠提高電梯的使用效率，如圖 2-5 所示。層門也叫廳門；層門和轎門一樣，都是為了確保安全，是在各層樓的停靠站通向井道轎廂的入口處，設置供司機、乘用人員和貨物等出人的門。 圖 2-5 中分門 層門關閉后，門扇之間及門扇與門框之間的間隙應盡可能的小?？吞莸拈g隙應小于 6mm，磨損后最大間隙也不應大于 10mm。 根據GB/T7025.1-1997 可知廳門的尺寸為[10]： 寬度：1100mm 高度：2100mm 那么門扇的

41、尺寸為 寬度：1100mm 高度：2100mm 厚度：50mm 廳門門扇用 1.5mm 的鋼板制成，內部附有加強筋，鋼板材料選為 45 號鋼， 其硬度比較高。 2.2.6 曳引鋼絲繩 曳引鋼絲繩是電梯中的重要構件。在電梯運行時彎曲次數頻繁，并且由于電梯經常處在起、制動狀態(tài)下，所以不但承受著交變彎曲應力，還承受著不容忽視的動裁荷。由于使用情況的特殊性及安全方面的要求,決定了電梯用的曳引鋼絲繩必須具有較高的安全系數，并能很好地抵消在工作時所產生的振動和沖擊。 電梯曳引鋼絲繩應具備以下幾方面的特點1)具有較大的強度。 2)具有較高的徑向韌性。 3)較好的抗磨性。 4)能很好的抵消

42、沖擊負荷。 電梯曳引鋼絲繩在一般情況下，不需要另外潤滑，因為潤滑以后會降低鋼絲 繩與曳引輪之間的摩擦系數，影響電梯的正常的曳引能力。 曳引鋼絲繩是電梯的重要構件，電梯用鋼絲繩有西魯式、瓦靈頓式和填充式三種，一般采用西魯式鋼絲繩。GB8903-1988 電梯用鋼絲繩選用的是西魯式，分為 6x19S十NF和 8x19S+NF兩種，均采用天然纖維或人造纖維做芯子。本設計中采用 6x19S十NF[11] 6x19S+NF為6 股，每股三層，外面兩層各 9 根鋼絲，最里層一根鋼絲。每種有 6、8、11、13、16、19、22mm 等幾種規(guī)格。 根據表 2-1 可知，載重量為 1000k

43、g 和速度為 1m/s 時，鋼絲繩直徑應為 13mm, 用 5 根鋼絲繩。 曳引繩頭組合也稱曳引繩錐套，主要是起連接和均衡曳引鋼絲繩張力的作用。曳引繩錐套在曳引方式為 1：1 的曳引系統中，是曳引鋼絲繩連接轎廂和對重裝置的一個過渡機件。 繩頭板是曳引繩錐套連接轎廂、對重裝置或曳引機承重梁、繩頭板大梁的過渡機件。繩頭板用厚度為 20mm 以上的鋼板制成。板上有固定曳引繩錐套的孔， 每臺電梯的繩頭板上鉆孔的數量與曳引鋼絲繩的報數相等，因為本設計鋼絲繩數為 5，所以要鉆 5 個孔，5 個孔排成一排。 如圖 2-6 所示，組合式曳引繩錐套其錐套和拉桿是兩個獨立的零件，他們之 間用鉚釘鉚合在一起

44、。因為轎廂和對重都需要繩頭組合這個裝置，鋼絲繩為 5 根，那么就需要 10 個繩頭組合。先將鋼絲繩插入錐套內,然后從錐套的大口注入巴氏合金,使其與鋼絲繩、錐套融為一體。 在電梯使用中，各鋼絲繩張力應保持均衡，其相差值以不超過 5％為宜，否則各曳引輪繩槽和鋼絲繩磨損將不均勻，從而影響曳引輪、曳引繩的使用壽命和電梯的使用性能。各鋼絲繩的張力可通過繩頭組合的螺母進行調整。使彈簧受壓， 鋼絲繩繃緊。曳引鋼絲繩的張力隨之增大。反之，放松螺母時，鋼絲繩變松弛， 曳引鋼絲繩張力減小。用此辦法可以調整使各鋼絲繩張力均衡。在電梯曳引比為1：1 時，為保證轎廂相對重之間的中心距，而必須裝設導向輪。它與曳引輪互

