机械毕业设计953交流变频调压调速电梯—轿厢结构设计.doc
机械毕业设计953交流变频调压调速电梯—轿厢结构设计
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机械毕业设计953交流变频调压调速电梯—轿厢结构设计,机械毕业设计论文
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nts 1 摘 要 电梯，是指动力驱动，利用刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道。 习惯 上不论其驱动方式如何，将电梯作为 建筑物 内垂直 交通 运输工具的总称。 电梯兴衰发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。并随着电机技术的发展，从直流电机的改进，交流异步单速，双速交流电梯，乃至生产专用的交直流电梯电机，开口电机等，显著改善了电梯的工作性能。随着控制技术的发展，特别电子技术的发展， PC 机和电子计算机技术成功地应用到电梯的电气控制系统中，电梯的自动化程度，性能，可靠性，运行效果得到更为显著提高。 本文主要是对 1000kg 交流变频调压调速电梯（ VVVF）的设计，重点涉及电梯的机械部件轿厢的设计。 关键词 ： 运输设备 ;电梯 ;电子计算 机技术 ;自 动化 Abstract The elevator, it is to point to driving, the use of rigid rail running casing or fixed line running along the cascade (step), to lift or parallel transporting people and goods of mechanical and electrical equipment, including people (cargo) elevators, escalators, automatic sidewalks. Regardless of the drive way, will the elevator as the floorboard of the vertical transport within the building. Elevator the root cause of the rise and development lies in the power as a source of power. And with the development of electrical technology, from the improvement of dc motor, ac asynchronous single speed of a two-speed exchange elevator, and even in the production of special ac/dc elevator motors, opening machine, etc., significantly improve the performance of the lift. Along with the development of control technology, especially the development of electronic technology, PC and electronic computer technology successfully applied in the electric control system of the elevator, the elevator of the degree of automation, performance, reliability, operation effect get more improved significantly. This article mainly to 1000 kg of ac variable frequency regulating speed control (VVVF) elevator design, focusing on the design of mechanical parts capsules of the lift. Key words : transportation equipment; elevator;computer technology; automation nts 2 目 录 文献综述 3 第一章 绪论 5 1.1 课题的目的和意义 5 1.2 电梯的分类 5 1.3 电梯类型的选择以及设计介绍 5 第二章 曳引系统 7 2.1 曳引机的优点 7 2.2 曳引机的分类 8 2.3 曳引机的选择 8 第三章 轿厢结构设计 10 3.1 轿厢综述 10 3.2 轿厢架 11 3.3 轿厢体 13 3.4 轿厢与曳引钢丝绳的连接方法 14 3.5 电梯门系统 15 3.6 电梯导向系统 18 3.7 轿厢的超载装置 19 3.8 轿厢面积 21 第四章 轿厢结构计算 23 4.1 主要技术性能参数 23 4.2 轿厢架相关计算 23 4.3 承重梁的计算 27 4.4 导轨弯曲应力计算 30 总结 31 参考文献 31 英文翻译 32 nts 3 文献综述 一、电梯的发展概况 许多年以前，人们就开始运用一些原始的升降工具运送人以及货物。