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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
智能全自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)
院系名稱(chēng)： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械08-13班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱(chēng)：
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Four Wings Automatic Revolving Door Mechanical and Electrical System
Candidate：Ding Yusen
Specialty：Mechanical and Electronic Engineering
Class：Mechanics 08-13
Supervisor：Associate Lecturer Guo Shaowen
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
目錄
第1章 緒 論 1
1.1 引言 1
1.2智能全自動(dòng)門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn) 1
1.3智能全自動(dòng)門(mén)的發(fā)展 1
1.3.1智能全自動(dòng)門(mén)發(fā)展的狀況 1
1.3.2我國(guó)智能全自動(dòng)門(mén)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 2
1.4智能全自動(dòng)門(mén)的分類(lèi) 2
1.4.1 智能全自動(dòng)門(mén)的基本類(lèi)型 2
1.4.2旋轉(zhuǎn)門(mén)具體方案的確定 3
第2章 門(mén)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.1確定門(mén)扇材料 6
2.1.1確定門(mén)扇玻璃 7
2.1.2確定門(mén)扇的尺寸. 7
2.2 曲壁部分設(shè)計(jì) 7
2.2.1確定材料 8
2.2.2確定材料尺寸 8
2.3華蓋的總體設(shè)計(jì) 9
2.4金屬盤(pán)與軸承支座的設(shè)計(jì) 11
2.4.1 金屬盤(pán)的設(shè)計(jì) 11
2.4.2 軸承座及防塵蓋的設(shè)計(jì) 11
2.5 本章小結(jié) 12
第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13
3.1各扇門(mén)的質(zhì)量計(jì)算 13
3.2 各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 13
3.3 選擇電機(jī) 14
3.4齒輪的設(shè)計(jì) 16
3.4.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 16
3.4.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 16
3.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 18
3.4.4幾何尺寸計(jì)算 19
3.5軸與軸承的選擇 19
3.5.1 軸的尺寸確定 19
3.5.2軸承的選擇與驗(yàn)算 20
3.5.3軸的校核 20
3.6 本章小結(jié) 22
第4章 控制部分總體設(shè)計(jì) 23
4.1控制系統(tǒng)的控制功能 23
4.2 變頻器的選擇 24
4.2.1驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī) 24
4.2.2指定變頻器啟動(dòng)加速時(shí)間 24
4.2.3指定變頻器減速時(shí)間 25
4.3檢測(cè)裝置的選擇 27
4.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 28
4.4.1 PLC的機(jī)型選擇 28
4.4.2分析控制系統(tǒng)的I/O接點(diǎn)數(shù) 29
4.4.3PLC外接電氣元件的選擇 30
4.4.4 輸入輸出口及端口的保護(hù)及分配 32
4.5 PLC的軟件設(shè)計(jì) 34
4.5.1鎖門(mén)程序設(shè)計(jì)與解釋 34
4.5.2直流制動(dòng)程序設(shè)計(jì)與解釋 35
4.5.3報(bào)警程序設(shè)計(jì)與解釋。 37
4.5.4變頻器復(fù)位程序設(shè)計(jì)與解釋 38
4.5.5電動(dòng)機(jī)起停程序設(shè)計(jì)與解釋 39
4.5.6速度控制程序與解釋 42
4.6 本章小結(jié) 43
結(jié) 論 44
參考文獻(xiàn) 45
致謝 47
附錄A：變頻器參數(shù) 48
附錄B：傳感器與接近開(kāi)關(guān)的參數(shù) 50
附錄C：PLC控制總體語(yǔ)句表 54
第1章 緒 論
1.1 引言
智能全自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺(jué)，同時(shí)營(yíng)造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開(kāi)放門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，堪稱(chēng)建筑物的點(diǎn)睛之筆，立足于建筑時(shí)代大潮的最前端。
1.2智能全自動(dòng)門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn)
大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時(shí)，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而智能全自動(dòng)門(mén)為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。智能全自動(dòng)門(mén)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它”永遠(yuǎn)開(kāi)門(mén)，又永遠(yuǎn)關(guān)門(mén)”，即對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，門(mén)總可以打開(kāi)，可對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)門(mén)又總是關(guān)著。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)由于其永遠(yuǎn)開(kāi)啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果較好。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，在我們高樓聳立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)和寫(xiě)字樓，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門(mén)不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門(mén)增添了不少高貴典雅的氣息。同時(shí)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng)，2008年北京申奧成功和WTO的加入。旋轉(zhuǎn)門(mén)的市場(chǎng)前景將越來(lái)越大。
但是智能全自動(dòng)門(mén)也存在著缺點(diǎn),第一它適用范圍有一定的局限性,它只能應(yīng)用在一些高檔場(chǎng)合.第二如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善,可能出現(xiàn)傷人事件.。
1.3智能全自動(dòng)門(mén)的發(fā)展
1.3.1智能全自動(dòng)門(mén)發(fā)展的狀況
自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座智能全自動(dòng)門(mén)，智能全自動(dòng)門(mén)至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門(mén)已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化樓宇建筑提供了完美的選擇。
國(guó)外自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展較早，其技術(shù)成熟。智能全自動(dòng)門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強(qiáng)大，操作更簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；檢測(cè)安全系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動(dòng)，操縱門(mén)體的動(dòng)行，使用各種安全檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家生產(chǎn)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示。利用當(dāng)前先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息。
1.3.2我國(guó)智能全自動(dòng)門(mén)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)的智能全自動(dòng)門(mén)技術(shù)來(lái)源于荷蘭、瑞典、日本等國(guó)。90年代后期旋轉(zhuǎn)門(mén)開(kāi)始在我國(guó)建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)門(mén)生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)廠家主要有：北京有凱必盛、寶盾、青木寶盾、信步、歐立寶盾、京躍等。上?？涤V州盛維、青島福田等。
