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VVVF垂直電梯轎箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步越來越多的新技術(shù)也運(yùn)用到電梯上，在梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面廣泛開發(fā)應(yīng)用交流變壓變頻調(diào)速（VVVF）控制技術(shù)，而且其控制型式逐漸由GTR向IPM和IGBT發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。本課題的主要工作是完成電梯的轎廂系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化現(xiàn)有電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)，改變現(xiàn)有電梯能耗高，油污染嚴(yán)重的狀況，消除現(xiàn)有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個(gè)更安全的電梯，同時(shí)也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經(jīng)濟(jì)電梯。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；電梯控制；變頻器
Abstract
With the progress of science and technology, more and more new technologies are also applied to the lift, in the ladder-driven technology development and application of a broad exchange of Variable Frequency (VVVF) control technology, and its control by the GTR to the pattern of gradually IPM and IGBT development, to better control and improve performance. The subject's main task is to lift the car to complete system design, optimization of the mechanical structure of the existing elevator, elevator to change the existing high energy consumption, the situation of serious oil pollution, the elimination of some of the existing elevator insecurity. For people to provide a more secure lift, but also make it more easy to install energy saving and environmental protection of the economic lift.
Key words: programmable logic controller (PLC); elevator control; inverter
目 錄
引言………………………………………………………………………………… 1
1.電梯的概述……………………………………………………………………… 1
1.1 電梯的分類…………………………………………………………………… 1
1.2 電梯的基本結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 1
1.3 電梯技術(shù)發(fā)展展望…………………………………………………………… 4
2.轎廂的組成及結(jié)構(gòu)的計(jì)算……………………………………………………… 6
2.1 轎廂…………………………………………………………………………… 6
2.2 轎廂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………… 7
3.電梯的電氣控制系統(tǒng)……………………………………………………………10
3.1 電梯的電氣控制系統(tǒng)概述……………………………………………………10
3.2 電梯的電氣控制安全保護(hù)系統(tǒng)的主要裝置…………………………………11
3.3 新技術(shù)在電梯控制中的應(yīng)用…………………………………………………14
結(jié)論…………………………………………………………………………………16
致謝…………………………………………………………………………………16
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………17
引 言
電梯運(yùn)行速度對(duì)乘客舒適感和轎廂的平層精度起著重要的決定作用。近年來隨著vvvf調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，vvvf電梯的速度控制已在很大程度上消除了電梯平層時(shí)的爬行?？?，大大提高了電梯的舒適性和快速性。目前國(guó)內(nèi)vvvf電梯的速度控制大部份是采用以時(shí)間方式或者基于增量式編碼器的相對(duì)距離方式來控制速度運(yùn)行的，這兩種方式仍存在著一定程度的爬行停靠現(xiàn)象。為徹底解決爬行?？繂栴}，進(jìn)一步提高舒適感和快速性，本文提出了基于絕對(duì)剩余距離原則的速度控制策略。本文研究的主要內(nèi)容包括電梯的分類、電梯的基本結(jié)構(gòu)、電梯技術(shù)發(fā)展展望、曳引系統(tǒng)、轎廂與對(duì)重、電梯與建筑物的關(guān)系等方面。重點(diǎn)是電梯轎廂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1、電梯概述
1.1電梯的分類
1.1.1電梯的分類
電梯的分類有各式各樣:
(1)按用途分類有乘客電梯、載貨電梯、醫(yī)用電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯等
(2)按速度分類低速電梯1 m/s以下
中速電梯1 -2m/s
高速電梯2m/s以上
超高速電梯5m/s以上
(3)按驅(qū)動(dòng)電源分類交流電梯速度 一般小于2m/s