公元前 1100 年左右，中国人发明了一种特别的工具 -辘轳，一种运用卷筒的回转运动从而使得完成升降动作的器具，增加了抬升物体的高度。公元前 236 年，希腊数学家 Archimedes 制作了一种由滑轮组和绞车组合成的起重装置。上述所有的这些升降工具一般都是使用 人、畜力进行驱动。 19 世纪初，在欧美地区人们开始用蒸汽机作为升降工具的动力。到 1845年， 1台液压驱动作为驱动力的升降机被威廉汤姆逊研制出来了，其液压驱动的介质是水。虽然升降工具被工程师们不断改进，但是被人们普遍认同的升降机还未出现，直至1852 年世界上第 1台安全升降机的诞生。 1889 年，升降机开始运用电力作为动力进行驱动，真正意义上的电梯才真正问世。 19 世纪末 ,使用沃德 -伦纳德系统驱动控制的直流电梯问世，从这时起电梯的运行性能得到了明显的改善。在 20世纪初，开始出现了交流感应电动机作为驱动力的电 梯，再后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯又取代了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程与具有高安全性的现代电梯奠定了基础。 20 世纪前中期，中、高速电梯中直流调速系统占有较高比例。 1967 年，电梯的驱动开始运用晶闸管，便出现了由交流调压调速驱动控制的新型电梯。1983 年，又有了变压变频控制的电梯的问世，由于它具备良好的调速性能、舒适感以及节能从而迅速成为了电梯的主流产品。 1996 年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，又一次革新了电梯的相关技术。由于控制柜和曳引机可以放置于井道之中，从而不用设立独 立机房，因而节约了建筑的成本、增加了楼房的有效面积以及提高了楼房建筑美学的设计自由度，并且还能还能节能、无油污染、免维护且安全性高。 电梯在控制操纵方面的发展经历了手柄开关操纵到按钮控制再到信号控制以及集选控制等阶段，而对于多台电梯则出现了并联控制、智能群控的控制体系。 当今，世界各地区的电梯产业公司继续不断地进行着电梯新产品的研究以及追求维修保养服务系统的不断完善，希望能满足人们的对现代建筑交通日益增长的愿望。 二、我国电梯发展概况 电梯业是我国对外开放最早的行业之一 ,中国电梯业受到各 种外资“蚕食”打击影响 ,原来占有一席之地的各大国企电梯品牌面临倒闭 ,各大外资电梯品牌垄断的中国电梯市场份额曾经达到 95%以上。近来 ,中华民族电梯企业蓄力进行绝地反击 ,出现了四分天下占据其一的局面。当今 ,中国已经成为了全球电梯强企竞争的主要市场 ,中国电梯制造业面临重新洗牌 ,民族自主品牌应学会善于利用各种方面的有利因素 ,增加市场的竞争力。 改革开放初阶段 ,由于当时我国面临资金和技术双重匮乏 ,国家慎重决定引进外资 ,电梯业便成为了我国最早引进外资的行业之一。 1980 年起 ,上海、天津、沈阳等国内较大nts 4 的电梯企业 ,全 都和瑞士的迅达、美国的奥的斯、日本的三菱等外资品牌进行合作与合资 ,外资以及合资品牌于是便全面进入了我国的市场。 现阶段国际电梯的市场主要由美国的奥的斯、瑞士的迅达、芬兰的通力、德国的蒂森以及日本的三菱、日立、东芝、富士达这八大名牌垄断了，其销售服务网点遍布于世界各地的广大中心城市，估计其销量占到了全球总销量的 90%以上。 我国现如今已经成为了世界上第一大电梯的消费市场，巨大的需求量吸引了全世界各地所有知名电梯企业的眼球，我国的电梯市场前景也给这些电梯企业提供了公平公正相互竞争的市场机制，往往外资电 梯知名品牌或是会挑选搭档国内著名的电梯企业将此作为合作伙伴，或是自己独资建立世界一流的工厂，引入最顶尖的技术，培养一流的人才，配置最先进的设备，都把自己的生产重点和研发中心转移到了中国这片市场上。于是这些国外电梯知名企业长期来垄断了中国国内市场份额的 70%以上，所以说我国电梯行业是引进外资先进技术最多、最全的行业之一。 三、电梯发展方向 随着世界科技的飞速发展，电梯产品和服务的发展更加体贴用户。 1 电梯群控系统将更加智能化 电梯智能群控系统将基于更强大群控资源。这些群控系统能够适应电梯 交通中的不确定性、控制目标的多样化以及非线性表现等动态特性。 