以京躍公司的產(chǎn)品為例，國(guó)內(nèi)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)在控制系統(tǒng)方面已有較大的發(fā)展，技術(shù)也趨于成熟主控部分基本可實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)設(shè)計(jì)。但就節(jié)能方面的設(shè)計(jì)仍存在較多問(wèn)題，如旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)和溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對(duì)門(mén)的選擇由單一的功用型向個(gè)性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門(mén)以其全新的概念，寬敞開(kāi)放的門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無(wú)可質(zhì)疑的必選設(shè)施，堪稱(chēng)建筑物的點(diǎn)睛之筆。因此，目前國(guó)內(nèi)四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：新穎獨(dú)特的總體設(shè)計(jì)，高度的安全可靠性設(shè)計(jì)，多種運(yùn)轉(zhuǎn)使用方式設(shè)計(jì)，故障即時(shí)顯示功能設(shè)計(jì)，樓宇消防智能化控制設(shè)計(jì)，停電使用功能設(shè)計(jì)，大通行能力設(shè)計(jì)，精巧靈敏的遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1.4智能全自動(dòng)門(mén)的分類(lèi)
1.4.1 智能全自動(dòng)門(mén)的基本類(lèi)型
(1) 自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) 三翼和四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)軸通過(guò)軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)或四個(gè)門(mén)翼呈發(fā)散式固定在中心門(mén)軸上，各門(mén)扇之間的角度相等，人在內(nèi)扇之間推動(dòng)（按順時(shí)針）門(mén)扇，就成為一個(gè)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)。中心門(mén)軸的上方安裝電動(dòng)機(jī)及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)。
(2) 懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) （兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)）為進(jìn)一步擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門(mén)人員流量，擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門(mén)門(mén)扇之間的距離，可以考慮將旋轉(zhuǎn)門(mén)的門(mén)扇數(shù)量減為兩個(gè)。中心門(mén)軸結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的緊急打開(kāi)功能。于是兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)采用了上部圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)門(mén)體的設(shè)計(jì)，以一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
圖1.2懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)
(3) 全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) 從結(jié)構(gòu)上看，全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)與自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)一樣。也分三翼和四翼兩種。也是地面支撐的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。所不同的是，驅(qū)動(dòng)裝置埋在地下。上部和下部各有一個(gè)連接門(mén)扇的金屬盤(pán)，金屬盤(pán)上有固定門(mén)扇的門(mén)夾，門(mén)扇玻璃在中間直接相結(jié)合，省略了中心門(mén)軸，極大地提高了門(mén)軸的通透性。
圖1.3全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)
1.4.2旋轉(zhuǎn)門(mén)具體方案的確定
在選擇了旋轉(zhuǎn)門(mén)的類(lèi)型后，本設(shè)計(jì)還必須確定其設(shè)計(jì)的具體方案。通過(guò)查閱大量的資料，本設(shè)計(jì)出以下幾種方案：
第一個(gè)方案：采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。
第二個(gè)方案：采用懸掛式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用PLC控制。
第三個(gè)方案：采用中軸式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用PLC控制。
對(duì)于第一個(gè)方案 由于采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，它在修建的時(shí)候必須把立柱修好。如果我們想改變一下旋轉(zhuǎn)門(mén)的位置必須另外修建一個(gè)立柱。控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，它在大規(guī)模生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)的情況下是非常實(shí)用的。
對(duì)于第二個(gè)方案 由于使用了懸掛式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，故其旋轉(zhuǎn)門(mén)的每個(gè)分隔可以容納更多的人。控制系統(tǒng)采用PLC控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門(mén)的小批量生產(chǎn)。
對(duì)于第三種方案 由于采用了中軸式旋轉(zhuǎn)門(mén)，故旋轉(zhuǎn)門(mén)的每個(gè)分隔將可以容納較少的人，控制系統(tǒng)采用PLC控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門(mén)的小批量生產(chǎn)。
由于設(shè)計(jì)的是一般的高檔賓館，其出入的人數(shù)比較少，并且要進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，故選用第三種方案，利用PLC控制。
第2章 門(mén)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選擇自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的設(shè)計(jì)（四翼） 由于本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是一般高檔賓館大門(mén)，故必須滿足豪華、氣派的要求，而旋轉(zhuǎn)門(mén)剛好符合上述的條件。但是旋轉(zhuǎn)還分為幾大類(lèi)，由于高檔賓館的出入人數(shù)不是很多，故選擇一般的自穩(wěn)定性旋轉(zhuǎn)門(mén)就滿足其要求了。并且它還具有穩(wěn)定性、可靠性很高，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的門(mén)體部分設(shè)計(jì)主要包括旋轉(zhuǎn)門(mén)體部分設(shè)計(jì)和固定部分曲壁設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)門(mén)體又包括中間旋轉(zhuǎn)門(mén)扇和中軸。其中旋轉(zhuǎn)門(mén)扇都由鋁型材框架和玻璃構(gòu)成。曲壁是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)門(mén)體部分的旋轉(zhuǎn)空間，由進(jìn)出門(mén)口和四塊弧形框玻璃構(gòu)成。
根據(jù)文獻(xiàn)可以確定四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的尺寸，其具體尺寸如表2.1所示：
表2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)尺寸表
門(mén)旋轉(zhuǎn)直徑E
3600mm
門(mén)凈高 A
2163mm
門(mén)總高 B
2633mm
門(mén)出入口尺寸 C
2427mm
門(mén)外徑D
3760mm
單扇門(mén)半徑DW
1005mm
圖2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)結(jié)構(gòu)尺寸圖
2.1確定門(mén)扇材料
門(mén)扇主要包括門(mén)扇骨架的材料和門(mén)扇玻璃.根據(jù)相關(guān)門(mén)體標(biāo)準(zhǔn),可按90系列的推門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)。門(mén)扇骨架采用90系列推拉門(mén)專(zhuān)用鋁型材,根據(jù)文獻(xiàn)，確定門(mén)扇骨架鋁型材具體選擇如表2.2所示：
表2.2 90系列平開(kāi)門(mén)鋁型材
類(lèi)型
代號(hào)
光企
L090704
勾企
L090705
上橫
L090706
下橫
L090707
90系列鋁型材的截面如圖2.2所示：
（a） 光企截面圖 （b） 勾企截面圖
（c） 上橫截面圖 （d） 下橫截面圖
圖2.2 90系列鋁型材的截面
其它附加物體的，并且在上橫、下橫上安裝的毛條與一般的平開(kāi)門(mén)的安裝方式是不由于90系列平開(kāi)門(mén)與一般的旋轉(zhuǎn)門(mén)是有區(qū)別的，旋轉(zhuǎn)門(mén)是不用在勾企安裝一樣的，故我們旋轉(zhuǎn)門(mén)的截面圖都采用光企的截面圖。
2.1.1確定門(mén)扇玻璃
門(mén)扉玻璃一般有幾種選擇,一是防彈玻璃,二是夾膠玻璃,三是鋼化玻璃.由于門(mén)一般用于高級(jí)的賓館,寫(xiě)字樓等高檔場(chǎng)所,一般無(wú)特殊要求.由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴,并且無(wú)多大實(shí)際用處,而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好.因此選擇鋼化玻璃是最合適的。參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況,可以選6mm的鋼化透明玻璃.