直流電梯速度 一般大于2m/s
(4)按控制方式分類有層間控制，簡(jiǎn)易集選控制，集選控制、有/無司機(jī)控制、群控等。
1.2 電梯的基本結(jié)構(gòu)
1.2.1曳引式電梯是垂直交通運(yùn)輸工具中使用最普遍的一種電梯，現(xiàn)將其基本結(jié)構(gòu)介紹如下。
(1)曳引系統(tǒng)222
曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪及反繩輪等組成。
曳引機(jī)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速箱、機(jī)座、曳引輪等組成，它是電梯的動(dòng)力源。
曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對(duì)重（或者兩端固定在機(jī)房上），依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)轎廂升降。
導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對(duì)重的間距，采用復(fù)繞型時(shí)還可增加曳引能力。導(dǎo)向輪安裝在曳引機(jī)架上或承重梁上。
當(dāng)鋼絲繩的繞繩比大于1時(shí)，在轎廂頂和對(duì)重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。反繩輪的個(gè)數(shù)可以是1個(gè)、2個(gè)甚至3個(gè)，這與曳引比有關(guān)。
(2)導(dǎo)向系統(tǒng)
導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。
導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接。
導(dǎo)靴裝在轎廂和對(duì)重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)服從于導(dǎo)軌的直立方向。
(3)門系統(tǒng)
門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機(jī)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、門鎖等組成。
轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴和門刀等組成。
層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴、門鎖裝置及應(yīng)急開鎖裝置組成。
開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動(dòng)力源。
(4)轎廂
轎廂用以運(yùn)送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。
(5)重量平衡系統(tǒng)
重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。對(duì)重由對(duì)重架和對(duì)重塊組成。對(duì)重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對(duì)重側(cè)曳引鋼絲繩長(zhǎng)度變化對(duì)電梯平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。
(6)電力拖動(dòng)系統(tǒng)
電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，對(duì)電梯實(shí)行速度控制。
曳引電機(jī)是電梯的動(dòng)力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或直流電機(jī)。
供電系統(tǒng)是為電機(jī)提供電源的裝置。
速度反饋裝置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號(hào)。一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器，與電機(jī)相聯(lián)。
調(diào)速裝置對(duì)曳引電機(jī)實(shí)行調(diào)速控制。
(7)電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。
操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機(jī)房中的檢修或應(yīng)急操縱箱。
控制屏安裝在機(jī)房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實(shí)行電氣控制的集中組件。
位置顯示是指轎內(nèi)和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運(yùn)行方向或轎廂所在的層站。
選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運(yùn)行方向、發(fā)出加減速信號(hào)等作用。
(8)安全保護(hù)系統(tǒng)
安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全使用。
機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用；緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用；還有切斷總電源的極限保護(hù)等。
電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)都
(9)工作原理
曳引繩兩端分別連著轎廂和對(duì)重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。常閉塊式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重用來平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測(cè)速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運(yùn)行安全。
1-減速箱； 2-曳引輪；
3-曳引機(jī)底座； 4-導(dǎo)向輪；
5-限速器； 6-機(jī)座；
7-導(dǎo)軌支架； 8-曳引鋼絲繩；