2 超高速电梯越来越快 21 世纪多用途、全功能的塔式建筑高速发展，超高速电梯将越来越热门。对曳引式超高速电梯将继续在使用超大容量电动机、减振技术、高性能的微处理器、永磁同步电动机、新式滚轮导靴和安全钳、轿厢气压缓解以及噪声抑制系统等这些方向进行研究。而且采用直线电机驱动的电梯也会有较大的研究前景。我们有理由相信未来的超高速电梯舒适感会有明显提升。 3 蓝牙技术在电梯上的大量应用 蓝牙（ Bluetooth）技术是一种全球开放 的、短距无线通讯技术规范，不需要纵横交错的电缆线，便可以实现无线组网。这种技术的运用会对电梯的安装周期与费用的减少产生重要的作用，它还将提高电梯的控制精度以及可靠性以及更好解决电气设备之间的兼容性问题，也有利于把电梯更加智能归纳到大楼管理系统与管理小区系统中来。 4 绿色电梯将广泛普及 要求电梯具备节能、电磁兼容性强、少油污染、噪声低、寿命长、装潢材料绿色健康、与建筑物协调等特点。 5 电梯产业将实现网络化、信息化 、智能化 未来的电梯控制系统将会与网络技术相互结合，运用网络把各个地方 的电梯集中监管起来进行维修保养；通过电梯交易网站进行网上贸易，包括电梯的配置、招投标等等，也可以实现在网上申请电梯的定期检查。 nts 5 第一章 绪论 1.1 课题的目的和意义 电梯的发展经历了从简单到复杂的过程。可靠性不强，高故障率，维修很困难等是原始电梯最大缺点，远远不能满足现代社会生产、生活的需要。在 20 世纪 80 年代前期至90 年代初，据有关资料统计，在所有交通工具中，电梯故障率居首位，随着科学技术的发展，这一切都己成为过去，现代电梯应用先进技术，大幅提高其运行平稳性及乘坐 舒适感，使故障得到有限控制。 电梯轿厢系统从最初的简陋到现在的功能齐全、装饰豪华，已经经历过了一个非常大的技术跃进，产品也己固定成型，而且性能相当稳定，然而这并不能满足用户对电梯不断增长的需求。现今用户对电梯的舒适性、安全性等追求越来越高，于是便对电梯智能化运行也提出了更高的要求。 1.2 电梯的分类 1 按用途分类 可分为乘客电梯，载货电梯，医用电梯等。 2 按驱动方式分类 可分为交流电梯，直流电梯，液压电梯等。 3 按速度分类 可分为低速电梯（常指低于 1.00m/s 速度的电梯），中速电梯（常指速度在 1.002.00m/s 的电梯），高速电梯（常指速度大于 2.00m/s 的电梯）以及超高速电梯（速度超过 5.00m/s 的电梯）。 4 按电梯有无司机分类 可分为有司机电梯，无司机电梯等。 5 按操纵控制方式分类 可分为手柄开关操纵电梯，按钮控制电梯，信号控制电梯等。 6 特殊电梯 如斜行电梯，立体停车场用电梯以及建筑施工电梯。 1.3 电梯类型的选择以及设计介绍 1.3.1 电梯类别的选择 根据课题的要求，我们可以确 定此次设计的电梯为乘客电梯，因此必须有完善的安全装置；使用交流异步电动机曳引驱动，所以属于交流电梯；又因为其额定的速度为1.6m/s，根据有齿轮曳引机和无齿轮曳引机特点的分析很容易知道，有齿轮曳引机更适nts 6 合用在这次设计的电梯中；客梯只需乘客自己操作，非常简便，因此属于无司机电梯；根据其额定速度为 1.6m/s，又可知其为中速电梯。总的来说此次设计的电梯属于交流中速客梯。 1.3.2 电梯的设计介绍 本人的毕业设计主要内容是电梯的轿厢部分，包括电梯轿厢结构的设计（如：轿厢门系统、轿厢架的选择、轿厢的超载装置 等）；以及相关设计的验算（如：轿厢架上、下梁，承重梁等的验算）；还有导向系统的设计等。 本设计共分四章编写，其结构内容如下： 第一章为绪论，说明了课题的目的和意义所在，简单介绍了电梯分类，及此次设计电梯的类别选择。 第二章介绍了电梯曳引机的优点、分类及选择。 第三章着重介绍了电梯轿厢结构的有关设计内容，如：轿厢架、轿厢体的结构设计，导向系统和超载装置等。 第四章 重点做了与结构有关的计算，如：轿厢架的上下梁的计算、承重梁的计算等。 nts 7 第二章 曳引系统 当今世界上 电梯产业广泛采取运用的提升形式是曳引式提升机构。 输出和传递 动力 是曳引系统主要的功能，从而使电梯运行。曳引系统主要是由 曳引机 、曳引 钢丝绳 ，导向轮以及反绳轮这几部分组成的。 曳引钢丝绳的作用 原理是通过曳引轮一端与轿厢连接，另外一端则与对重装置连接，让井道中的轿厢和对重能够各自沿着井道中的导轨自由运行并且不发生蹭撞，在曳引机上通常放置一个导向轮使他们分开。轿厢与对重装置的重力使得曳引钢丝绳与曳引轮槽产生摩擦力。于是电动机转动带动着曳引轮转动，驱动着钢丝绳，使轿厢和对重作相对运动。从而实现轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行以及电梯执行垂直运送任务。如图（ 2-1）所示： 图 2-1 2.1 曳引机的优点 曳引式提升机构和卷扬式（或称强制式）提升机构相比较具有以下优点： （ 1）更加安全、性能更加可靠 （ 2）允许提升高度更大 （ 3）结构更加紧凑 nts 8 （ 4）选用得是价格更加便宜、结构更紧凑的高转速电动机 2.2 曳引机的分类 一 .