2.1.2確定門(mén)扇的尺寸.
根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)門(mén)尺寸可按90系列的平開(kāi)門(mén)的尺寸進(jìn)行計(jì)算。
光企和勾起的長(zhǎng)度為： L=A-2L'-h (2.1)
=2200-2×25-20
=2130mm
其中：L為光企或勾企的長(zhǎng)度，A門(mén)凈高的高度 ，L'為門(mén)體上下所留的間隙，h為安裝門(mén)扇扁鋼的厚度。
上橫和下橫的寬度為：
B=DW+L1 (2.2)
=1005+64
=1069 mm
其中：B為上橫或下橫的寬度，L1為門(mén)扇夾到金屬盤(pán)內(nèi)的距離。
而玻璃的長(zhǎng)度為:
L1=L-2×b1+2×h1 (2.3)
=2130-2×64+2×12
=2026mm
其中：b1為鋁合金截面的長(zhǎng)度，h1為鋁合金所夾玻璃的長(zhǎng)度。
玻璃的寬度為:
B1=B-2×b1+2×h1 (2.4)
=1069-2×64+24
=965mm
2.2 曲壁部分設(shè)計(jì)
曲壁由8根角鋼做為支撐體，每4根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上,進(jìn)出口各布置1根，曲壁圓弧中間布置兩根。其中安裝在圓弧中間的兩根角鋼是焊接在一起的。曲壁由四塊相同的圓弧玻璃組成。
2.2.1確定材料
由于曲壁上圓弧梁必須選用專(zhuān)用的鋁型材，根據(jù)中國(guó)建材網(wǎng)選用6063專(zhuān)用弧形材，其截面如圖2.4所示。由于支撐架必須承受電機(jī)和華蓋的重量，故支架的強(qiáng)度要求比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選用的角鋼。其截面形式如圖2.3所示。
圖2.3 角鋼截面圖 圖2.4 6063鋁合金截面圖
由于曲壁玻璃必須做成圓弧形，必須選用專(zhuān)用玻璃。因此選用8mm弧形鋼化玻璃。
2.2.2確定材料尺寸
根據(jù)表2.1查得四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)直徑=3600mm，門(mén)出入口尺寸C=2427mm,故對(duì)應(yīng)的圓心角為：=2arccos(C/2//2)=2arccos(2427/2/3600/2)=96度。
則兩邊曲壁各對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)為：
(2.5)
所以兩邊曲壁對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)為：
(2.6)
則每扇曲壁的弧長(zhǎng)為：
(2.7)
其中：為角鋼的厚度，為曲壁的弧長(zhǎng)，r為四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的半徑。
確定玻璃尺寸：
每一扇玻璃的弧長(zhǎng) ：
(2.8）
玻璃的高度為：
h=A-2×h2-2×h3 (2.9)
=2200-2×75-2×12
=2026mm
其中：A為門(mén)凈高度，h2為6063鋁合金的截面長(zhǎng)度，h3為鋁合金夾玻璃的長(zhǎng)度。
角鋼尺寸確定：
由于要保持角鋼的穩(wěn)定性,預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為300mm.則角鋼的高度可估算為:
h 角 =A+300+l (2.10)
=2200+300+230
=2730mm
其中：A為門(mén)凈高度，l為上下華蓋的距離。
角鋼與6063專(zhuān)用鋁合金是靠螺釘連接的，同時(shí)它與上華蓋也是靠螺釘連接的。6063專(zhuān)用鋁合金與下華蓋也是通過(guò)螺釘連接的
2.3華蓋的總體設(shè)計(jì)
華蓋骨架是由上下兩塊鋼板和穿過(guò)華蓋的八根角鋼組成。它主要用來(lái)安裝軸承、電機(jī)、控制裝置等。
由于華蓋要用來(lái)安裝電機(jī)、軸承座等，重量比較大。故選擇的材料要求其強(qiáng)度比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選擇一般結(jié)構(gòu)用熱扎鋼板。其厚度為5毫米，長(zhǎng)度為4000毫米，寬度為4000毫米。上下各一張。
下華蓋的設(shè)計(jì)：
由表2.1查得旋轉(zhuǎn)門(mén)的外徑為3760mm,故下面的鋼板要做成一個(gè)直徑為3760mm的一個(gè)圓。中心軸要通過(guò)下華蓋，故需要在鋼板中心鉆一個(gè)直徑為170mm的孔。與此同時(shí)角鋼也要通過(guò)下華蓋，還需要在鋼板上加工八個(gè)槽。其具體尺寸如圖2.5所示。
上華蓋的設(shè)計(jì)：
由于旋轉(zhuǎn)門(mén)的外徑為3760mm，故上面的鋼板要做成一個(gè)直徑為3760mm的一個(gè)圓。上面的鋼板要用來(lái)安裝電機(jī)，故必須在其上面打孔。同時(shí)為了保證鋼板用足夠的強(qiáng)度
圖2.5 下華蓋圖
來(lái)支撐電機(jī)的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板通過(guò)焊接連接。由于電機(jī)的重量不大，故根據(jù)文獻(xiàn)選擇型號(hào)為8的熱軋槽鋼。具體尺寸如圖2.6所示。
圖2.6 上華蓋圖
2.4金屬盤(pán)與軸承支座的設(shè)計(jì)
2.4.1 金屬盤(pán)的設(shè)計(jì)
由表2.1查得旋轉(zhuǎn)門(mén)直徑=3600mm，單扇門(mén)半徑DW=1005mm，故軸的直徑D=-2DW-h=3600-2×1005-60=1530mm(其中h為門(mén)扇與曲壁之間的間隙).但是實(shí)際上軸的尺寸不可能做得太大。因?yàn)檩S太大不利于安裝和加工。為了解決上述矛盾，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)金屬盤(pán)，它一部分連接到軸上，一部分連接到門(mén)體上，這樣就很好的解決了因軸太小而不能滿足標(biāo)準(zhǔn)尺寸的要求。其具體尺寸如圖2.7所示。
圖2.7金屬盤(pán)尺寸圖
為了讓門(mén)體固定在金屬盤(pán)上，需要使用兩根扁鋼，上下各一根。扁鋼的一部分與門(mén)體連接，另一部分與金屬盤(pán)連接。根據(jù)文獻(xiàn),選用寬為32，厚度為10的熱扎扁鋼。
2.4.2 軸承座及防塵蓋的設(shè)計(jì)
為了防止灰塵進(jìn)入軸承，則必須在軸承座上面安裝防塵蓋，其具體尺寸如圖2.10、2.11所示。
圖2.8 下防塵蓋
圖2.9 上防塵蓋
旋轉(zhuǎn)門(mén)沒(méi)有固定軸承的地方，則需要設(shè)計(jì)軸承座來(lái)固定軸承。由于要使用兩個(gè)軸承，則軸承座也要使用兩個(gè)，上下各一個(gè)。對(duì)于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿足強(qiáng)度要求。又由于軸承受到的軸向力比較大，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)，防止軸承的向下滑動(dòng)，其具體的尺寸與結(jié)構(gòu)如下圖2.8、2.9所示
圖2.10上軸承座圖 圖2.11下軸承座圖
14
