某电梯起升机构工作原理及其机构设计本科毕业设计论文.doc

西安文理学院物理与机械电子工程学院本科毕业设计（论文） 题 目 某电梯起升机构工作原理及其机构设计 设计所在单位 西安文理学院 2013年5月西安文理学院本科毕业设计（论文）某电梯起升机构的工作原理及其结构设计摘要： 随着高层建筑的增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理技术、系统工程学等多学科和技术于一体的机电设备，它是建筑中的永久垂直交通工具。此次设计是以800Kg乘客电梯为基础，联系所学过的电梯知识，通过方案论证、设计选择曳引机、钢丝绳的设计然后进行具体的计算，确定各部分机构的参数尺寸，最后用AUTO CAD画出电梯起升机构中的关键部分，如曳引机、限速器、缓冲器、制动器等以及电梯起升机构整体图纸。电梯起升机构对安全性能要求较高，此次设计后对关键的部分进行了安全校核，如曳引机，钢丝绳等进行了校核。关键词：电梯，曳引机，轿厢，轿架 An Elevator the Working Principle and the Structure of the Hoisting Mechanism DesignAbstract：As the increase of high-rise buildings, Elevator high-rise buildings as a means of transport in the vertical run of daily life has been inextricably linked with people .The elevator is a kind of electromechanical equipment which combines mechanical principle application, electrical control technology, micro processing technology, system engineering and other multi-disciplinary and technology at an organic whole .It is a permanent vertical transportation using in construction .The design is based on 800Kg passenger elevator .first of all I contact the knowledge of elevator that I have learned and I use project demonstration, design and choice the traction machine ,design the wire rope .Then I calculate the design in detail, so I determine the parameter of various parts .Finally, using AUTO CAD to draw the key part of the lift in hoisting mechanism ,such as drawing up the traction machine ,speed limiter ,buffer ,brake ,and lifting mechanism of the elevator as a whole .Due to the hoisting mechanism of the elevator on the safety has higher requirements, at the end of I have critical part of the security checked such as checking the traction machine and wire rope and so on.Key words：elevator, tractors, enclosure, its frame目录第一章 绪论51.1选题背景51.2国内外发展概况51.3未来发展趋势6第二章 电梯起升机构方案论证及设计参数82.1方案设计流程图82.2方案论证82.2.1电梯驱动系统分类82.2.2驱动系统的确定及其工作原理82.2.3整体方案92.3曳引式电梯整体构造10第三章 电梯起升机构设计123.1曳引驱动工作原理123.2曳引机的选择123.2.1曳引机功率123.2.2曳引机主轴最大静载荷T133.2.3曳引轮输出扭矩133.2.4满载轿厢盘车力计算143.2.5曳引机速度143.3对重重量143.4曳引钢丝绳143.4.1曳引钢丝绳的性能要求及选择153.4.2电梯曳引钢丝绳安全校核163.5悬挂、补偿装置的说明163.6导轨的选择163.7曳引条件计算校核173.7.1三种工况校核173.7.2曳引轮节园直径193.8轿厢架强度及刚度的计算203.8.1上梁计算203.8.2下梁计算213.8.3直梁计算22第四章 