按照减速方式分类 1.有齿轮曳引机：动力是通过中间减速器传递至曳引轮上的曳引机，其减速箱通常采用的是蜗轮蜗杆传动（也有使用斜齿轮传动），这种曳引机使用的电动机既有交流的，也有直流的，一般运用在低速的电梯上。曳引比一般为 35： 2。要是电动机动力是通过减速 箱从而传送至曳引轮上，这种曳引机则被称为有齿轮曳引机，一般运用在速度为2 5m/s 以下的低中速电梯当中。 2.无齿轮曳引机：动力不需要用中间的减速器而是直接传递至曳引轮上的曳引机。这种曳引机以前大多运用的是直流电动机作为动力，当今国内已研发出的交流永磁同步无齿轮曳引机。其曳引比一般是 2： 1 或者是 1： 1。通常载重 320kg 2000kg，电梯速度大致为 0.3m/s 4.00m/s。如果动力并不通过减速箱而是直接传动至曳引轮上就被称为无齿轮曳引机，一般运用在速度为 2 5m/s 以上的电梯当中。 3.柔性传 动机构曳引机 二 .按照驱动电动机分类 1.直流曳引机 可分为直流有齿曳引机以及直流无齿曳引机两类。 2.交流曳引机 可分为交流有齿曳引机、交流无齿曳引机和永磁曳引机三类。 三 .按照用途分类 可分为双速客货电梯曳引机， VVVF 客梯曳引机等。 四 .按照速度高低分类 可分为四类：低速度曳引机 ( 5米 /秒 )。 五 .按照结构形式分类 分为卧式和立式曳引机。 2.3 曳引机的选择 此次电梯设计的额定速度为 1.6m/s，则需要有变速器的曳引机，即用有齿轮曳引机。常用的曳引比为 1： 1 绕法的有齿轮传动应用非常广泛，运用一般的交流客梯和载重小的货梯。 1： 1 的曳引比是指曳引钢丝绳的速度与轿厢的速度比为 1： 1。这种传动结构比较简单，详见传动简图，如图（ 2-2）所示。 电梯起动加速度和制动减速度 :a 0.9 m/s2 钢丝绳与绳轮间摩擦系数 : =0.09 钢丝绳许用安全系数 :S=12 钢丝绳总重量 :W4=230kg 曳引传动总效率 : =0.68 电动机功率计算及选用曳引机 根据主要技术性能参数 nts 9 额定载荷： Q=1000kg 额定速度： V=1.6m/s 平衡系数：取 0.45 提升高度： H=70m(20 层 ) 轿厢总质量 :G=1400kg 电缆重量 :W2=80kg 平衡链质量 :W1=220kg(3kg/m) 对重总质量 :W3=1850kg 钢丝绳规格 :GB8903-88 8 19S+NF 13 5(根 ) KWVQP 69.1268.0102 6.11000)45.01(102 )1( 可以选用型号为 YJVF180 型 VVVF 电梯曳引机。 图 2-2 nts 10 第三章 轿厢结构设计 这次本人毕业设计主要部分是电梯轿厢部分， 轿厢是 电梯用来运载客 、 物轿体部件。 3.1 轿厢综述 轿厢一般由轿厢架 、 轿壁、轿底、轿门、轿顶及开门机组成 。其基本结构示意如图（ 3-1）所示： 图 3-1 轿厢的构成示意图 1-护脚板 2-上梁 3-轿 厢架 4-轿厢顶 5-轿厢壁 6-拉条 7-轿厢底 8-下梁 轿厢必须具有足够的机械强度， 轿厢内装置一般有操纵箱、通风装置、照明、停电 应急照明 、报警和通信等装置。 轿厢总体结构及其有关构件如图（ 3-2）所示： nts 11 图 3-2 轿厢总体结构及其有关构件示意图 1-导轨加油壶 2-导靴 3-轿顶检修箱 4-轿顶安全栅栏 5-轿架上梁 6-安全钳传动机 构 7-开门机架 8-轿厢 9-风扇架 10-安全钳拉条 11-轿架立柱 12-轿架拉条 13-轿架底梁 14-安全钳嘴 15-补偿链 3.2 轿厢架 轿厢架是个承重构架，其钢材的强度和构架的结构，要求都很高，牢固性要好。 3.2.1 轿厢架的构造 及其构件的作用 轿厢架一般由上梁、立柱、底梁和拉条（调节轿底水平度，防止底板倾翘）等组成。其基本结构如图 （ 3-3）所示： 图 3-3 轿厢架的基本构件 1 上梁； 2 立柱； 3 拉条； 4 底梁 nts 12 轿厢架的主要作用是固定和悬吊轿厢 体，其立柱在轿厢体两侧，下梁用以安装轿厢底，直接承受轿厢的重量。 3.2.2 轿厢架型式分类 轿厢架有两种基本类型，如图（ 3-4）和（ 3-5）所示。 1)对边形轿厢架：适用于具有一面或对面设置轿门的电梯。这种类型的轿厢受力较好，当轿厢有偏心载荷作用时，只会在轿架支撑的范围内发生拉力，或者在立柱处发生推力，这种类型是多数电梯所采用的构造方式，如图 （ 3-4） 所示： 图 3-4 对边形轿厢架 1-上梁 2-立柱 3-底梁 4-轿厢底 5-拉条 6-绳头组合 2)对角 形轿厢架：适用于在相邻两边设置轿门的电梯上，这类轿厢架在受到偏心载荷作用时不但各构件受到偏心弯曲，而且其顶架也会受到扭转作用的影响。