2.5 本章小結(jié)
本章內(nèi)容為門(mén)體設(shè)計(jì)，既對(duì)門(mén)的基本幾何形狀設(shè)計(jì)。從門(mén)款的選材到定型，再到門(mén)的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)，使門(mén)的基本情況有了進(jìn)一步的闡述。門(mén)體選材為常見(jiàn)材料，大大的節(jié)約成本。支撐部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料也選用熱軋鋼板，避免了加工精度的要求，是設(shè)計(jì)極可能的簡(jiǎn)單化。
第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
整個(gè)門(mén)體的傳動(dòng)系統(tǒng)由減速電機(jī)提供動(dòng)力,減速電機(jī)通過(guò)一次減速后，再通過(guò)一對(duì)齒輪把動(dòng)力傳給軸,而金屬盤(pán)將門(mén)扇與軸相連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力裝置到執(zhí)行裝置的動(dòng)力的傳遞過(guò)程。
3.1各扇門(mén)的質(zhì)量計(jì)算
由于四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的四扇成對(duì)稱(chēng)分布，其質(zhì)量完全一樣,所以計(jì)算一扇門(mén)的質(zhì)量，再乘以四就是整個(gè)門(mén)體的質(zhì)量。由文獻(xiàn)查得鋁合金的線密度為0.836kg/m。
則每扇門(mén)框的質(zhì)量為：
m1=σl (3.1)
=σ(2×L+2×B)
=0.836×(2×2.13+2×1.069)
=5.35kg
單扇門(mén)玻璃的質(zhì)量：
m2=V?！力? (3.2)
單扇門(mén)的質(zhì)量：
m=m1+m2
=29.33+5.35
=34.68kg
其中：σ為線密度，l為鋁合金邊框的總長(zhǎng)度，B為鋁合金邊框的寬度,ρ為玻璃密度。
3.2 各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
假設(shè)門(mén)扇為均勻的質(zhì)量體,其在寬度方向的面密度可以用下式計(jì)算, 其中R為門(mén)扇的寬度，L為門(mén)扇的長(zhǎng)度。
則門(mén)扇對(duì)中心慣量可用下式計(jì)算：
由平行軸定理知，門(mén)扇相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
（3.3）
其中：L1為旋轉(zhuǎn)門(mén)的中心到門(mén)扇的距離，R為門(mén)體總的長(zhǎng)度。
旋轉(zhuǎn)門(mén)體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min,則角速度。由于傳感器一般在2m范圍內(nèi)檢測(cè)人的來(lái)臨,當(dāng)人邁進(jìn)門(mén)邊時(shí),門(mén)體要加速到正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)。按照一般情況下，人走過(guò)兩米需要的時(shí)間最小為2秒，但是此時(shí)間還要減去變頻器、PLC、傳感器等的滯后時(shí)間1.5秒。所以電機(jī)的加速時(shí)間設(shè)為0.5秒。在0.5s內(nèi)加速到6m/min速度,則角加速度,由于電機(jī)要帶動(dòng)門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng),有一個(gè)加速過(guò)程,此過(guò)程需要克服旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的關(guān)系:.則可以算出旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩為:
(3.4)
3.3 選擇電機(jī)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算:
(3.5)
由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為：
(3.6)
式中，，分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。
取，，，則總的傳動(dòng)效率為：
=0.83
則可以計(jì)算出電機(jī)的功率：
由于一般電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大,一般在1500r/min左右。門(mén)體的最大轉(zhuǎn)速為才6m/min，故需要減速器進(jìn)行減速。減速電機(jī)既能提供動(dòng)力，又能進(jìn)行減速。故選用減速電機(jī)提供動(dòng)力。根據(jù)相關(guān)要求,可以選用一個(gè)JXJ系列電機(jī),JXJ系列異步電機(jī)按照TB1T6442-92標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造,廣泛用于輕工,紡織,建筑機(jī)械行業(yè).JXJ系列電動(dòng)機(jī)是直接輸出低轉(zhuǎn)速,大轉(zhuǎn)距,且有轉(zhuǎn)速型譜寬,運(yùn)轉(zhuǎn)平衡,噪聲低,高效節(jié)能,體積小,重量輕,規(guī)格多,選用方便等特點(diǎn)。
方案
型號(hào)
額定功率
(KW)
轉(zhuǎn)矩
(N.m)
同步轉(zhuǎn)速
（r/min)
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動(dòng)比
齒輪傳
動(dòng)比
減速器 動(dòng)比
1
JXJ0-11-0.55
0.55
48.3
1500
1440
240
21.8
11
2
JXJ1-43-0.55
0.55
1007
1500
1440
240
5.6
43
3
JXJ1-59-0.55
0.55
207.2
1500
1440
240
4.07
59
由上面計(jì)算出所需電機(jī)功率為0.36kw。但是門(mén)體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻,以及旋轉(zhuǎn)門(mén)體周?chē)鸁o(wú)條件與曲壁門(mén)體間的摩擦阻力。盡管其產(chǎn)生的力較小,但由于門(mén)體直徑過(guò)大,則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩.同時(shí)還有一些其他沒(méi)有考慮的因素.因此特將計(jì)算出的功率放大一些.,應(yīng)該選擇電機(jī)功率在0.36kw以上的電動(dòng)機(jī)才行。
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和齒輪傳動(dòng)，可見(jiàn)方案2比較合適。即選用JXJ1-43-0.55擺線針輪減速器三相異步電機(jī)。其具體參數(shù)如
表3.1 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案