安全保护装置244.1 防超越行程的保护244.2 限速器和安全钳254.2.1 限速器274.2.2安全钳装置284.3 防人员剪切和坠落的保护和要求284.4 缓冲装置294.5 停止开关和检修运行装置304.6 其他安全保护装置31结束语34致谢35参考文献36附录37附录一: 电梯整体37附录二：井道整体38附录三: 缓冲器39附录四：制动器40附录五：门机41附录六：限速器42附录七：外文翻译43第一章 绪论1.1选题背景本次设计是以800Kg乘客电梯说明书为基础，联系所学过的电梯知识，通过构思、计算，完成各主要结构和部件的结构设计和选用，完成以下各项机械系统的设计：（1）曳引机容量计算（2）曳引力的计算（3）曳引钢丝绳计算（4）轿厢架设计计算（5）安全保护系统的选用（6）引导系统的选用本次设计主要解决乘客电梯所使用的曳引系统、轿厢系统、安全保护系统、导向系统，电梯的机械系统设计应满足以下要求：（1）必须针对乘客电梯的特点进行设计；（2）设计的乘客电梯轿厢、轿架系统必须安全可靠，各项性能指标必须达到国家标准要求；（3）设计的乘客电梯轿厢、轿架系统必须根符合企业的生产设备要求、制造工艺简单易行、有较高的性价比；（4）进行必要的原理分析、理论计算以及实验；（5）设计应按照机械设计的基本原则，从工程实际应用角度出发，在确保设计准确的前提下，经严格论证，精心设计，允许有所创新，允许采取个别与原始要求有所不同的设计；（6）设计要尽量采用最新的国家标准；1.2国内外发展概况电梯的历史并不像有些人想得那么短，事实上，它已有150年的历史了。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时，利用简易起重机搬运石块儿。他们发现，这样操作既省力，又省时间，就这样，这种起重机便在那里发展起来。早期的动力基本来源于人力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这是世界上第一个使用非人力运送重物的起重机。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些基础上，人们研制出一批又一批的新产品。1887年，美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机为动力的电梯。它被装设在纽约德玛利斯大厦。这座古老的电梯，每分钟只能走10米左右。这个电梯纯粹是为了省力。然而，一个关键的问题始终没有解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了真正的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代了传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，操纵方式由此向世界发出了邀请函。生活在继续，科技在发展，当然电梯也在不断进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步攀高-手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形-扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保，都集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，借着改革开放的东风，我国电梯业进入了高速发展的时期。我国从20世纪50年代开始批量生产电梯，用我国自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、北京饭店等。20世纪80年代中期以来，随着我国对外开放，在我国国内建立一批合资和独资电梯生产厂，使我国电梯工业取得了巨大发展。为了进一步推动电梯工业的发展，我国又新颁布一批具有国际水平的电梯技术标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，我国现在电梯产品的技术。质量水平已基本与世界接轨。1.3未来发展趋势电梯在人类的生活中频繁用到，所以人们不断地改进电梯，使它尽善尽美。在科学技术发展的推动下，电梯技术将产生各种新的变化，新的功能，其近期主要发展趋势为：低能耗、高效率、高速度、绿色环保、舒适安全、方便等特殊功能。展望电梯的未来，电梯的应用前景极为广阔，发展方向主要有以下几方面：（1）超高速电梯：21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，根据心理学家测试，站在封闭的轿厢里面的人，50秒将感到压抑与烦躁。因此安全的提高电梯运行速度，以减少人们所受到的压抑，这使超高速电梯继续成为研究得主要方向。