9-開關(guān)碰鐵； 10-緊急終端開關(guān)；
11-導(dǎo)靴； 12-轎架；
13-轎門； 14-安全鉗；
15-導(dǎo)軌； 16-繩頭組合；
17-對(duì)重， 18-補(bǔ)償鏈；
19-補(bǔ)償鏈導(dǎo)輪； 20-張緊裝置；
21-緩沖器； 22-底坑；
23-層門； 24-呼梯盒；
25-層樓指示燈； 26-隨行電纜；
27-轎壁； 28-轎內(nèi)操縱箱；
29-開門機(jī)； 30-井道傳感器；
31-電源開關(guān)； 32-控制柜；
33-曳引電機(jī)； 34-制動(dòng)器
圖1
1.3電梯技術(shù)發(fā)展展望
1.3.1電梯技術(shù)發(fā)展
(1)電梯的拖動(dòng)技術(shù)有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點(diǎn)。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)房位置靈活等特點(diǎn)，使得在低樓層場(chǎng)合得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動(dòng)電梯更是得到迅速的發(fā)展，己由以前的變級(jí)調(diào)速(AC-VP)發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速(AC-VV)及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速(AC-VVVF)，使得電梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。
(2)電梯的邏輯控制己從過去簡(jiǎn)單的繼電器—接觸器控制發(fā)展為可編程序控制99(PLC)和微機(jī)控制，控制方式也從手柄控制、信號(hào)控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制、群控等，電梯可靠性得到很大提高。
(3)電梯的管理功能不斷加強(qiáng)，電梯廣泛采用微機(jī)控制技術(shù)，不斷滿足用戶的使用功能要求。如緊急停車操作、消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。
(4)智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。
(5)機(jī)械傳動(dòng)方面，由于國(guó)際上機(jī)械加工水平的不斷提高，使斜齒傳
動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)在電梯上的應(yīng)用日益廣泛，已使電梯的傳動(dòng)形式多樣化。
1.3.2電梯發(fā)展展望
(1)技術(shù)含量更高，性能更好
電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進(jìn)性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置，因?yàn)橛来磐綗o齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流:由于永磁技術(shù)的先進(jìn)性，將來很有可能取代VVVF技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進(jìn)性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。
(2)電梯群控系統(tǒng)將更加智能化
電梯智能群控系統(tǒng)將基于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟硬件資源，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計(jì)算機(jī)圖像監(jiān)控的群控、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。這些群控系統(tǒng)能適應(yīng)電梯交通的不確定性、控制目標(biāo)的多樣化、非線性表現(xiàn)等動(dòng)態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)能與大樓所有的自動(dòng)化服務(wù)設(shè)備結(jié)合成整體智能系統(tǒng)。
(3) 超高速電梯速度越來越高
21世紀(jì)將會(huì)發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，超高速電梯繼續(xù)成為研究方向。曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動(dòng)機(jī)、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動(dòng)機(jī)、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進(jìn)。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會(huì)有明顯提高。
(4)藍(lán)牙技術(shù)在電梯上廣泛應(yīng)用
藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種全球開放的、短距無線通訊技術(shù)規(guī)范，它可通過短距離無線通訊，把電梯各種電子設(shè)備連接起來，無需縱橫交錯(cuò)的電纜線，可實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)。這種技術(shù)將減少電梯的安裝周期和費(fèi)用，提高電梯的可靠性和控制精度，更好地解決電氣設(shè)備的兼容性，有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。
(5)綠色電梯將普及
???? 要求電梯節(jié)能、減少油污染、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長(zhǎng)壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等。甚至有人設(shè)想在大樓頂部的機(jī)房利用太陽能作為電梯補(bǔ)充能源。
(6)電梯產(chǎn)業(yè)將網(wǎng)絡(luò)化、信息化