圖3.2所示。
表3.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)
方案
型號(hào)
額定功率
(KW)
轉(zhuǎn)矩
(N.m)
同步轉(zhuǎn)速
（r/min)
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動(dòng)比
齒輪傳
動(dòng)比
減速器 動(dòng)比
2
JXJ1-43-0.55
0.55
1007
1500
1440
240
5.6
43
電動(dòng)機(jī)主要外形見(jiàn)圖3.1和安裝尺寸見(jiàn)表3.3：
圖3.1 電動(dòng)機(jī)外形圖
表3.3電動(dòng)安裝尺寸（單位為毫米）
P
E
M
n-d
D2
D3
D4
D
b
h
B
4
9
82
6-10
160
134
110
25
8
31
220
3.4齒輪的設(shè)計(jì)
3.4.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)是一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。查文獻(xiàn),選擇小齒輪材料為45Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪的材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =17，大齒輪齒數(shù)Z2=17×5.6=95.2，取=96。
3.4.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
①確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)
由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即
(3.7)
試選用載荷系數(shù)=1.3。
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
根據(jù)表3.3查得轉(zhuǎn)矩
由文獻(xiàn)選取齒寬系數(shù)=1。
由文獻(xiàn)查得材料的彈性系數(shù)。
由文獻(xiàn)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(3.8)
(3.9)
由文獻(xiàn)查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
，。
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1，得
(3.10)
(3.11)
②計(jì)算
試計(jì)算小齒輪的分度圓，代入[]中較小的值
(3.12)
=58.6 mm
計(jì)算圓周速度v
(3.13)
計(jì)算齒寬
由文獻(xiàn)取=1
=1 mm (3.14)
計(jì)算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù)： (3.15)
齒高： (3.16)
(3.17)
計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.1m/s，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)查得動(dòng)載系數(shù)Kv=0.75；直齒輪，假設(shè)。由文獻(xiàn)查得
由文獻(xiàn)查得兩段的齒輪的使用系數(shù)，
由文獻(xiàn)知精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，
(3.18)
將數(shù)據(jù)代入后得
由b/h=7.6,=1.41，查文獻(xiàn)得=1.41，則
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得
(3.19)
計(jì)算模數(shù)
(3.20)
3.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由資料資料查得齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)為：
(3.21)
由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：
；
計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力：
小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
(3.22)
計(jì)算圓周力:
(3.23)
計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力:
(3.24)
(3.25)
此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取按彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.43并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5;按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)：取Z2=134.這樣的齒輪傳動(dòng)，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
3.4.4幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算分度圓直徑
(3.26)
(3.27)
計(jì)算中心距
(3.28)
計(jì)算齒輪寬度
mm (3.29)
取。
計(jì)算齒輪的齒根高：
mm (3.30)
計(jì)算齒頂高：
mm (3.31)
驗(yàn)算
(3.32)
，合適。 (3.33)
3.5軸與軸承的選擇
3.5.1 軸的尺寸確定
根據(jù)前面的齒輪的尺寸可以確定軸的外徑為170mm，由于軸要安裝齒輪和軸承，其精度要求比較高，故選擇精密無(wú)縫鋼管。根據(jù)文獻(xiàn)選擇型號(hào)為5-170×5×3000倍-GB/T-1999精密無(wú)縫鋼管。厚度為8mm，密度為38.2kg/m。
圖3.2 軸的尺寸圖
由于軸承還沒(méi)有確定出來(lái)，但是軸的直徑已知。并且旋轉(zhuǎn)軸在徑向受力不大，主要受到軸向力的作用，故選擇推力滾子軸承。根據(jù)[5]預(yù)選推力滾子軸承，型號(hào)為29334。其寬度為103mm.。又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離，安裝套筒，一般選擇為20mm。同時(shí)齒輪的寬度為60mm，具體尺寸如圖3.2所示。
軸的質(zhì)量計(jì)算：
(3.34)
=38.2×2.514
=96kg
其中：W為鋼管的線密度（kg/m）,L為鋼管的長(zhǎng)度。
3.5.2軸承的選擇與驗(yàn)算
徑向力確定：軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉(zhuǎn)矩除以大齒輪的分度圓半徑。其值為Fr=M/R=100700/(170/2)=1184.7N.