除采用曳引式电梯外，直线电机驱动电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。（2）电梯智能群控系统：电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。 从电梯运行的控制智能化角度讲，要求电梯有优质的服务质量，控制程序中应采用先进的调度规则，使群控管理有最佳的派梯模式。现在的群控算法中已不是单一地依赖“乘客等候时间最短”为目标，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统的方法，将要综合考虑的因素（即专家知识）吸收到群控系统中去，在这些因素中既有影响乘客心理的因素，也有对即将要发生的情况作评价决策，是专家系统和电梯当前运行状态组合在一起的多元目标控制。（3）蓝牙技术在电梯上的应用：蓝牙技术在电梯安装过程的应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。应用蓝牙技术，安装期将减少30%以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少而受益。在电梯上使用蓝牙技术就可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，实现无线组网。使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。同时这也为将来通过网络检查电梯状态成为可能，特别是电梯事先维修可以做到更好更全面。旧梯改造更加容易，所需时间、费用将会减小。使用蓝牙技术很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系，特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。 （4）绿色电梯：从减少环境污染的角度讲，“绿色”新概念将成为21世纪的主流色调，一个全球性的绿色市场为企业的世纪谁先推出绿色产品，抢发展提供了广阔的空间，占绿色营销市场，谁就能掌握竞争的主动权。绿色电梯要求电梯生产厂商不断改进产品的设计、生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳、钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯装璜将采用无（少）环境污染材料、电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术，安装电梯将无需安装脚手架，电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源。第二章 电梯起升机构方案论证及设计参数电梯是以运送乘客为主，兼运重量和体积合适的日用物件为目的，使用与高层住宅、办公大楼、宾馆或饭店等人员流动量较大的公共场合；以设计结构简单、工艺简单、成本低、安装维修方便的原则进行设计。2.1方案设计流程图（1）在电梯的机械机构设计中主要用到的技术参数如表格2.1所示。表2.1主要技术参数起升速度：1.75m/s净重量：860kg起升高度：53.1m平衡系数：45%载重量：800kg输入电压：380v（2）电梯设计的整体方案步骤：a.确定工作原理；b.选择电动机；c.计算对重重量；d.确定钢丝绳型号；e.安全装置的设计说明。2.2方案论证2.2.1电梯驱动系统分类电梯的驱动系统有强制驱动（卷筒驱动）、液压驱动、曳引驱动等三种不同的驱动方式。强制驱动电梯主要的缺点是：提升高度低、额定载重少、电梯行程不同，必须配用不同的卷筒、导轨承受的侧向力大、钢丝绳有过绕和反绕的危险、能耗大等。液压电梯属于传统型的电梯，由于漏油污染环境、运行噪音太大和浪费大量的电力等因素，已不符合现代电梯工业的环保节能的发展理念，除在特殊场合外现在很少使用。曳引式电梯的轿厢与对重作相反运动，一升一降，钢丝绳可以根据需要绕绳，长度不受限制，根数也不受限制。与液压式相比可以提高电梯的提升速度和载重量，并且安全可靠。2.2.2驱动系统的确定及其工作原理综上所述选择曳引式驱动系统优点更多，因此选择曳引式驱动系统。曳引系统的功能是输出与传递动力，使电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等组成。曳引机由电动机、制动器、曳引轮等组成，它是曳引驱动的动力源，为电梯的运行提供动力；导向轮安装在曳引机机架上，将曳引绳引向对重和轿厢的钢丝绳轮；反绳轮是设置在轿厢架和对重框架上部的动滑轮，根据需要曳引绳绕过反绳轮可以构成不同的曳引比；曳引钢丝绳悬挂在曳引轮上，当曳引轮转动时靠钢丝绳与绳轮之间的摩擦带动轿厢及对重上下运动。若发生危险情况，则通过系统的传感器首先切断电源，制动器将制动轮抱紧，进行制动达以保证乘客安全。制动器不仅是电梯机械系统的安全措施还直接影响乘坐舒适感和平层准确度。