電梯控制系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，用網(wǎng)絡(luò)把各地的電梯監(jiān)管起來進(jìn)行維保；通過電梯網(wǎng)站進(jìn)行網(wǎng)上交易，包括電梯配置、招投標(biāo)等，也可以在網(wǎng)上申請(qǐng)電梯定期檢驗(yàn)。
(7)乘電梯去太空?
坐電梯進(jìn)入太空，這一設(shè)想是前蘇聯(lián)科學(xué)家在1895年提出來的，后來一些科學(xué)家相繼提出了各種解決方案。2000年，美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）描述了建造太空電梯的概念，這需要極細(xì)的碳纖維制成的纜繩并能延伸到地球赤道上方3.5萬km。為使這條纜繩突破地心引力的影響，太空中的另一端必須與一個(gè)質(zhì)量巨大的天體相連。這一天體向外太空旋轉(zhuǎn)的力量與地心引力抗衡，將使纜繩緊繃，允許電磁轎廂在纜繩中心的隧道穿行。普通人登上太空這個(gè)夢(mèng)未來將實(shí)現(xiàn)。
2、轎廂的組成及結(jié)構(gòu)的計(jì)算
2.1轎廂（組成，有效面積的計(jì)算）
2.1.1轎廂的組成
轎廂一般由轎廂架、轎底、轎壁、轎頂?shù)闹饕獦?gòu)件組成。圖1通常的電梯結(jié)構(gòu)。
圖1
各類電梯的轎廂基本結(jié)構(gòu)相同，由于用途不同，在具體結(jié)構(gòu)及外形上有一定差異客梯的轎廂一般寬大于深，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了方便人員的出入，有利于提高運(yùn)行效率貨梯的轎廂一般深大于寬或?qū)捝钕嗤?，這主要是考慮裝卸貨物的方便。病床梯的轎廂為適應(yīng)病床的運(yùn)送而做得深而窄。觀光梯轎廂的外形常做成菱形或圓形，觀光面的轎壁使用強(qiáng)化玻璃。超高速電梯的外形做成流線型，以減小空氣阻力及運(yùn)行噪聲。轎廂一般由以下幾個(gè)主要部件組成： 轎廂架是轎廂的主要承載構(gòu)件，它由立柱、底梁、上梁和拉條組成。1 立柱 立柱在轎廂兩側(cè)，常見的結(jié)構(gòu)類型有兩種，一種是組合式結(jié)構(gòu)，一兩根角鋼為主體再加連接板；另一種是單體式結(jié)構(gòu)，以單根槽鋼
2.2轎廂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1主要參考數(shù)據(jù)
材料性能參數(shù)：轎廂架所采用的材料均為Q235-A，其主要力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：屈服強(qiáng)度：бs=235Mpa，抗拉強(qiáng)度：δs=375Mpa，彈性模量：E=206GPa，切變模量：G=79.4Gpa。轎廂正常運(yùn)行及裝載工況時(shí)安全系數(shù)取S=2.5，安全鉗動(dòng)作及轎廂撞緩沖器時(shí)S=2.1
轎廂架結(jié)構(gòu)及尺寸
2.2.2直梁強(qiáng)度驗(yàn)算
直梁截面如示圖2：
直梁截面積：A=180×55-49×174-140×3=954mm2
直梁Z軸方向抗彎截面系數(shù)的計(jì)算：
ey1=(2×3×552+174×32+34×3×(55+52))/2(6×55+174
×3+34×3)=16mm
Iz=[180×163-174×(16-3) 3+2×(20×(55-16) 3-17×(55-16-3) 3)]/3
=380486mm 4
Wz= Iz/ ey2=380486/(55-16)=9756mm 3
每根立柱端點(diǎn)的力矩為：
M=MoL/4H
正常運(yùn)行工況： Mo1=1.2×1000×9.8×1500/8=2205000Nm
M1=2205000×3000/4/3400=486397 Nm
安全鉗動(dòng)作及轎廂撞底工況：Mo2=2×1000×9.8×1500/8=3675000Nmm
M2=3675000×3000/4/3400=810662 Nmm
直梁應(yīng)力計(jì)算
正常運(yùn)行工況：T1=M1/Wz+1.2×(P+Q)g/2A=486397/9756+1.2×(1000+1150) ×9.8/954=76Mpa
運(yùn)行安全系數(shù)：S1=375/76=4.93>2.4
安全鉗動(dòng)作及轎廂撞底工況：T2=M2/Wz=810662/9756=83 Mpa
運(yùn)行安全系數(shù)：S2=375/83=4.5>2.1
直梁撓度：δ=M2×L2/(6EIz)= 810662×30002/(6×206000×380486)
=15.5mm<20mm
直梁的穩(wěn)定性校核：Ic=（Iz/A）0.5=（380486/954）0.5=20
L/ Ic=3000/20=150<160（斜拉桿孔尺寸小于2L/3）
2.2.3上梁的強(qiáng)度計(jì)算
上梁截面如圖3所示：
上梁Z軸方向抗彎截面系數(shù)的計(jì)算：
ey1=（181×62+2×6×1502+2×6×35×(150+115)+2×
68×6×(150+144)）/2（181×6+2×6×150+2×
6×35+2×68×6）=76mm
Iz=[193×763-181×(76-6) 3+2×(80×(150-
76) 3-68×(150-76-6) 3-6×(150-76-35) 3)]/3
= 14666876mm 4
Wz= Iz/ ey1=14666876/76=192985mm 3
上梁的強(qiáng)度的計(jì)算
上梁只需校核正常運(yùn)行工況下的抗彎強(qiáng)度即可
上梁受力及彎矩圖如圖4
Mmax=1.2（P+Q）gL/4=1.2×(1150+1000) ×1600×9.8/4=10113600Nmm
T=Mmax/Wz=10113600/192985=52.4 Mpa
S=375/52.4=7.2>2.5
上梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=1.2(1150+1000) ×9.8×16003/(48
206000×14666876)=0.71mm<1.6mm
2.2.4．下梁的強(qiáng)度計(jì)算
下梁截面如圖5所示：
（1）下梁Z軸方向抗彎截面系數(shù)的計(jì)算：
ey1=（181×62+2×6×1602+2×6×35×(160+125)+2×
68×6×(160+154)）/2（181×6+2×6×160+2×
6×35+2×68×6）=81mm
Iz=[193×813-181×(81-6) 3+2×(80×(160-
81) 3-68×(160-81-6) 3-6×(160-81-35) 3)]/3
= 17055486mm 4