軸向力的確定： (3.35)
=(m鋼管+4×m門(mén)體+m其他)×10
=(96+4×34.68+10) ×10
=2447.2N
設(shè)定工作時(shí)間為8年。
由于d=170mm，按表6-2-80預(yù)選推力滾子軸承，型號(hào)為29334。
由于Fa /Fr =2432.3/1184.7=0.49，故Fr〈0.55 Fa
由文獻(xiàn)知當(dāng)量動(dòng)載荷為 (3.36)
=1.2×1184.7+2432.3
=3853.94N
查文獻(xiàn)得:
fh=0.73,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1.
根據(jù)式 C=(fh ×fd× fm/ fn ×fT)×Pe (3.37)
=(0.723×1.1×1/1.435×0.9) ×3853.94
=2373.2N
軸承Cr=1878000N>2373.2N 合適。
3.5.3軸的校核
在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取值。對(duì)于推力調(diào)心滾子軸承，由文獻(xiàn)查得a=51.5mm。因此，作簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距l(xiāng)=2301mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3.2所示。
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算列于表3.3.
按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，只需對(duì)軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)取a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為：
(3.38)
=17.04MPa
其中W為抗彎、抗扭截面系數(shù)，，d1為鋼管的內(nèi)徑，d為鋼管的外徑。
根據(jù)前面已選定軸的材料為0Cr18Ni9，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)查得 。因此 ，故安全.
圖3.2軸的彎扭組合圖
表3.3 軸的彎扭數(shù)據(jù)
載荷
垂直面
水平面
支反力
彎矩M
總彎矩
扭矩
3.6 本章小結(jié)
本章內(nèi)容對(duì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行了一系列的而設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)門(mén)的工作原理更加清晰。門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算和門(mén)體質(zhì)量計(jì)算為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。電機(jī)選擇則為門(mén)體提供了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。電機(jī)選擇的是減速電機(jī)，故齒輪設(shè)計(jì)十分重要。軸的設(shè)計(jì)是為了使門(mén)體有一個(gè)強(qiáng)度很好的機(jī)構(gòu)。
第4章 控制部分總體設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)主要是接受來(lái)自檢測(cè)安全系統(tǒng)傳感器的相關(guān)信號(hào)和門(mén)體的相關(guān)按鈕信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后對(duì)門(mén)體的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。門(mén)體的控制主要是門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)的啟停狀態(tài)控制，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速狀態(tài)控制，制動(dòng)狀態(tài)控制，鎖門(mén)狀態(tài)控制以及故障自動(dòng)報(bào)警控制等。由于四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)要實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)速的變化，則要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制可采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂破鞯目刂菩盘?hào)通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速變化。四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的控制系統(tǒng)必須要求有高的可靠性，控制性能高，能適應(yīng)較為多變的控制要求，控制器價(jià)格不不能太高。
4.1控制系統(tǒng)的控制功能
（1）變速功能。旋轉(zhuǎn)門(mén)設(shè)有低速、中速和高速3種旋轉(zhuǎn)速度，分別對(duì)應(yīng)殘疾、中速和高速三個(gè)按鈕進(jìn)行切換，以適應(yīng)殘疾人通過(guò)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)和緊急疏散對(duì)轉(zhuǎn)速的不同要求。
（2）自動(dòng)轉(zhuǎn)停功能。來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并以正常轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),15ｓ無(wú)人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門(mén)。
（3）防夾功能。當(dāng)門(mén)扇運(yùn)轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時(shí)，如果行人試圖從兩者之間（防夾區(qū)）進(jìn)入旋轉(zhuǎn)門(mén)，則門(mén)立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)以防夾傷行人。行人離開(kāi)防夾區(qū)，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
（4）防撞功能。當(dāng)行人緊靠右側(cè)立柱或遇物體碰撞右側(cè)立柱時(shí)，則旋轉(zhuǎn)門(mén)馬上停轉(zhuǎn)，以防止撞傷行人或撞壞物體。行人或物體離開(kāi)右側(cè)立柱，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
（5）防碰功能。行人在旋轉(zhuǎn)門(mén)內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門(mén)扇碰行人腳后跟，則門(mén)立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，以防止碰傷行人。行人離開(kāi)門(mén)扇，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
（6）鎖門(mén)功能。采用電磁鎖方式鎖門(mén)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)鎖匙即可完成自動(dòng)鎖門(mén)工作，快捷方便。
（7）急停功能。當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故時(shí)，按下急停按鈕，門(mén)立即停轉(zhuǎn)，解除急停信號(hào)，門(mén)又自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
（8）暫停功能 （STOP鈕）。與急停功能相當(dāng)，不同的是按暫停按鈕后，必須用殘疾、中速或高速三個(gè)按鈕中的一個(gè)進(jìn)行恢復(fù)。
（9）殘疾優(yōu)先功能。當(dāng)按下殘疾按鈕后,30ｓ內(nèi)門(mén)始終以2r/min的速度低速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)按高速或中速鈕無(wú)效，以確保殘疾人安全通過(guò)。30ｓ后來(lái)人，門(mén)自動(dòng)以正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)。
（10）電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)功能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),門(mén)停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報(bào)警。過(guò)載消除后門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
變頻器報(bào)警輸出和延時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能。當(dāng)變頻器過(guò)壓或過(guò)流時(shí),關(guān)閉輸出，門(mén)停轉(zhuǎn)并報(bào)警 （指示燈閃爍）,延時(shí)3ｓ自動(dòng)復(fù)位。
4.2 變頻器的選擇
變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動(dòng)機(jī)容量、電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。
JXJ型擺線針輪減速電機(jī)是選用的YS8014V電動(dòng)機(jī)，根據(jù)[4]P350頁(yè)確定其參數(shù)如表4.1所示。
表4.1 電機(jī)參數(shù)
額定功率（W）
額定電流（A）
額定電壓（V）
效率（%）
功率因素
最大轉(zhuǎn)矩（N.m）
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
550
1.55
380
73.5
0.73
2.4
0.0021
0.35
4.2.1驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)
對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式：
查表4.1得，=0.73，=550w,取1.05，=0.735，=380V,=1.55A.