2.2.3整体方案电梯设备并非是独立的整体设备，而是由相关的部件和组合件安装设置在机房，井道，底坑内，构成大楼垂直运行的交通工具。为确保电梯正常运行，其设置应与建筑设施相配合，即包括机房、井道。底坑等。根据轿厢、轿架系统的使用范围和电梯井道布置得出，电梯的驱动采用曳引机驱动，曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。因为本次课程设计为有机房电梯，所以曳引机的位置设置在井道上面，这样既方便安装维修，也有利于采用最简单的绕绳方式，可节约电力的损耗，减少作用在建筑机构上的载荷。绕绳方式采用单绕，倍率i=1的绕绳方式；曳引机采用永磁同步无齿曳引机，它具有传动效率高、噪声小、传动平稳等优点。电梯门一般选择滑动门，其开门方式采用中分式，门扇为两扇，门由中间分开，开门时左右门扇以相同的速度向两侧滑动；关门时，则以相同的速度向中间合拢。进入电梯时，轿厢门跟轿厢一起运动，轿厢门是主动门，层门是被动门。轿门由1.5钢板制成，为了使门具有一定的机械强度和刚性，在门的背面配有加强筋。采用自动开门机开门，可以减少乘客的操作劳动，提高开关门的速度，缩短开关门时间，提高电梯的运行效率。轿厢架是轿厢的主要承载部件，它由立柱、上梁、下梁和拉条组成，其作用是固定和悬吊轿厢：在上下梁两端固定有导靴。引导轿厢沿着导轨上下移动，保持轿厢在井道内的水平位置。在下梁上装有安全铗，在电梯超载下坠时，限速器动作，钢丝绳被夹持不动时，由于轿厢继续下行，拉杆被拉起，钳块与导轨接触，以其与导轨间的摩擦来消耗电梯的动能，将轿厢强行制停在导轨上；在上梁上还有轿顶反绳轮，起悬吊轿厢的作用。为了减轻自重，立柱用钢板折弯成型钢形状，下梁采用钢板折弯件组合，中间横梁与立柱连接是主要的承载部件；轿底通过减震橡胶支承在框架上。上梁用型钢组合而成；拉条设置是为了增强轿厢架的刚度，防止轿底在偏心后地板倾斜。轿厢体是运送乘客或货物的承载部件，也是唯一为乘客所看到的电梯架构部分；由形成轿厢空间的封闭围壁，除必要的出入口和通风孔外没有其他开口，由轿底板、轿厢壁、轿厢顶等构成，轿厢底由底板和框架组成，框架用槽型钢或钢板压制焊接制成，底板用1.2钢板制成，每个面壁由多块折边的钢板拼装而成；轿顶用2钢板制成，上面需要安装开门机构、门电机控制箱、风扇、检修用操纵箱等。为了消音减震，在轿顶、轿壁和轿顶之间都垫有消音作用的橡胶垫。2.3曳引式电梯整体构造电梯主要分为以下四部分：1.机房部分：包括曳引机、限速器、极限开关、控制柜与信号柜、机械选层器以及电源接线板等设备。2.井道部分：包括导轨、对重装置、缓冲器、限速器、钢丝绳张紧装置、随行电缆等。 3.厅门部分：包括厅门、召唤按钮厢、楼层显示装置等。 4.轿厢部分：包括轿厢、安全钳、导靴、自动开门机、平层装置、操纵厢、轿厢内指层灯、轿厢照明等。电梯整体构造图如下：第三章 电梯起升机构设计3.1曳引驱动工作原理引式电梯曳引驱动关系如图3.1所示。安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置两个导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。于是，轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯执行垂直运送任务。图3.1 电梯曳引传动系统3.2曳引机的选择3.2.1曳引机功率式中： 为轿厢载重量，为平衡系数，为电梯机械传动系数总效率，（曳引机厂家提供） 则:= 查看电梯机构及工作原理，选择FYJ200曳引机 而FYJ200曳引机功率为15kw，故符合要求。3.2.2曳引机主轴最大静载荷T式中：为轿厢自重，为轿厢载重量，为钢丝绳根数，为钢丝绳单位长度重量，为平衡链根数，为平衡链单位长度重量，为钢丝绳倍率，即曳引比，为平衡系数，为曳引机包角，为提升高度，。则: FYJ200曳引机最大静载为4500kg，故符合主轴最大静载要求。3.2.3曳引轮输出扭矩实际正常运行最大扭矩按超载10%计算（平衡系数按最小取值）。 式中： 为轿厢载重量， 为钢丝绳倍率，即曳引比，,，为平衡系数， ，为曳引轮直径，。则:FYJ200曳引机最大扭矩为3.2.4满载轿厢盘车力计算 式中：为轿厢载重量， 为钢丝绳倍率，即曳引比，为平衡系数，为曳引轮直径，为盘车轮直径，为减速箱速比，为曳引机总效率，(曳引机厂提供)。 则:符合要求。3.2.5曳引机速度式中：为曳引轮直径，为电机每分钟转数，为减速箱速比，对无齿曳引机，为曳引比，。则:=1.6996(m/s)而FYJ200曳引机速度为1.75m/s，故符合要求。3.3对重重量W：对重装置的总重量；G：轿厢自重860Kg；K：电梯平衡系数，取0.4-0.5,取为0.45；Q：额定载重量800Kg3.4曳引钢丝绳曳引钢丝绳一般为圆形股状结构，主要由钢丝、绳股和绳芯组成，如图310所示。钢丝是钢丝绳的基本组成件，要求钢丝有很高的强度和韧性(含挠性)。