Wz= Iz/ ey1=17055486/81=210562mm 3
（2）下梁的強(qiáng)度的計(jì)算
下梁在轎廂撞緩沖器工況下的抗彎強(qiáng)度為最嚴(yán)重的工況。
下梁受力及彎矩圖如圖6
Mmax=2（P+Q）gL/4=2×(1150+1000) ×1400×9.8/4=14749000Nmm
T=Mmax/Wz=14749000/210562=70 Mpa
S=375/70=5.4>2.1
下梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=2(1150+1000) ×9.8×14003/(48×
206000×17055486)=0.7mm<1.4mm
3、電梯的電氣控制系統(tǒng)
3.1電梯的電氣控制系統(tǒng)概述
電梯的控制主要是指對(duì)電梯原動(dòng)機(jī)及開門機(jī)的起動(dòng)，減速，停止，運(yùn)行方向，指層顯示，層站召喚，轎車內(nèi)指令，安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理。操縱是實(shí)行每個(gè)控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯的電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能和自動(dòng)化程度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和引進(jìn)技術(shù)的使用，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展迅速。
3.1.1電氣控制系統(tǒng)的分類
電梯通常采用的電氣控制系統(tǒng)有：繼電器—接觸器控制、半導(dǎo)體邏輯控制和微機(jī)控制系統(tǒng)等。無論哪種系統(tǒng)，其控制電路的基本組成和主要控制裝置都類似。常規(guī)繼電器控制的典型控制環(huán)節(jié)。
3.1.2電梯電氣控制系統(tǒng)的組成
電梯的電氣控制系統(tǒng)是由分散安裝在電梯中的電器元件、控制柜、操縱箱、指層燈箱、召喚箱、限位裝置、減速平層裝置、轎頂檢修箱等部件，以及曳引電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器線圈、開關(guān)門電動(dòng)機(jī)及開關(guān)門調(diào)速開關(guān)、極限開關(guān)等組成。
3.1.3電氣控制電路
電梯的電氣控制的基本環(huán)節(jié)包括：轎箱內(nèi)指令環(huán)節(jié)、層站（廳門）召喚環(huán)節(jié)、定向選層環(huán)節(jié)、起動(dòng)運(yùn)行環(huán)節(jié)、平層環(huán)節(jié)、指層環(huán)節(jié)、開關(guān)門控制環(huán)節(jié)、安全保護(hù)環(huán)節(jié)和消防運(yùn)行環(huán)節(jié)。
3.1.4電梯的電氣控制關(guān)系框圖
電梯的電氣控制對(duì)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜的電梯還有電動(dòng)機(jī)調(diào)速與控制環(huán)節(jié)等。各環(huán)節(jié)之間的控制關(guān)系如圖1所示。
平層感應(yīng)器
保護(hù)電路
門控制線路
平層電路
拖動(dòng)系統(tǒng)
轎廂運(yùn)動(dòng)
轎內(nèi)指令
召喚信號(hào)顯示
換速線路
廳門召喚
定向、選層線路
起動(dòng)線路
層樓信號(hào)
選層器
換速點(diǎn)信號(hào)
指層線路
位置信號(hào)
圖1 電梯的電氣控制關(guān)系框圖
各控制環(huán)節(jié)相互配合，使電動(dòng)機(jī)依照各種要求完成正反轉(zhuǎn)、加速、勻速、調(diào)速、制動(dòng)、停車等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行方向（上、下）、選層、加（減）速、制動(dòng)、平層、自動(dòng)開（關(guān)）門、順向（反向）截梯、維修運(yùn)行等。為實(shí)現(xiàn)這些功能，控制電路中經(jīng)常用到自鎖、互鎖、順序控制、時(shí)間控制、行程控制、速度控制、電流控制等許多控制方式。
(1)PLC控制電路
PLC接收來自操縱盤和每層呼梯的召喚信號(hào)、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號(hào)以及井道和變頻器的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向、啟動(dòng)、加/減速運(yùn)行和制動(dòng)停梯等信號(hào)。
(2)電流、速度雙閉環(huán)電路
變頻器本身設(shè)有電流檢測(cè)裝置，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過和電機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器，產(chǎn)生a、b兩相脈沖進(jìn)入變頻器，在確認(rèn)方向的同時(shí)，利用脈沖計(jì)數(shù)構(gòu)成速度閉環(huán)。
(3)位移控制電路
電梯作為一種載人工具，在位勢(shì)負(fù)載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運(yùn)行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙?zhǔn)確。采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求，利用現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成速度環(huán)的同時(shí)，通過變頻器的PG卡輸出與電機(jī)速度及電梯位移成比例的脈沖數(shù)，將其引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端口，通過累計(jì)脈沖數(shù)，經(jīng)式（1）計(jì)算出脈沖當(dāng)量，由此確定電梯位置。電梯位移?????
h=SI ????
式中I—累計(jì)脈沖數(shù)； ???? S—脈沖當(dāng)量； ????
?S = plD / (pr) （1）??
l—減速比； ????D—牽引輪直徑； ???