受力较差，如图（ 3-5）所示： nts 13 图 3-5 对角形轿厢架 1-上梁 2-立柱 3-底梁 4-轿厢底 5-拉条 6-绳头组合 根据这两种轿厢架型式的分析，对角型轿厢架受力情况较差些，因此我们选择 对边形轿厢架 为这次设计的轿厢架型式。 3.3 轿厢体 3.3.1 轿厢体构造及其构件的作用 轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿门和护脚板（有称防护板 ）等组成，如图（ 3-6）所示： nts 14 图 3-6 轿厢体 1-轿厢顶 2-轿厢壁 3-轿厢底 4-护脚板 1） 轿厢顶 轿厢顶可选用薄钢板制成。出于在安装、检修和营救的需要的考虑，轿厢顶需要设计有站人的位置，其弯曲挠度应不大于跨度的 1 1000。 2） 轿厢壁 为了保证使用安全，轿壁必须有足够的强度 。 轿厢壁可用 1.2 1.5mm 的薄钢板制成，每个面壁由多块折边的钢板拼装而成。 通常在 轿厢 壁板后面 粘附 夹层材料或 抹上 减振 的粘 子。 3） 轿厢底 轿厢底是直接支撑负载的部分，它由框架和底板组成，框架一般用 6 8 槽钢或角钢按设计要求的尺寸焊接而成。底板可以是钢板也可以是木板。 为了防止箱体振动，经常采用框架式底梁，在底框、轿底之间加入几块专门制造的橡皮块。此次设计的电梯为客梯，因此底板可用薄钢板，面层再铺设塑胶板或地毯等。 4） 护脚板 在轿底的前沿应 该 设 置 有轿门地坎及护脚板， 以防止 人在层站 不小心 将脚板插入轿厢底部 从而 造成挤压 。 3.4 轿厢与曳引钢丝绳的连接方法 曳引式的电梯，曳引钢丝绳一端和轿厢相连 ，另一端和对重相连。本次设计的曳引系统曳引比为 1： 1，其连接方式如图（ 3-7）所示： 钢丝绳直接与轿厢顶部相连，把曳引绳的末端固定在轿厢的上梁部分。连接时将绳头板 6 焊接固定在轿架的上梁，有 5根曳引钢丝绳，就对应的在绳头板上钻 5个孔，然后用绳头组合装置的拉杆穿过绳头板，进行紧固，拉杆的另一端用巴氏合金将钢丝绳与拉杆的锥孔溶合。 nts 15 图 3-7 钢丝绳和轿厢架的连接 1-轿底 2-立柱 3-拉杆 4-底梁 5-上梁 6-绳头板及绳头组合 3.5 电梯门系统 电梯的门系统主要包括轿 门（轿厢门）、厅门（层门）等。 为了防止发生危险， 门系统是不可或缺的安全保护设施。 3.5.1 门系统的组成及作用 电梯门系统可以分为两种：厅门和轿厢门。 轿门是设置在轿厢入口的门，是设在轿厢靠近层门的一侧 。用手操作开关门的为 手动门。 一般的电梯由装在轿厢顶部的自动开门机来开门和关门，我们称这种门为自动门。 厅门是设置在层站入口处的门。厅门的开与关，是由轿门带动而完成的。 为了将轿门的运动传递给厅门，轿门上设有系合装置 (如门刀 )，门刀通过与厅门门锁的配合，使轿门能带动厅门运动。 。 为保证电梯的安 全运行， 只有 在确保 轿门、 厅 门完全关闭后，电梯才能运行。 因此应在厅门上装设有电气联锁功能的自动门锁。 为了防止电梯在关门时不小心夹住人，在轿门上还常设有关门安全装置。 3.5.2 门的类型及其结构选择 为了方便客 、 物进出层门和轿厢 ， 门的型式和结构必须满足不仅能进出方便，而且结构要简单，构造要科学的要求。 （ 1） 门的类型 电梯门主要有两 种 类 型： 滑动门和旋转门 。本次设计选择的是 滑动门 ，因为它是现在普遍采用的类型。 滑动门根据开门方向分类又可以分为中分式、旁开式以及直分式三种，层门和轿门必须保持是 同一类型的。 1） 中分式门 中分式门的门是由中间向两侧分开的。开门时，门扇以相同的速度向两侧滑动；关门时，则以相同的速度合拢，如图（ 3-8）所示： nts 16 图 3-8 中分式门（平面图） 1-井道墙 ； 2-门 2） 旁开式门 门由一侧向另一侧推开或由一侧向另一侧合拢，如图（ 3-9）所示。按照门扇的数量，常见的有单扇、双扇和三扇旁开门。 图 3-9 旁开式门（平面图） 1-井道墙 ； 2-门 3）直分式门 门由下向上推开，称直分式门。又可可分 为单扇、双扇和三扇等。如图（ 3-10）所示： 图 3-10 直分式门（平面图） 1-井道墙 ； 2-门 门的分析和选择 ： 中分式门具有出入方便、工作效率高、可靠性好的优点，一般客梯多选用中分式门；旁开式门具有开门宽度大，对井道宽度要求小的优点，一般要求电梯开门宽度大以方便货物装卸的货物电梯选用旁开式门；由于直分式门的门扇不占用井道及轿厢宽度，能使电梯具有最大的开门宽度，一般的杂物梯和大吨位的货梯选直分式门。因此，这次设计的电梯应选 中分式门 。 （ 2） 门的结构和组成 电梯的门一般均由 门扇、门靴、门滑乾、门导轨架以及门地坎等组成。如图（ 3-11）nts 17 所示： 图 3-11 门的结构与组成 1-厅门； 2-轿厢门； 3-门套； 4-轿厢； 5-门地坎； 6-门滑轮； 7-厅门导轨架； 8-门扇； 9-厅门门框立柱； 10-门滑块 (门靴 ) 1） 门扇 电梯的门扇 可以分类为 封闭 式 、空格式及非全高式 三种： 封闭式门扇一般用 1 1.5mm厚的钢板制造，中间辅以加强筋。 