45、相配合，承受轎廂自重、載重和對重的全部重量；一般安裝于對重側承重梁的下面。 圖 2-6 曳引繩錐套 2.3 導向系統 2.3.1 導向輪 因為電梯轎廂尺寸一般都比較大，轎廂懸掛中心和對重懸掛中心間的距離往往大于設計上所允許的曳引輪直徑。因此對一般電梯而言，通常要設置導向輪， 以保證兩股向下的曳引鋼絲繩之間的距離等于或接近轎廂懸掛中心和對重懸掛中心間的距離。 導向輪既能保證曳引輪的曳引功能，又能使曳引繩的位置與井道內轎廂和對重的位置相適應。保證曳引鋼絲繩在曳引輪上形成不小于 135的包角，使曳引鋼絲繩與曳引輪槽在一條直線上，以保證曳引鋼絲繩上、下運行

46、時只受到拉力。 圖 2-7 導向輪定位圖 a = 90 + q + g q = arctan? H ? （2-4） （2-5） l ? ? ? ? g = arcsin? R1 -R 2 ?  （2-6） ? ? ? a ? a 2 = H 2 +l 2  （2-7） a = 90 + arctan? H ? + arcsin? R1 - R2 ? ?  （2-8） l ? ? ? ? ? ? ? a ? 90 + arctan H

47、+ R1 -R 2 60 l a 對 影響大的主要因素是 H 和l 。通常l 和 H 大小由結構決定。導向輪的半徑不能超過曳引輪，即 R1 > R2 。根據表 2-1 曳引輪直徑為 620mm，那么導向輪 直徑取為 400mm。  H=1000mm l =600mm a=1530mm a = 155 半圓形槽的尺寸可參照圖 2-8，d 為曳引鋼絲繩的直徑。 圖 2-8 半圓形槽尺寸 已知d=13mm，其他尺寸計算公式如下[12]： H = d + 2 = 8.5mm （2-9） 2 R = d 1.04 =6.8

48、mm （2-10） 2 A=2mm A 電機功率為 11KW，轉速為 980r/min,減速比為 49：1，通過軸的材料選為 40Cr查取 值[13]。 0 n = 980 = 20r / min 49 （2-11） 圖 2-9 導向輪 d A0  P 3 n = 973 11 =80mm （2-12） 20 D4 = 80mm D0 =d a-20 A = 364 mm （2-13） D1 = (D 0 +D3 ) / 2 = 254 mm （2-14） D 2 = 0.35(D

49、 0 -D3 ) = 77 mm （2-15） D3 = 1.8D 4 = 144mm （2-16） r=5mm b=100mm c=40mm 采用球墨鑄鐵鑄造。鋼質的曳引輪會使曳引鋼絲繩加速磨損，故電梯中不被采用。 為了使鋼絲繩及曳引輪達到均勻且最小的磨損，必須使曳引輪繩槽壁的材料 金相組織及硬度在足夠的深度上保持相同，并且沿著曳引輪的全部圓周上有相同的分布。否則，當鋼絲繩與繩槽問產生微小的滑動也會使繩槽造成不均勻的磨損， 使減速器、鋼絲繩及轎廂產生振動和噪聲。導向輪軸的直徑為 80mm,根據軸的直徑選取的鍵 2214。鍵的作用是使導向輪固定在軸上，

50、和軸一起轉動，軸放在支架上。曳引輪繩槽壁的工作表面粗糙度應不低于 Ra5，硬度為 HB200 左右，同一輪上的硬度差不大于 HB15。 曳引輪繩槽半徑應精確地與鋼絲繩直徑相適應。 2.2.3 導軌 電梯中的導軌，是為了保證轎廂和對重之間及它們與安裝在井道中的各結構物之間，在電梯運行時具有固定的相同位置。同時當安全鉗動作時，也起吸收超速下降著的轎廂及其轎廂內載荷的動能的作用，使轎廂支持在導軌上，而不至于一落到底。 電梯工作時轎廂和對重借助于導靴沿著導軌上、下運動，導軌是由多根 3m 或 5m 長的短導軌，借助于接道板連接而成，每根導軌都應經過細加工。 在電梯井道中，導軌起始段一般都支持