图310(a)为钢丝绳外形，图310(b)、(c)为钢丝绳横截面图(放大)。 图3.10 圆形股电梯用钢丝绳 (a)1绳股；2钢丝；3绳芯(b)圆股等铰距619(991)电梯钢丝绳 (b)(c)图一钢丝绳截面放大 (c)圆股等铰距819(991)电梯钢丝绳钢丝绳股由若干根钢丝捻成，钢丝是钢丝绳的基本强度单元；绳股由钢丝捻成的每股绳直径相同的钢丝绳，股数多，疲劳强度就高。电梯用一般是6股如图310(b)和8股如图310(c)所示。绳芯是被绳股的缠绕的挠性芯棒，通常由纤维剑麻或聚烯烃类(聚丙烯或聚乙烯)的合成纤维制成，能起到支承和固定绳的作用，且能贮存润滑剂。钢丝绳中的钢丝的材料由含碳量为041的优质钢制成，为了防止脆性，材料中的硫、磷等杂质的含量不应大于00353.4.1曳引钢丝绳的性能要求及选择电梯在运行时，曳引绳与绳槽之间由于曳引绳在工作中受反复的弯曲，且在绳槽中承受很高的比压，并频繁承受电梯起、制动时的冲击。因此在强度、挠性及耐磨性方面，均有很高要求。1挠性 良好的挠性能减少曳引绳在弯曲时的应力，有利于延长使用寿命，为此，曳引绳均采用纤维芯结构的双挠绳.2.钢丝绳的选择GB75881995规定电梯的曳引钢丝绳根数不能少于2根，直径不能小于8mm。而且规定曳引钢丝绳为2根时其安全系数不小于16；曳引钢丝绳为3根或3根以上时，安全系数不小于12.一般客梯和货梯曳引钢丝绳都在3根以上，最常见为4至6根。根据GB7588规定，曳引轮滑轮的节园直径与钢丝绳公称直径之比不应小于40。 即：上面已经算的曳引轮的直径为：D=530，选择型号为819S+NF，直径为13的钢丝绳，则：所以选择型号为819S+NF直径为13的钢丝绳。3.4.2电梯曳引钢丝绳安全校核国标规定：对于用根或三根以上钢丝绳的曳引驱动电梯安全系数必须大于12；该设计中电梯额定载重为800kg、速度为1.75m/s、曳引比1:1，钢丝绳直径为dr=1313钢丝绳的最小破断力Tk=74300N安全系数为：式中： 为轿厢自重，为轿厢载重量，为钢丝绳根数，为钢丝绳单位长度重量=0.586kg/m， 则:=23.4S Sf满足安全系数要求，故钢丝绳强度符合要求。3.5悬挂、补偿装置的说明补偿链的作用：补偿钢丝绳的重量。当电梯在顶层时，钢丝绳就在对重侧，对重侧就多了钢丝绳的重量。当电梯在底层时，钢丝绳就在轿厢侧，轿厢侧就多了钢丝绳的重量。装了补偿链就可以平衡这部分落差了。补偿绳型号：WFC075补偿绳链环直径：补偿绳根数: 2补偿绳重量：1.12kg/m补偿链破断载荷:18.13KN此补偿链适用于梯速小于1.75m/s的中低速电梯。链环间隙被消除,无噪声、生产成本低，克服了套塑型补偿链易撕裂的缺点。3.6导轨的选择导轨型号主道：T89/B，机械加工，选用铸铁的T型导轨1.75m/s电梯属于偏心导向，且认为轿厢为均布载荷，故轿厢自重重心P视为与轿厢中心重合。又安全钳动作时，是对导轨产生最不利的情况，故只考虑安全钳动作工况。3.7曳引条件计算校核3.7.1三种工况校核 根据GB7588-2003的要求，对带切口的半圆槽下当量磨擦系数公式为:式中：，则, 磨擦系数分为三种：装载工况：紧急制停工况：轿厢滞留工况：三种工况下对应的当量磨擦系数为：（1）装载工况：（2）紧急制停工况：（3）轿厢滞留工况：1.轿厢装载静态工况按轿厢在最低层站计算，且轿底平衡链与对重顶部曳引绳质量忽略不计式中：为轿厢自重，为轿厢载重量，为钢丝绳根数，为钢丝绳单位长度重量，为平衡链根数，为平衡链单位长度重量，为提升高度，平衡系数，则:，满足曳引条件。2.紧急制停工况按空轿厢在顶层平衡系数为最大值时工况计算即可，建议平衡系数选用0.430.47，且轿顶曳引绳与对重底部平衡链质量可忽略不计；滑动轮惯量折算值与导轨磨擦力因数值不可忽略不计。 式中：为轿厢自重，为轿厢载重量，为钢丝绳根数，为钢丝绳单位长度重量，为平衡链根数，为平衡链单位长度重量，减速度。则：，满足曳引条件。3.轿厢滞留工况 式中：为轿厢自重，为钢丝绳根数，为钢丝绳单位长度重量，为平衡链根数，为平衡链单位长度重量。则：，满足曳引条件。3.7.2曳引轮节园直径根据GB7588规定，曳引轮滑轮的节园直径与钢丝绳公称直径之比不应小于40。即：对于本电梯 则满足规定要求。3.8轿厢架强度及刚度的计算本设计中对于上梁、侧梁、下梁许用正应力，为材料弹性模量，对本材料3.8.1上梁计算上梁视为简支梁，由2根单梁组成，中间由集中载荷组成，其中为轿厢附件（补偿装置与电缆等）。对于本电梯上梁视为18a槽钢.，将上梁简化为下图形式，由材料力学可知最大应力及最大挠度均发生在上梁中央剖面上。受力图如3.8.1图所示。WMmax图3.8.1 轿厢上梁受力示意图L上梁长度，L=1600mm上梁的许用挠度单根槽钢对XX轴抗弯矩（亦称载面系数）：上梁视为18a槽钢， ，最大应力 最大挠度 ，故上梁强度和刚度符合要求。3.8.2下梁计算下梁视为简支梁（同上梁），由2根单梁组成，对于本电梯下梁视为16a槽钢。受力图如图3.8.2所示。