空格式门扇一般指交栅式门，具有通气透气的特点，只能用于货梯轿厢厢门。 非全高式门扇常见于专门用途货梯。 封闭 式门扇最适合我们的课题，因此，这次设计的电梯门扇选择 封闭式门扇 。 2） 门导轨与门滑轮 轿门导轨安装在轿厢顶部前沿，厅门导轨架安装在厅门框架上部。对门扇起导向作用。门滑轮安装在门扇上部。本次设计以两个为一组，每个门扇装一组。 3） 门地坎和门滑块 3.5.3 开关门结构及门安全保护 电梯轿门、 厅 门的开关结构分手动和自动两种。 1） 手动开关门结构 手动开关门结构仅在少数的货梯中使用。这种开关门结构不适合在此次设计的电梯中使用。 2）自动开门机 自动开 门机是使轿厢门 (含层门 )自动开关的装置。它装设在轿门的上方及轿门的连接处。 这次设计的门属于两扇中分式门，所用开门机可同时驱动左、右门，且作同速反向运动 自动中分门开门机可分为双臂和单臂两种，我们选择的是 双臂中分式开门机 。如图（ 3-12）所示： nts 18 图 3-12 双臂中分式门的开门机构 1-门连杆； 2-摇杆； 3-连杆； 4-皮带轮； 5-电机； 6-曲柄轮； 7-行程开关； 8-电阻箱； 9-强迫锁紧装置； 10-自动门锁； 11-门刀 （ 3） 门运动过程中的保护 为了尽量避免在关门过程中有 人和东西被撞击或者夹住的事故发生，对门的设计与其运动要求具有保护性。那么就要求电梯门扇面向乘客的一面要光滑不能有过大的凹凸。同时还要求是关门的力尽量小（一般来说不大于 150N），以免对被夹持的人造成伤害。如果有乘客或者货物在电梯门关闭的过程中可能被夹或者被撞时，电梯应该做出停止关门动作以起到保护作用，那么需要设置一种保护装置。保护装置通常安装在轿门上，一般可以分为接触式、光电式和感应式这几类 : 接触式保护装置实际上就是安全触板。在轿门开口边缘悬挂由控制杆连接两块铝制的触板。当关门时有人被夹住，安全触板将 被推入，控制杆触动微动开关，关门电路迅速切断且开门电路接通，使门开启。 部分光电式保护装置是在轿门边上设置两组水平的光电装置，为防止可见光的干扰一般用红外光。两道水平的红外光好似“栏杆”，当有物体挡住了其中的光线门便会重启。 感应式保护装置是根据磁感应的原理，在相关区域装置三组电磁场，当人和物进入保护区造成电磁场的变化，就能通过控制机构使门重开。 3.6 电梯导向系统 导向系统限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能各自沿着导轨作升降运动。 导 轨 、导靴和导轨 支 架组成 电梯的 导向系统 。 导轨： 在井道中确定轿厢与对重的相互位置，起导向作用。 导轨的 横截面形状有多种，其中大量使用的一种是具有良好抗弯性能和良好的可加工性的 T型导轨。因此我们的设计也选用 T型导轨 ，如图（ 3-13）所示： nts 19 图 3-13 根据电梯控制技术表 2-1我们可选择 T89/B 型号的导轨 。 3.7 轿厢的超载装置 当轿厢超过额定载荷时，超载装置 会 发出警告信号 并且让 轿厢不 能 关门 而 不能运行 。 1 轿底超载装置 一般轿 厢底是活动的，称为活动轿厢式。这种超载装置， 一般 采用 的是 橡胶块作为 其称量元件。橡胶块 均匀的分布 在轿底框上，整个轿厢 位于橡胶块上 ，橡胶块的压缩量能直接反映轿厢的重量，如图 （ 3-14） 所示 ： 图 3-14 橡皮块式活动超载装置 1-轿底框 2-轿厢底 3-限位螺钉 4-橡胶块 5-微动开关 在轿底框中间设置了两个微动开关，在 80负重，其中一个切断电梯外呼载停电路，110负重，另外一个起作用并切断电梯控制电路。碰触开关通过螺钉的高度来调节。 这种结构的超载装置有结构简单、动作灵敏等优点，橡 胶块既 能 称量，又 可以 减振，调节和维护 起来 都比较容易。 2 轿顶称量式超载装置 轿顶称量式超载装置 可以分为机械式、橡胶块式和 负重传感器式 三种。 1） 机械式 nts 20 如 图（ 3-15）所示，以压缩弹簧组作为称量元件。 图 3-15 机械式轿顶称量式装置 1-上梁 2-摆杆 3-微动开关 4-压簧 5-称杆 6-称座 称杆的尾部浮支在弹簧座上，头部铰支在轿厢上梁的秤座上。上梁上 装有 摆杆， 其 尾部 和 上梁铰接。当轿厢负重变化时，秤杆 随之 上下摆动， 带 动摆杆也 作 上下摆动，当轿厢负重 超出 可调范围 时， 就会触动 微动开关， 并 切断电梯 的 控制电路。 2） 橡胶块式 如图（ 3-16）所示，橡胶块安放在上梁的下面，绳头板连接支承在橡胶块上，轿厢负重时，微动开关 2 就会分别和下梁下面的触头螺钉接触并工作，以达到超载控制之目的。 图 3-16 橡胶块式轿顶称量装置 1-触头螺钉 2-微动开关 3-上梁 4-橡胶块 5-限位板 6-轿顶轮 7-防护板 橡胶块式称量装置结构简单 且 灵敏度高 。 但橡胶易老化变形，当出现较大称量误差时，需要换橡胶块。 