?P—旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)；????r—PG卡分頻比。
3.2電梯的電氣控制安全保護(hù)系統(tǒng)的主要裝置
電氣控制系統(tǒng)的主要裝置有：操縱箱、召喚按鈕箱、位置顯示裝置、控制柜、減速平層裝置、選層裝置、轎頂檢修箱、開（關(guān)）門機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置組成。
3.2.1電氣控制系統(tǒng)的主要裝置
（1）操縱箱
操縱箱一般設(shè)在轎箱內(nèi)，是司機(jī)或乘客控制電梯上下行的控制中心。箱內(nèi)安裝的電器元件一般有：轎內(nèi)指令按鈕、鑰匙開關(guān)、急停按鈕、應(yīng)急按鈕、點(diǎn)動(dòng)開關(guān)門按鈕、轎內(nèi)照明燈開關(guān)、電風(fēng)扇開關(guān)、蜂鳴器、廳外呼梯人員所在位置指示燈和廳外召喚人員要求前往方向信號(hào)燈等。
（2）召喚按鈕箱
召喚按鈕箱安裝在層站門口，供廳外乘用人員召喚電梯。中間層只設(shè)上行與下行兩只按鈕，基站還設(shè)有鑰匙開關(guān)以控制自動(dòng)開門。
（3）位置顯示裝置
在轎箱內(nèi)、層站外都有。用燈光或數(shù)字（數(shù)碼管或光二極管）顯示電梯所在樓層，以箭頭顯示電梯運(yùn)行方向。
（4）控制柜
控制電梯運(yùn)行的裝置。柜內(nèi)裝配的電器種類、數(shù)量、規(guī)格與電梯的停站層數(shù)、運(yùn)行速度、控制方式、額定載荷、拖動(dòng)類型有關(guān)，大部分接觸器—繼電器都安裝在控制柜中。
（5）減速平層裝置
電梯運(yùn)行將要到達(dá)預(yù)定樓層時(shí)，需要提前減速，平層停車。完成這個(gè)任務(wù)是靠減速平層裝置，該裝置是由安裝在轎廂頂部的干簧繼電器和安裝在井道導(dǎo)軌上的隔磁板組成。
干簧繼電器的結(jié)構(gòu)：是由永久磁鐵與舌簧管組成。舌簧管中有起接點(diǎn)作用的舌簧片，其材料為鐵鎳合金，既有很好的導(dǎo)磁性能，又有一定的彈性。將舌簧片燒結(jié)在與舌簧片熱膨脹系數(shù)相適應(yīng)的玻璃管中，管內(nèi)充以氮等惰性氣體以減少接點(diǎn)的污染與電腐蝕。
所以電梯在運(yùn)行過程中（上升或下降），若某一層站有順向呼梯信號(hào)，當(dāng)轎廂進(jìn)入該層站時(shí)，將在平層感應(yīng)器的作用下，實(shí)現(xiàn)減速、平層停車控制。
（6）選層裝置
選層裝置是電梯的心臟，用來判定并記憶內(nèi)選（轎廂內(nèi)選定）外呼（廳門外傳呼）與轎廂箱位置的關(guān)系，進(jìn)而確定電梯運(yùn)行方向，決定減速，確定停層，預(yù)告停車，指示轎廂位置消除已應(yīng)答的呼梯信號(hào)，控制發(fā)車等。通常使用的選層裝置類型有：機(jī)械電氣聯(lián)鎖裝置和選層繼電器屏。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)控選層器和微機(jī)選層器。
（7）轎頂檢修箱
轎頂檢修箱安裝在轎廂頂，內(nèi)部設(shè)有電梯慢上（慢下）按鈕、點(diǎn)動(dòng)開門按鈕、轎頂檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)與檢修燈開關(guān)和急停按鈕，是專門用于維修工檢修電梯的。
（8）開、關(guān)門機(jī)構(gòu)
電梯自動(dòng)開、關(guān)門，多采用小型直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。因直流電動(dòng)的調(diào)速性能好，可以減少開、關(guān)門抖動(dòng)和撞擊。
（9）保護(hù)裝置
保護(hù)裝置有限位開關(guān)和極限開關(guān)等保護(hù)裝置。
3.2.2電梯的電氣安全保護(hù)裝置
電梯運(yùn)行的安全可靠性極為重要，在技術(shù)上采取了機(jī)械、電氣和機(jī)電聯(lián)鎖的多重保護(hù)。其級(jí)數(shù)之多、層次之廣是任何其他提升設(shè)備不能與之相比的。
（1）電梯的安全保護(hù)措施
按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電梯應(yīng)有如下安全保護(hù)措施：
① 超速保護(hù)裝置;
② 供電系統(tǒng)斷相、錯(cuò)相保護(hù)裝置；
③ 撞底緩沖裝置；
④ 超越上、下極限工作位置時(shí)的保護(hù)裝置；
⑤ 廳內(nèi)鎖與轎門電氣連鎖裝置；
⑥ 井道底坑有通道時(shí)，對(duì)重應(yīng)有防止超速或斷繩下落的裝置等。
（2）電氣安全保護(hù)裝置層門鎖保護(hù)（門鎖和電氣安全觸點(diǎn)）