图3.8.2 下梁受力示意图L下梁长度，下梁的许用挠度单根槽钢对XX轴抗弯矩（亦称载面系数）：下梁视为16a槽钢，均布载荷最大弯矩最大应力最大挠度 ，故下梁强度和刚度符合要求。3.8.3直梁计算轿厢直梁为2根，分别置于轿厢两侧，由于轿厢内载荷不均匀，直梁的受力为拉伸与弯曲的组合作用。轿厢架立柱在工作过程中可能受到两种载荷：（1）拉伸载荷（2）由于轿厢架受偏心负载而使整个轿厢架有一个偏心力矩M0，受力分析见图如图3.8.3所示图3.8.3 轿厢架受力分析示意图附加弯矩式中：为轿厢净宽，为直梁自由长度，I，为两导靴间中心距，则：直梁采用63636等边角钢，单根角钢对YY轴抗弯矩（亦称载面系数），为单根梁横截面，单根角钢对YY轴惯性矩，最大应力校验惯性矩：，故直梁强度和惯性矩符合要求。第四章 安全保护装置电梯是频繁载人的垂直运输工具，必须有足够的安全性。电梯的安全，首先是对人员的保护，同时也要，在设计时设置了多种机械、电气安全装置：超速保护装置限速器、安全钳；超越行程的保护装置强迫减速开关、终端限位开关。终端极限开关分别达到强迫减速、切断方向控制电路、切断动力输出(电源)的三级保护；冲顶(蹲底)保护装置缓冲器；门安全保护装置层门门锁与轿门电气联锁及门防夹人的装置；轿厢超载保护装置及各种装置的状态检测保护装置(如限速器断绳开关、钢带断带开关)确保功能完好下电梯工作以及电气安全保护系统供电系统保护、电机过载、过流等装置及报警装置等。这些装置共同组成了电梯安全保护系统，以防止任何不安全的情况发生。同时，电梯的维护和使用必须随时注意，随时检查安全保护装置的状态是否正常有效，很多事故就是由于未能发现、检查到电梯状态不良和未能及时维护检修，及不正确使用造成的。所以必须了解掌握电梯的工作原理，能及时发现隐患并正确合理地使用电梯。4.1 防超越行程的保护为防止电梯由于控制方面的故障，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位开关和极限开关组成。这些开关或碰轮都安装在固定于导轨的支架上，由安装在轿厢上的打板(撞杆)触动而动作。目前广泛使用的是电气开关或极限开关。其强迫换速开关、限位开关和极限开关均为电气开关，尤其是限位和极限开关必须符合电气安全触点要求。使用铁壳刀闸作极限开关，刀闸极限开关安装在机房，刀闸刀片转轴的一端装有棘轮上绕有钢丝绳。钢丝绳的一端通过导轮接到井道顶上、下极限开关碰轮，另一端吊有配重以张紧钢丝绳。当轿厢的打板撞动碰轮时，由钢丝绳传动将刀闸断开。由于刀闸是串在主电路上，所以就将主电路断开了。在轿厢打板与碰轮脱离后，再由人工将刀闸复位。这种极限开关由于传动比较复杂，在大提升高度时钢丝绳不易张紧而易误动作，目前只在一些旧电梯和低层站的货梯中有使用。强迫换速开关是防止越程的第一道关，一般设在端站正常换速开关之后。当开关撞动时，轿厢立即强制转为低速运行。在速度比较高的电梯中，可设几个强迫换速开关，分别用于短行程和长行程的强迫换速。限位开关是防越程的第二道关，当轿厢在端站没有停层而触动限位开关时，立即切断方向控制电路使电梯停止运行。但此时仅仅是防止向危险方向运行，电梯仍能向安全方向运行。极限开关是防越程的第三道保护。当限位开关动作后电梯仍不能停止运行，则触动极限开关切断电路，使驱动主机迅速停止运转。对交流调压调速电梯和变频调速电梯极限开关动作后，应能使驱动主机迅速停止运转，对单速或双速电梯应切断主电路或主接触器线圈电路，极限开关动作应能防止电梯在两个方向的运行，而且不经过称职的人员调整，电梯不能自动恢复运行。极限开关安装的位置应尽量接近端站，但必须确保与限位开关不联动，而且必须在对重(或轿厢)接触缓冲之前动作，并在缓冲器被压缩期间保持极限开关的保护作用。限位开关和极限开关必须符合电气安全触点要求，不能使用普通的行程开关和磁开关、干簧管开关等传感装置。防越程保护开关都是由安装在轿厢上的打板(撞杆)触动的，打板必须保证有足够的长度，在轿厢整个越程的范围内都能压住开关，而且开关的控制电路要保证开关被压住(断开)时，电路始终不能接通。 防越程保护装置只能防止在运行中控制故障造成的越程，若是由于曳引绳打滑制动器失效或制动力不足造成轿厢越程，上述保护装置是无能为力的。4.2 限速器和安全钳正常运行的轿厢，一般发生坠落事故的可能性极少，但也不能完全排除这种可能性。一般常见的有以下几种可能的原因：1曳引钢丝绳因各种原因全部折断；2蜗轮蜗杆的轮齿、轴、键、销折断；3曳引摩擦绳槽严重磨损，造成当量摩擦系数急剧下降，而平衡失调，轿厢又超载，则钢丝绳和曳引轮打滑；4轿厢超载严重，平衡失调，制动器失灵；5因某些特殊原因，例如平衡对重偏轻、轿厢自重偏轻，造成钢丝绳对曳引轮压力严重减少，致使轿厢侧或对重侧平衡失调，使钢丝绳在曳引轮上打滑。只要发生以上五种原因之一种，就可能发生轿厢(或对重)急速坠落的严重事故。因此按照国家有关规定，无论是乘客电梯、载货电梯、医用电梯等，都应装置限速器和安全钳系统。在电梯的安全保护系统中，综合安全保障是限速器、安全钳和缓冲器。