51、在地坑中的支承板上。導軌每隔一定的距離就有一個固定點，將導軌固定于設置在井道壁的金屬支架上，導軌是借助于螺栓、螺母與壓道板固定于金屬支架上的，如圖 2-10 所示。在電梯安裝時能夠矯正一定范圍內的導執(zhí)變形，但不能適應建筑物的正常下沉或混凝土收縮等情況，一旦這種情況發(fā)生導軌就要發(fā)生變形，影響電梯的正常運行。此種壓道板一般用于建筑物高度較低，電梯速度不高的電梯上。 圖 2-10 壓導示意圖 電梯中多采用的為T型導軌，選擇的導軌規(guī)格為T90/B(B-機加工),材料為 45 號鋼。T導軌與壓道板的連接用M12 的螺栓連接，導軌長度為 3 米[14]。 表 2-4 T 型

52、導軌的主要規(guī)格參數 規(guī)格標志 b h k e T90/B 90 75 16 15 圖 2-11 T 型導軌 2.2.4 導靴 為了防止轎廂在曳引鋼絲繩上的扭轉和在不對稱負荷下的偏斜，為了使電梯的轎門地坎、層門地坎、井道壁之間及操縱系統的各部分之間保持恒定的位置關系，在轎廂轎架的四個角上．設置四只可沿導軌滑動或滾動的導靴。兩只上導靴固定在轎廂上梁上，兩只下導靴固定在電梯下梁上。 固定滑動導靴一般用在低速客梯和中速客梯的轎廂上。電梯的速度為 1m/s, 則選取導靴的型號為DXK1[15]。 表 2-3 導靴技術參數 曳引式電梯

53、的結構設計 技術參數 額定速度 <1.75m/s 導軌寬度 10 或 16mm 2.3 井道及機房尺寸[16] 根據 GB/T7025.1-1997 得到表 2-4 尺寸 表 2-4 井道及機房尺寸 井道寬 井道深 底坑深 頂層高 機房寬 機房深 機房高 2400 2300 1700 4200 3200 4900 2400 第三章 控制裝置

54、部分設計 曳引式電梯的結構設計 3.1 單梯電梯控制系統 3.1.1 概述[17] 在電梯的電氣系統中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有： 1、繼電器—接觸器控制系統 這種控制系統是早期電梯多采用的一種控制系統。優(yōu)點：與其它控制系統比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。 2、微機控制

55、系統 電梯的微機控制系統實質上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統的可靠性，減小控制系統體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數字運算的需要而設計的，功能比較齊全，結構比較復雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“或”、“非”幾種，運算

56、位數只需 1 位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用電設備， 如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經濟上不合算。 3、PLC 控制系統 PLC 充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果。 總之，PLC 是采用微機技術制造的通用自動控制設備，它能控制開

57、關量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。它不僅能用于控制機械設備、流水線和各種設備的運行過程，將 PLC 用于控制電梯各種操作和處理 相關信息也是可行的。 電梯控制系統主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC 控制、微機控制，其中繼電器控制系統故障率高，微機控制系統抗干擾能力弱，而 PLC 作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，成為目前電梯系統中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。 3.1.2 P

58、LC 單臺電梯控制系統 1、PLC電梯控制系統三種工作方式[18] 電梯主要有三種工作方式—有司機方式、無司機方式、消防方式。 1) 有司機方式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點： ① 電梯上行／下行啟動由司機決定 ② 電梯開門、關門時間由司機控制 ③ 電梯是否直駛（不再響應外召喚）由司機決定 2) 無司機方式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點： ① 電梯開門／關門／上、下客時間均由定時器定時 ② 只要電梯門關閉后自動定向 3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點： ① 正在運行的電梯控制系統一旦

59、收到消防信號： a) 處于上行時立即返回底樓停站開門 b) 處于下行時立即直駛底樓停站開門 c) 處于底樓以外停站開門的電梯立即關門返回底樓停站開門 ② 電梯返回底樓并在底樓開門后，電梯處于消防工作狀態(tài)。此時，電梯不再響應外召喚信號，電梯的關門起動運行和準備前往層站由消防員控制操作。當電梯就近到達某層站后，立即清除其它所有指令信號登記，是否繼續(xù)上行依火勢大小決定。 2、PLC 單臺電梯控制系統工作流程 圖 3-1 為 PLC 單臺電梯控制系統工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、

60、井道行程開關、層面控制銨鈕和層面火警開關。來自井道行程開關的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所 自動定向 召喚登記 指令登記 顯 示 顯 示 清除 清除 置位 置位 運行控制（開/關門、上/下行、停站） 消防控制 顯 示 層樓定位 召喚信號 指令信號 層樓信號 控制信號 在層樓位置。來自轎廂控制面板的指令信號和來自層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向， 和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開／關門、上／下行和停站。當來自層面的火警開關發(fā)出消防控制信號時，立即消除指令登記和