3） 负重传感器式 nts 21 前面所述的两种形式 的装置不能给出载荷变化的连续信号。为了适应其它的控制要求，特别是计算机应用于群控后，为了让电梯运行能更好的调度，要求对每台电梯的载流量或者容载情况作统计分析以选择最合适的群控调度方式。这时可以采用负重式传感器作为称量元件，它的特点是可以输出载荷变化的连续信号。 现在普遍运用的是应变式负重传感器。图（ 3-17）所示： 图 3-17 负重传感器称量装置 1-绳头锥套 2-绳吊板 3-拉杆螺栓 4-托板 5-传感器 6-底板 7-轿厢上梁 超载装置的比较和选择： 根据以上 阐述，我们得出的结论是选择 负重传感器式 超载装置。 3.8 轿厢面积 为了防止超载发生危险或者事故，轿厢的有效面积应该有科学的限制。轿厢的有效面积指轿厢内的实用面积。 GB7588 对轿厢的有效面积与额定载重量以及乘客人数都做了具体的相关规定。 电梯容量 由下述方法确定： 按照公式 （人）额定载重量75N计算结果向下取整到最近的整数或按表（ 1）取较小的数值。 表（ 1） 乘客人数与轿厢最小有效面积的关系表 nts 22 注：超过 20 位乘 客时每增加一乘客对应增加 0 115m2。 额定载重量与最大有效面积之间的关系见表（ 2）。 表（ 2） 额定载重量与轿厢最大有效面积的关系表 注： 1.一人电梯的最小值； 2.二人电梯的最小值； 3.超过 2500kg 时每增加 100kg 对应的电梯面积就增加 0 16m2，未列出的中间的载重量其面积按线性插入法来确定。 根据上述资料可知：此次设计的电梯额定载重为 1000kg， 则 : （人）乘客数 13751 0 00 N再根据表（ 1）、表（ 2）可知： 电梯的有效面积 S： 2.15S2.40 。 nts 23 第四章 轿厢结构计算 4.1 主要技术性能参数 额定速度： V=1.6m/s 额定载荷： Q=1000kg 平衡系数：取 0.45 提升高度： H=70m(20 层 ) 轿厢总质量 :G=1400kg 平衡链质量 :W1=220kg(3kg/m) 电缆重量 :W2=80kg 对重总质量 :W3=1850kg 钢丝绳规格 :GB8903-88 8 19S+NF 13 5(根 ) 4.2 轿厢架相关计算 4.2.1 参数及材料几何特性 额定载重量 : Q = 1000 轿厢质量 : G = 1400 电缆重量 +平衡链重量 : Q1 = 80+220 = 300 P = Q+G+Q1 = 1000+1400+300 = 2700 根据电梯控制技术表（ 6-5)可知： 轿厢宽 : A = 1600 轿厢深： B = 1400 轿厢高： H = 2300 立梁自由弯曲长度： L = 3050 上、下导靴间的垂直距离： H = 3700 上、下梁跨度： L0 = 1790 材料弹性模量： E = 2.1 105MPa 许用应力 : = 80MPa 许用挠度 : f = mm86.19601790 上梁惯性矩 : IX = 1.60 10-5m4 下梁惯性矩 : TX = 0.575 10-5m4 立梁惯性矩 : IY = 4.60 10-7m4 (单根 ) 上梁抗弯模量 : WX = 1.93 10-4m3 下梁抗弯模量 : WX = 0.81 10-4m3 立梁抗弯模量 : WY = 9.81 10-6m3 立梁载面面积 : A0 = 1.55 10-3m2 4.2.2 轿厢架上梁计算 各梁几何尺寸如图 (4-1)所示 ,有关的技术参数如下 : nts 24 上梁惯性矩 : IX = 1.60 10-5 m4 断面模数 : W = 1.93 10-4 m3 图 4-1 上梁的受力简图如图 (4-2)： 图 4-2 nts 25 1.计算上梁最大弯矩： mNPLM .5.1 2 0 8 24 79.1102743m a x 2.计算上梁最大应力 : M P aM P aWM 806.621093.1 5.12082 4m a xm a x 由此可知：上梁的最大应力小于许用应力，因此是安全的。 3.计算上梁最大挠度 : mmmmmEIPLf 86.196.000096.0106.1101.248 79.1102748 511333m a x 可以知道：上梁的最大挠度小于许用挠度，也是安全的。 根据所学力学知识可知：梁的校核只需满足应力和挠度要求即可。因此这次的上梁的设计是合格的。 4.2.3 轿厢架下梁计算 下梁受力简图如图（ 4-3）： 图 4-3 1.下梁计算 : nts 26 mNL Pq /37.9 4 2 779.1 1027)8/5()8/5( 3 (均匀分布作用 在下梁 ,Q1集中作用在下梁中部 ) 最大弯矩 : mNLQqLM .28.51184 79.11038 79.137.942748 3212m a x 2.最大应力 : M P aM P aWMx8019.631081.0 28.5118 4m a xm a x 下梁的最大应力小于许用应力，可以知道下梁设计满足应力要求。 