為防止發(fā)生墜落和剪切事故，層門由門鎖鎖住，使人在層站外不用開鎖裝置無法將層門打開，所以門鎖是個(gè)十分重要的安全部件。它是機(jī)電聯(lián)鎖裝置，層門上的鎖閉裝置(門鎖)的啟閉是由轎門通過門刀來帶動(dòng)的。層門是被動(dòng)的，轎門是主動(dòng)門，因此層門的開閉是由轎門上的門刀插入(夾住)層門鎖滾輪，使鎖臂脫鉤后跟著轎門一起運(yùn)動(dòng)。
門鎖的電氣觸點(diǎn)是驗(yàn)證鎖緊狀態(tài)的重要安全裝置，要求與機(jī)械鎖緊元件(鎖鉤)之間的連接是直接的和不會(huì)誤動(dòng)作的，而且當(dāng)觸頭粘連時(shí)，也能可靠斷開。現(xiàn)在一般使用的是簧片式或插頭式電氣安全觸點(diǎn)，普通的行程開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)是不允許用的。
除了鎖緊狀態(tài)要有電氣安全觸點(diǎn)來驗(yàn)證外，轎門和層門的關(guān)閉狀態(tài)也應(yīng)有電氣安全觸點(diǎn)來驗(yàn)證。當(dāng)門關(guān)到位后，電氣安全觸點(diǎn)才能接通，電梯才能運(yùn)行。驗(yàn)證門關(guān)閉的電氣觸點(diǎn)也是重要的安全裝置。應(yīng)符合規(guī)定的安全觸點(diǎn)要求，不能使用一般的行程開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)。
為了盡量減少在關(guān)門過程中發(fā)生人和物被撞擊或夾住的事故，對(duì)門的運(yùn)動(dòng)提出了保護(hù)性的要求。首先門扇朝向乘員的一面要光滑，不得有可能鉤掛人員和衣服的大于3mm的凹凸。同時(shí)阻止關(guān)門的力(實(shí)際上也就是關(guān)門的力)不大于150N，以免對(duì)被夾持的人造成傷害。同時(shí)設(shè)置一種保護(hù)裝置，當(dāng)乘客在門的關(guān)閉過程中被門撞擊或可能會(huì)被撞擊時(shí)，保護(hù)裝置將停止關(guān)門動(dòng)作使門重新自動(dòng)開啟。保護(hù)裝置一般安裝在轎門上，常見的有接觸式保護(hù)裝置、光電式保護(hù)裝置和感應(yīng)式保護(hù)裝置。
(3)常見的保護(hù)裝置
接觸式保護(hù)裝置一般為安全觸板。兩塊鋁制的觸板由控制桿連接懸掛在轎門開口邊緣，平時(shí)由于自重凸出門扇邊緣約30mm，當(dāng)關(guān)門時(shí)若有人或物在門的行程中，安全觸板將首先接觸并被推入，使控制桿觸動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，將關(guān)門電路切斷接通開門電路，使門重新開啟。
光電式保護(hù)裝置有的是在轎門邊上設(shè)兩組水平的光電裝置，為防止可見光的干擾一般用紅外光。兩道水平的紅外光好似在整個(gè)開門寬度上設(shè)了兩排看不見的“欄桿”，當(dāng)有人或物在門的行程中遮斷了任一根光線都會(huì)使門重開。還有一種光電保護(hù)裝置是在開門整個(gè)高度和寬度中由幾十根紅外線交叉成一個(gè)紅外光幕，就像一個(gè)無形的門簾，遮斷其中的一部分門就會(huì)重新開啟。
感應(yīng)式保護(hù)裝置是借助磁感應(yīng)的原理，在保護(hù)區(qū)域設(shè)置三組電磁場(chǎng)，當(dāng)人和物進(jìn)入保護(hù)區(qū)造成電磁場(chǎng)的變化，就能通過控制機(jī)構(gòu)使門重開。
(4)電梯上、下端站的強(qiáng)迫減速和終端保護(hù)
電梯在運(yùn)行到最上或最下一層時(shí)，如果電磁感應(yīng)器或選層器出現(xiàn)故障而不能發(fā)出減速信號(hào)，電梯就會(huì)出現(xiàn)沖頂或沉坑的嚴(yán)重事故。姑在井道中依次設(shè)置了強(qiáng)迫減速開關(guān)，終端限位開關(guān)，這幾種開關(guān)中之一動(dòng)作均可迫使電梯運(yùn)行立即停止。
(5)電梯的缺相、錯(cuò)相保護(hù)
為了防止曳引電動(dòng)機(jī)因缺相運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致燒損電動(dòng)機(jī)現(xiàn)象的產(chǎn)生和防止三相動(dòng)力電源相序錯(cuò)接而造成電梯運(yùn)行方向相反的事故。因此，要求在電梯控制系統(tǒng)中必須設(shè)置缺相、錯(cuò)相的保護(hù)繼電器。
此外，電梯應(yīng)設(shè)有短路和過載保護(hù)、超載保護(hù)。
如圖2所示是普通交流雙速載客電梯安全保護(hù)系統(tǒng)框圖。從圖中可看出機(jī)械—電氣的安全保護(hù)裝置的動(dòng)作原則。
3.3 新技術(shù)在電梯中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的繼電—接觸器控制存在著觸點(diǎn)多、電路復(fù)雜、故障率高等缺點(diǎn)，因此逐漸被無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電子元器件控制所取代。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯的自動(dòng)化程度越來越高，微計(jì)算機(jī)、可編程序控制器（PLC）和傳感技術(shù)越來越多地應(yīng)用到電梯中。