当电梯在运行中无论何种原因使轿厢发生超速、甚至坠落的危险状况而所有其他安全保护装置均未起作用的情况下，则靠限速器、安全钳(轿厢在运行途中起作用)和缓冲器的作用使轿厢停住而不致使乘客和设备受到伤害。所以限速器和安全钳是防止电梯超速和失控的保护装置。限速器是速度反应和操作安全钳的装置。当轿厢运行速度达到限定值时(一般为额定速度的115以上)，能发出电信号并产生机械动作，以引起安全钳工作的安全装置。所以限速器在电梯超速并在超速达到临界值时起检测及操纵作用。安全钳是由于限速器的作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置制停在导轨上，同时切断电梯和动力电源的安全装置。安全钳则是在限速操纵下强制使轿厢停住的执行机构。限速器通常安装在电梯机房或隔音层的地面，它的平面位置一般在轿厢的左后角或右前角处，限速器绳的张紧轮安装在井道底坑。限速器绳绕经限速器轮和张紧轮形成一全封闭的环路，其两端通过绳头连接架安装在轿厢架上操纵安全钳的杠杆系统。张紧轮的重量使限速器绳保持张紧，并在限速器轮槽和限速器绳之间形成摩擦力。轿厢上、下运行同步地带动限速器绳运动从而带动限速器轮转动。如图4.1所示。 图4.1 限速器装置的 1限速器轮；2凸轮；3棘轮；4限速器拉簧调节螺栓；5制动轮轴；6拉簧；7限速器支架；8胶轮；9棘齿；10挺杆根据电梯安全规程的规定，任何曳引电梯的轿厢都必须设有安全钳装置，并且规定此安全钳装置必须由限速器来操纵，禁止使用由电气、液压或气压装置来操作安全钳。当电梯底坑的下方有人通行或能进入的过道或空间时，则对重也应设有限速器安全钳装置。安全钳装置的构成及其运动分析：安全钳装置装设在轿厢架或对重架上，它由两部分组成；(1)操纵机构：它是一组连杆系统，限速器通过此连杆系统操纵安全钳起作用。如图4.2中的6，图4.3中的6。(2)制停机构：也叫做安全钳(嘴)，作用是使轿厢或对重制停，夹持在导轨上。如图4.2中的1，图4.3中的5。图4.2限速器与安全钳联动原理示意图1安全钳；2轿厢；3眼速器绳；4张紧轮；5限速器；6连杆系统图4.3 限速器与安全钳联动原理立面示意图1限速器；2限速器绳；3张紧轮；4限速器断绳开关；5安全钳；6连杆系统；7安全钳动作开关；8眼速器绳头安全钳需要有两组，对应地安装在与两根导轨接触的轿厢外两侧下方处。常见的是把安全钳安装在轿厢架下梁的上面。如图4.2和图4.3所示，限速绳两端的绳头与安全钳杠杆的驱动连杆相连接。电梯正常运行时，轿厢运动通过驱动连杆带动限速器绳和限速器运动，此时，安全钳处于非动作状态，其制停元件与导轨之间保持一定的间隙。当轿厢超速达到限定值时，限速器动作使夹绳夹住限速器绳，于是随着轿厢继续向下运动，限速器绳提起驱动连杆促使连杆系统6联动，两侧的提升拉杆被同时提起。带动安全钳制动楔块1与导轨接触，两安全钳同时夹紧在导轨上，使轿厢制停。安全钳动作时，限速器的安全开关或安全钳提拉杆操纵的安全开关，都会断开控制电路，迫使制动器失电制动。只有当所有安全开关复位，轿厢向上提起时，才能释放安全钳。安全钳不恢复到正常状态，电梯不能重新使用。4.2.1 限速器限速器随时监控着交响的速度，即电梯超过额定速度时，能及时发出信号，产生机械动作切断供电电路，使曳引机制动。如果电梯仍然无法制动则安装在轿厢底部的安全钳动作将轿厢强制制停。按动作原理可分为摆锤式和离心式两种，离心式限速器较为常用。轿厢在运行时，通过限速器绳头拉动限速器绳，使限速器绳轮和连在一起的凸轮和控制轮(棘轮)同步转动。摆锤由调节弹簧拉住，锤轮压在凸轮上，凸轮转动使摆锤上下摆动。转动速度大，摆锤的摆动幅度也大。当轿厢运行超速时，由于摆锤摆动幅度加大，触动超速开关，切断电梯安全电路，使电梯停止运行。若电梯在向下运行，超速开关动作后没有停止而继续超速运动，则当速度超过额定速度115以后，因摆锤摆动幅度的进一步加大，棘爪卡入制动轮中，使制动轮和连在一起的限速器绳轮停止转动，由限速器绳头和联动机构将安全钳拉动，轿厢制停。摆锤式限速器一般用于速度较低的电梯。4.2.2安全钳装置安全钳装置包括安全钳本体、安全钳提拉联动机构和电气安全触点。电气安全开关应符合安全触点的要求，规定要求安全钳释放后需经称职人员调整后电梯方能恢复使用，所以电气安全开关一般应是非自动复位的，安全开关应在安全钳动作以前莴时动作，所以必须认真调整主动杠杆上的打板与开关的距离和相对位置，以保证安全开关准确动作。提拉联动机构一般都安装在轿顶，也有电梯安装在轿底的。此时应将电气安全开关设在从轿顶可以恢复的位置。安全钳按结构和工作原理可分为瞬时式安全钳和渐进式安全钳，本课题选用渐进式安全钳。当限速器动作楔块被拉起夹在导轨上，由于轿厢仍在下行楔块就继续在钳座的斜槽内上滑，同时将钳座向两边挤开。当上滑到限位停止时，楔块的夹紧力达到预定的最大值，形成一个不变的制动力，使轿厢的动能与势能消耗在楔块与导轨的摩擦上，轿厢以较低的减速度平滑制动。最大的夹持力由钳尾部的弹簧调定。如图4.5所示，是其结构示意图。