滿足負(fù)載要求輸出： (4.1)
滿足電動(dòng)機(jī)容量： (4.2)
滿足電動(dòng)機(jī)電流： (4.3)
式中：PCM是變頻器的容量、PM負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、UE是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、IE電動(dòng)機(jī)的額定電流、是電動(dòng)機(jī)的效率、電動(dòng)機(jī)功率因素、K電流波形補(bǔ)償系數(shù).由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對(duì)于PWM控制方式的變頻器，K的取值為1.05—1.1。
4.2.2指定變頻器啟動(dòng)加速時(shí)間
變頻器產(chǎn)品型號(hào)所列的變頻器容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過(guò)載能力以內(nèi)進(jìn)行加速。在進(jìn)行急劇地加速和減速時(shí)，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時(shí)也加長(zhǎng)了加減速時(shí)間。
如果生產(chǎn)設(shè)備對(duì)加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核算變頻器的容量是否能夠滿足所要求的加速時(shí)間，如不能，則要選用加大一擋的變頻器容量。
在指定加速時(shí)間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下：
根據(jù)表4.1知，n=1440r/min, =0.35, 。由文獻(xiàn)知，電機(jī)的加減速時(shí)間為0.1︿2600s。紅外線感應(yīng)器在2m以內(nèi)感應(yīng)人的存在，則當(dāng)人到達(dá)旋轉(zhuǎn)門(mén)時(shí)，必須加速到指定速度。人一般的最大速度為1m/s，則人在2s鐘時(shí)間就可以走過(guò)2米的距離。但是我們不能將此時(shí)間作為加速時(shí)間，我們還要減去變頻器、PLC、傳感器的滯后時(shí)間1.5秒。故電機(jī)的加減速時(shí)間為0.5秒。
(4.4)
式中PCM變頻器的容量、K電流波形補(bǔ)償系數(shù)、n電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩、tA電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間、電動(dòng)機(jī)功率因素、電動(dòng)機(jī)軸上飛輪力矩。
4.2.3指定變頻器減速時(shí)間
降低變頻器的輸出功率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動(dòng)機(jī)更快地減速。當(dāng)變頻器對(duì)應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種情況下，異步電機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換成電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過(guò)大時(shí)，變頻器本身的過(guò)電保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無(wú)法達(dá)到快速減速的目的。
為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量在直流中間回路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓變頻器中，一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動(dòng)三極管和制動(dòng)電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓上升到一定的電壓值時(shí)，制動(dòng)三極管就會(huì)導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)制動(dòng)電阻放電，即將電動(dòng)機(jī)回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱的形式在制動(dòng)電阻消耗掉。
制動(dòng)電阻的選擇方法：
①計(jì)算制動(dòng)力矩TB
由表4.1查得，=0.0021，n1=1440r/min,則n2=n1/i=1440/43=33.5r/min。
(4.5)
Nm
式中：TB為動(dòng)力矩、 JM為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、 JL折算至電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 n1減速開(kāi)始速度、 n2減速完了的速度、ts減速時(shí)間、 TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
②計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值：
在進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，即使不加放電的制動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部也將有20%的銅損轉(zhuǎn)換為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？紤]到這個(gè)因素，可以先按下式初步計(jì)算制動(dòng)電阻的預(yù)選植。
(4.6)
=630歐姆
式中：ROB為制動(dòng)電阻、UC為直流電路電壓（對(duì)200V級(jí)變頻器，=380V，對(duì)于400V級(jí)，=760V）、TB為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、TM電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩、n1為減速開(kāi)始速度
③計(jì)算制動(dòng)電阻的平均消耗功率：
如前所述，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可按下式求得電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電阻上消耗的平均功率
(4.7)
=6.8W
由于四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故變頻器選用通用型的。又因?yàn)樗囊硇D(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)額定值，電機(jī)不會(huì)過(guò)載。一般變頻器出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量系數(shù)，所以選擇變頻器容量與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)容量相同即可。再根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，選擇森蘭變頻器型號(hào)為BT40 0.75 KWT。
其具體數(shù)據(jù)和接線圖見(jiàn)附錄A
4.3檢測(cè)裝置的選擇
（1）直流制動(dòng)接近開(kāi)關(guān)選用
由于當(dāng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，門(mén)要停在指定的位置。門(mén)停轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)要先停轉(zhuǎn)，但門(mén)體有一定慣性，使得門(mén)無(wú)法停在指定的位置上。這時(shí)我們就需要接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)門(mén)靠近門(mén)停位置時(shí)，就產(chǎn)生信號(hào)發(fā)出制動(dòng)信息，使門(mén)體停在這個(gè)位置。
接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)大，會(huì)使門(mén)制動(dòng)后停在指定位置的前邊。感應(yīng)位置過(guò)小，由于接近開(kāi)關(guān)也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，則使門(mén)停超過(guò)門(mén)應(yīng)停的位置。同時(shí)由于門(mén)框是金屬的，則接近開(kāi)關(guān)應(yīng)能感應(yīng)金屬物體。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品類(lèi)型，可選用5mm感應(yīng)距離的電感式接近開(kāi)關(guān)。型號(hào)為L(zhǎng)F5-2K，常開(kāi)觸點(diǎn)，PNP輸出，三線連接。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)附錄B。
(2)鎖門(mén)接近開(kāi)關(guān)的選用