3.3.1微計(jì)算機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用
電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)全采用微計(jì)算機(jī)控制的稱為全微機(jī)電梯控制系統(tǒng)，其
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
緊急故障
安全開關(guān)
電磁制動(dòng)器
鋼絲繩斷裂
限速器動(dòng)作
轎廂超速
轎廂在頂站或底站未停
曳引鋼絲繩打滑
超載裝置動(dòng)作
緩沖器
極限開關(guān)
安全鉗動(dòng)作
限位開關(guān)
聯(lián)鎖裝置動(dòng)作
安全觸板動(dòng)作
轎廂超載
電梯停止
將轎廂夾持在導(dǎo)軌上
安全窗安全門廳轎門未關(guān)閉
關(guān)門時(shí)碰到人或貨物
停止開關(guān)并反向開起
曳引電動(dòng)機(jī)不起動(dòng)
曳引系統(tǒng)失效而停止滑動(dòng)
?
圖2 交流雙速載客電梯安全保護(hù)系統(tǒng)框圖
樓層顯示
方向顯示
呼梯顯示
機(jī)房信號(hào)
井道信號(hào)
轎廂信號(hào)
CPU1
信號(hào)
控制
系統(tǒng)
輸入接口
輸出接口
CPU2
拖動(dòng)調(diào)速
控制系統(tǒng)
存儲(chǔ)器區(qū)
（樓層信息
運(yùn)行程序）
CPU3
群控系統(tǒng)
控制系統(tǒng)
圖3 全微機(jī)電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
結(jié) 論
隨著社會(huì)的發(fā)展高層建筑的大量興建，人們無論是上下班、逛商場(chǎng)、看病或訪友、居家生活都要與電梯打交道。電梯的使用數(shù)量越來越大，使用頻率越來越高，人們對(duì)電梯的要求，如安全，節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)性能也越來越高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步越來越多的新技術(shù)也運(yùn)用到電梯上，在梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面廣泛開發(fā)應(yīng)用交流變壓變頻調(diào)速（VVVF）控制技術(shù)，而且其控制型式逐漸由GTR向IPM和IGBT發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使電梯的驅(qū)動(dòng)方式取得根本性的突破。電梯的機(jī)房也向小機(jī)房和無機(jī)房發(fā)展?，F(xiàn)有電梯有很多，但是一些電梯在安全方面有一定隱患，在節(jié)能和環(huán)保方面更是有很大的不足，電梯的安裝也費(fèi)時(shí)費(fèi)力不夠經(jīng)濟(jì)。本課題的主要工作是完成電梯的機(jī)械轎箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化現(xiàn)有電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)，改變現(xiàn)有電梯能耗高，油污染嚴(yán)重的狀況，消除現(xiàn)有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個(gè)更安全的電梯，同時(shí)也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經(jīng)濟(jì)電梯
致 謝
本論文是在我的導(dǎo)師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，張老師始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。兩年多來，不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向張老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
????? 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的各位同窗好友們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的上一屆的師兄師姐們，他們給予我不少的幫助。
????? 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!
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