61、召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開門。此外，當有來自轎廂控制面板發(fā)出控制信號，如：有司機直駛狀態(tài)，則略過召喚信號，直接響應指令信號。運行控制電梯的同時進行運行顯示和驅動電動機正轉或反轉，即電梯上行或下行。 來自轎廂控制面板 來自井道行程開關 來自轎廂控制面板 來自層面控制按鈕 來自層面火警開關 運行顯示 電動機驅動控制 圖 3-1 PLC 單臺電梯控制系統工作流程圖 3.2 召喚按鈕與樓層指示 轎廂內控制屏示意圖如圖 3-2 所示。其中包括上行、下行顯示及 LED 層樓位置的

62、顯示。另外還有 1 樓－5 樓的指令按鈕及登記顯示和有司機／無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態(tài)下還有指令專用開關，即只響應指令信號，不響應召喚信號。此外，還有消防按鈕，當發(fā)生火災時，立即清除所有指令信號和召喚信號， 電梯直達底樓后開門。需要說明的是，在無司機狀態(tài)下，利用定時器控制開門、關門和上下客時間；有司機狀態(tài)下，則直接由司機控制開門、關門和上下客時間。 AJ YSJ 4 1 5 3 2 圖 3-2 轎廂內屏示意圖 ZXF 圖 3-3 電梯轎廂外屏 電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的?？空?，通向井道的入口處，設置供司機、乘用人員

63、和貨物等出入的門。圖 3-3 為電梯轎廂外屏示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只 有下召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有 LED 數碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。 3.3 變頻器 電梯是一種垂直運輸工具，它在運行中既有動能又有勢能，并經常處于正反轉、反復起制動過程中。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動機在各種負載下都有良好的調速性能和準確平層性能。過去，電梯系統的調速多采用直流電動機晶閘管調壓調速、交流電動機變極調速、晶閘管調壓調速等方案，系統雖結構簡單，但運行效率低，設備容量大，體

64、積大。近年來，這些方案已逐步被采用變頻器的交流拖動系統所代替，變頻器不但可以提供良好的調速性能和準確平層性能，還可節(jié)約大量電能。 電梯系統的控制早期采用繼電器控制系統，易產生故障，可靠性差，后來普遍采用可編程控制器 PLC (ProgrammableLogic Controller)。PLC 可靠性高， 程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠，所以電梯控制系統廣泛采用可編程控制器來實現。 本電梯選用日本富士G7 型適用于位能負載的HT系列 30kVA變頻器作主傳動， 該系列變頻器結構緊湊，運轉可靠，性能優(yōu)良，同時具有靈敏的故障檢測、診斷、顯示功能，尤其是其良好的低速運行特性更適合于電

65、梯上的應用。三相電源R, S, T經接線端子進入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端U, V, W經兩接觸器KM1, KM2 分別接電動機M1 和M2, M1 為電梯拖動電動機，M2 為開關門電動機， N, P端接制動單元、制動電阻。這里一臺變頻器同時控制主機調速和電梯門的開關調速，其調速通過對變頻器的不同設置即可進行調速及加減速[19]。 選用日本三菱FX2N型PLC，它接受來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經程序判斷與運算實現電梯控制。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，向變頻器發(fā)出運行方向、起動、加減速運行和制動電梯等信號，再由變頻器根

66、據一定的控制規(guī)律和控制算法來控制電動機。同時，當系統出現故障時，PLC向變頻器發(fā)出信號[20]。 為方便乘客，對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示，采用 LED 和發(fā)光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號，以帶開關的指示燈顯示。系統框圖如圖 3-4 所示。 圖 3-4 系統框圖 由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統控制采用隨機邏輯控制，即在以順序邏輯控制實現電梯的基本控制要求的基礎上，根據隨機的輸入信號，以及電梯的相應狀態(tài)適時地控制電梯的運行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數確定，并送 PLC 的計數器來進行控制的。同時，每層樓設置 1 個接近開關以利于平層。為便于對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示，我們采用LED 和發(fā)光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示(開關上帶有指示燈)。為了提高電梯的運行效率和平層的精度，系統要求 PLC 能對轎廂的加減速以及制動進行有效的控制。PLC 向變頻器發(fā)出運行方向、起動、加減速運行和制動等信號，