當(dāng)鎖門(mén)時(shí)，為了讓門(mén)精確的停位在上鎖的位置，同樣需要一接近開(kāi)關(guān)提前感應(yīng)鎖門(mén)位置的臨近。當(dāng)門(mén)體接近鎖門(mén)位置時(shí)，鎖門(mén)接近開(kāi)關(guān)就發(fā)出鎖門(mén)信號(hào)使門(mén)體精確停在這個(gè)位置，便于我們上電磁鎖和機(jī)械鎖。而無(wú)需人再來(lái)推門(mén)體使其準(zhǔn)確停位。
接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)小不能精確停位，而使得無(wú)法上鎖。所以感應(yīng)距離為適當(dāng)才可。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品類(lèi)推，可選用4mm感應(yīng)距離的電磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)?？蛇x擇LE4-2K。其參數(shù)見(jiàn)附錄B。
(3)防夾接近開(kāi)關(guān)的選用
在出入口兩個(gè)防夾區(qū)域內(nèi)安裝了防夾傳感器，而防夾感應(yīng)器是用來(lái)感應(yīng)人是否處于防夾區(qū)域內(nèi)，而不知道是否門(mén)扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi)，所以僅靠防夾傳感器是無(wú)法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷門(mén)翼是否走到了防夾區(qū)域內(nèi)。當(dāng)防夾傳感器和防夾接近開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)出信號(hào)時(shí)，人就有可能被夾，這時(shí)電機(jī)必須停轉(zhuǎn)。
由于人的人的寬度一般在0.5m以下，可設(shè)此距離為接近感應(yīng)器感應(yīng)距離。當(dāng)門(mén)翼靠近曲壁門(mén)柱0.5m時(shí)，接近傳感器就可以發(fā)出信號(hào)。而門(mén)翼是在曲壁門(mén)柱的前端面，因此選擇光電式JD系列接近傳感器。選擇感應(yīng)距離為0.5m的檢測(cè)前端物體的接近傳感器，型號(hào)為JD-E3L-DS50B1傳感器。
(4)防夾傳感器的選用
防夾傳感器是用來(lái)檢測(cè)人是否在防夾區(qū)域內(nèi)用的。應(yīng)采用紅外線傳感器檢測(cè)，其檢測(cè)方式是豎直的。當(dāng)人在防夾區(qū)域時(shí)，傳感器只有通過(guò)豎直檢測(cè)才不會(huì)誤判。假如傳感器不是豎直的，而是發(fā)散的，如人正常經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)門(mén)區(qū)時(shí)，防夾傳感器就有可能檢測(cè)到人的存在，而此時(shí)門(mén)翼又有可能正好在防夾接近傳感器范圍內(nèi)。兩者信號(hào)同時(shí)有效，使門(mén)體無(wú)故停轉(zhuǎn)，而造成不必要的麻煩。故選擇型號(hào)為SA005-2K光電式開(kāi)關(guān)。其參數(shù)見(jiàn)附錄B。
(5)防碰傳感器的選用
為了保證行人在旋轉(zhuǎn)門(mén)內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門(mén)扇碰后跟，則立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，防止碰傷行人。行人離開(kāi)門(mén)扇，門(mén)扇自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。則必須在每扇門(mén)底邊裝有全開(kāi)寬內(nèi)藏式感應(yīng)器。其型號(hào)為ASR-001
(6)防撞傳感器的選用
防撞膠條安裝于入口右側(cè)立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器，如遇物體碰撞或受壓，門(mén)扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，旋轉(zhuǎn)門(mén)也隨之恢復(fù)正常。故選擇型號(hào)為ASR-002防撞傳感器。
(7)紅外線被動(dòng)式感應(yīng)器的選用
為了保證來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并一正常轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，15s時(shí)無(wú)人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門(mén)。必須在四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的進(jìn)口和出口華蓋上，每處安裝兩個(gè)紅外線感應(yīng)器，感應(yīng)人體進(jìn)入門(mén)體。由於門(mén)體的高度是2-3米，并且要保證能夠在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)觀測(cè)到人，應(yīng)選擇ADS-D型門(mén)控傳感器。其具體參數(shù)見(jiàn)附錄B。
傳感器和接近開(kāi)關(guān)的安裝位置如圖4.1所示：
圖4.1接近開(kāi)關(guān)安裝圖
4.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.4.1 PLC的機(jī)型選擇
旋轉(zhuǎn)門(mén)的動(dòng)作過(guò)程比較固定，環(huán)境條件較好，控制過(guò)程不復(fù)雜，因此選用整體式結(jié)構(gòu)的三菱PLC機(jī)型。因?yàn)樗囊砜刂剖情_(kāi)關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高,在四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)過(guò)程控制中沒(méi)有模擬量輸入，也沒(méi)有比較環(huán)節(jié)等，因此不需要A/D轉(zhuǎn)換功能，PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能。四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的過(guò)程控制對(duì)PLC的處理速度要求不高，允許執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過(guò)0.5us；不需要采用高速響應(yīng)模塊。使用的指令主要是主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令。
4.4.2分析控制系統(tǒng)的I/O接點(diǎn)數(shù)
通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)門(mén)控制要求的分析，PLC控制輸入信號(hào)有24個(gè)（按鈕開(kāi)關(guān)6個(gè)、傳感器12個(gè)、接近開(kāi)關(guān)4個(gè)、變頻器報(bào)警輸入1個(gè)、電機(jī)過(guò)熱輸出1個(gè)共24個(gè)），輸出接點(diǎn)共8個(gè)（報(bào)警輸出1個(gè)、電磁鎖繼電器輸出1個(gè)，速度控制2個(gè)、直流制動(dòng)1個(gè)、變頻器復(fù)位1個(gè)共7個(gè)大）。按照預(yù)留15%-20%的接點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，輸入接點(diǎn)至少要28個(gè)，輸出接點(diǎn)至少要10個(gè)。
本系統(tǒng)為個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，同時(shí)由上段對(duì)I/O接點(diǎn)的分析主要有：開(kāi)關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：32×15=480
開(kāi)關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：10×7=70
系統(tǒng)推斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器字節(jié)數(shù)：8×1=8
總計(jì)大約需要558個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%，有1K的程序容量足夠了。
由以上兩個(gè)PLC本身主要方面，兼顧經(jīng)濟(jì)性原則，在眾多市面上的PLC產(chǎn)品中FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)選擇了FX2N—64MR—001型PLC（輸入為32點(diǎn)，輸出為32點(diǎn)）。由PLC型號(hào)主回路電壓AC（100～240）V；輸入端參數(shù)為電壓DC24V，電流5/7mA；繼電器輸出端電壓AC150V，DC30V以內(nèi)。本系統(tǒng)選用直流輸出方式。
表4.2 硬件指標(biāo)
環(huán)境溫度
0~55℃
環(huán)境濕度
35﹪~89﹪RH(不接露)
抗振
JIS C0911標(biāo)準(zhǔn)10~55Hz