3.最大挠度 : mmEILQEIqLfxx86.1334.110575.0101.24879.110310575.0101.238479.137.94275483845511335114314m a x下梁的最大挠度小于许用挠度，可以满足。 因此下梁的设计满足要求，即合格。 4.2.4 轿厢立柱计算 强度校核： M P aAPHWQ L BY807.501055.12 10271081.97.332 6.105.31010232 33630 由此可知立 柱的强度达标。 4.2.5 轿厢架联接螺栓强度校核 选用的螺栓规格为 M16 35 GB5783-86 查手册可得知 M16 的公称应力面积 F=157 2，性能等级为 8.8 级。材料 : S=640Mpa。 ns1 n1-安全系数 ,查 GB3811-83 表（ 14） ,n1 = 1.5 由此可知： M P a7.4 2 65.16 4 0 校核上梁与立梁、下梁与立梁联接螺栓，取制动力 F 制 为 2P。 mKPmKFQp2 制 nts 27 式中 :QP - 螺栓预紧力 K - 动载系数， K=1.2 m - 螺栓个数， m=16 - 摩擦系数， =0.3 则有： NQp 135003.01610272.12 3 螺栓最大应力计算： M P aM P aF Q p 7.4268.111157 1 3 5 0 03.13.1m a x 螺栓的最大应力小于所用螺栓本身的许用应力，因此是合格的。 4.3 承重梁的计算 承重梁结构简 图如图 (4-4)所示： 图 4-4 4.3.1 承重梁支反力计算 承重梁受力图如图（ 4-5）所示： nts 28 图 4-5 41211 32 WGWWGQP 式中 : Q - 载重量： Q=1000 G - 轿厢重： G=1400 W1 - 平衡链重量： W1=220 W2 - 电缆重： W2=80 G1 - 曳引机和承重梁自重： G1=1850 W4 - 钢丝绳重量： W4=230 可得： kNP 63.413.25.18328.02.214101 4132 31 WGWP 式中： W3 - 平衡重重量： W3=18.5kN 则有： 96.263.25.18315.182 P 由 0Y 得： 2121 RRPP 得： 222211 59.6896.2663.41 RRRPPR 再由： 0 AM 得： 7 4 6.12 8 8.15.2 212 PPR 28.405.2746.196.26288.163.412 R nts 29 kNR 31.2828.4059.681 4.3.2 承重梁应力校核 : 承重梁弯矩图如下图（ 4-6）所示： 图 4-6 1） I22a抗弯模量 : WX =309 3 2） aRM 1max 最大应力 M P aM P aWM x 80591009.32 288.12 8 3 1 02 4m a xm a x 由此可得： 承重梁所受的最大应力小于许用应力，满足要求。 4.3.3 承重梁挠度计算 承重梁采用的是两根 I22a工字钢支承，工字钢挠度应满足下式 : mmLf 6.29602500960 )()()(621 2132313231311 ZlRZlcPlzalPbazPazPZREIf xP 其中 : a=1.288m b=0.458m c=0.754m l =2.5m P1=41.63kN P2=26.96kN IX - 承重梁惯性矩： Ix=3.4 10-5m4 E - 弹性模量： E=2.1 105MPa 当 Z=a 时： nts 30 mmfmmmalRalcPlaalPbPaREIfx6.2402.100140 2.0)(62 1 2132313231m a x 由此可得： 承重梁的挠度小于许用挠度，满足挠度要求，由此可知承重梁的设计符合实际要求。 4.4 导轨弯曲应力计算 根据 GB7588电梯制造与安装安全规范要求，安全钳装置动作时、导轨弯曲应力 k可按下列公式近似计算。 对渐进式安全钳装置有： AQPk )(10 式中： k - 根据取对抗拉强度为 370MPa 的导轨钢材 取 k140MPa P - 空载轿厢的质量和补偿链以及电缆等的总和： P = 1400+300=1700 Q - 额定载重量： Q=1000 A - 导轨载面积 导轨选用 T89/B 轨时， A=1570mm2 弯曲系数，查 GB7588 表（ 4）可得 =1.92 - 细长比： 1018.192000 iL kLK - 导轨支架最大距离：取 LK=2000 I - 导轨回转半径 T89/B 轨， i=19.8 得： M P aM P ak 140331 5 7 092.1)1 0 0 01 7 0 0(10 所以导轨的实际弯曲应力
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