图4.5 楔块渐进式安全钳结构原理 1导轨；2拉杆；3楔块；4钳座；4.3 防人员剪切和坠落的保护和要求在电梯事故中人员被运动的轿厢剪切或坠入井道的事故占的比例较大，而且这些事故后果都十分严重，所以防止人员剪切和坠落的保护十分重要。防人员坠落和剪切的保护主要由门、门锁、门的电气安全触点和静磁栅位移传感器联合承担，标准要求：1当轿门和层门中任一门扇未关好和门锁啮合7mm以上时，电梯不能启动。2当电梯运行时轿门和层门中任一门扇被打开，电梯应立即停止运行。3当轿厢不在层站时，在站层门外不能将层门打开。4 紧急开锁的钥匙只能交给一个负责人员，有紧急情况才能由称职人员使用。5. PLC控制静磁栅位移传感器实现电梯平层控制，静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列；“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装，使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列，铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触（相对间隙宽容度和相对姿态宽容度达50mm）相对运动时，由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息，直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号。充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据更新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。采用三菱FX2系列PLC控制静磁栅位移传感器实现电梯平层控制。可实现电梯控制的智能化，电梯运行舒适感好，启动、减速、平层的舒适感不因轿厢负载的变化而变化，取得了令人满意的效果。轿门、层门必须按规定装设验证门紧闭状态的电气安全触点并保持有效。门关闭后门扇之间、门与周边结构之间的缝隙不得大于规定值。尤其层门滑轮下的挡轮要经常调整，以防中分门下部的缝隙过大。门锁必须符合安全规范要求，并经型式试验合格，锁紧元件的强度和啮合深度必须保证。电气安全触点必须符合安全规范要求，绝不能使用普通电气开关。接线和安装必须可靠，而且要防止由于电气干扰而误动作。在电梯操作中严禁开门“应急”运行。在一些电梯中为了方便检修常设有开门运行的“应急”运行功能，有的是设专门的应紧运行开关，有的是用检修状态下按着开门按钮来实现开门运行。GB7588规定只有在进行平层和再平层及采取特殊措施的货梯在进行对接操作时，轿厢可在不关门的情况下短距离移动，其它情况，包括检修运行均不能开门运行。装有停电应急装置和故障应急装置的电梯，在轿厢层门未关好或被开启的情况下，应不能自动投入应急运行移动轿厢。4.4 缓冲装置电梯由于控制失灵、曳引力不足或制动失灵等发生轿厢或对重蹲底时，缓冲器将吸收轿厢或对重的动能，提供最后的保护，以保证人员和电梯结构的安全。缓冲器分蓄能型缓冲器和耗能型缓冲器。前者主要以弹簧和聚氨酯材料等为缓冲元件，后者主要是油压缓冲器。当电梯额定速度很低时(如小于04ms)，轿厢和对重底下的缓冲器也可以使用实体式缓冲块来代替，其材料可用橡胶、木材或其它具有适当弹性的材料制成。但使用实体式缓冲器也应有足够的强度，能承受具有额定载荷的轿厢(或对重)，并以限速器动作时的规定下降速度冲击而无损坏。1弹簧缓冲器弹簧缓冲器的结构及其型式：弹簧缓冲器(见图4.8)一般由缓冲橡皮、缓冲座、弹簧、弹簧座等组成，用地脚螺栓固定在底坑基座上。图4.8 弹簧缓冲器构造 1垫圈；2缓冲座；3弹簧；4底座；5地脚螺栓；工作原理和特点：弹簧缓冲器是一种蓄能型缓冲器，因为弹簧缓冲器在受到冲击后，它将轿厢或对重的动能和势能转化为弹簧的弹性变形能(弹性势能)。由于弹簧的反力作用，使轿厢或对重得到缓冲、减速。但当弹簧压缩到极限位置后，弹簧要释放缓冲过程中的弹性变形能使轿厢反弹上升，撞击速度越高，反弹速度越大，并反复进行，直至弹力消失、能量耗尽，电梯才完全静止。蓄能式缓冲器的总行程应至少等于相当于115%额定速度的重力制停距离的两倍，即0.067 v 2 X 2=0.134 v2（m），无论如何，此行程不得小于65mm。因此弹簧缓冲器的特点是缓冲后存在回弹现象，回弹次数和高度决定于轿箱的冲击速度、载荷及弹簧刚度。电梯速度越高，回弹越严重。因此，存在着缓冲不平稳的缺点，所以弹簧缓冲器仅适用于低速电梯。2缓冲器的安装缓冲器一般安装在底坑的缓冲器座上。若底坑下是人能进入的空间，则对重在不设安全钳时，对重缓冲器的支座应一直延伸到底坑下的坚实地面上。轿底下梁碰板、对重架底的碰板至缓冲器顶面的距离称缓冲距离，对蓄能型缓冲器应为200350mm；对耗能型缓冲器应为150400mm。4.5 停止开关和检修运行装置1停止开关一般称急停开关，按要求在轿顶，底坑和滑轮间必须装设停止开关。停止开关应符合电气安全