Kg乘客电梯的结构设计及机械系统设计.doc

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1绪论

1.1选题背景

本次设计课程是以1150Kg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

本次设计课题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传动的电梯。

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--一款款集纳了人类在机械、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，并出现由卖方市场向买方市场转变的格局。

1.3未来发展趋势

电梯与人类频繁接触，人们就要不断地改进，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。

利用遗传算法对客流交通模式及派梯规则进行优化、自学习，实现电梯调度规则的进化，以适应环境的变化。

“以人为本”设计的电梯控制系统，将会使电梯的服务质量越来越好。

（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。

1.4指导思想

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方案论证

2.1曳引式电梯的优点

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，以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曳引式电梯的工作原理

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。

2.3方案制定

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。

根据有关公司的制造水平，电梯门选择滑动门，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δ1.5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δ1.2钢板制成，每个面壁由多块折边的钢板拼装而成；轿顶用δ2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。

上述方案有如下特点：

成本低、有较高的安全可靠性、布局合理、工艺简单。

3过程论述

作为本次课程设计的内容包括以下几个方面：

（1）曳引系统（包括曳引机和曳引钢丝绳）

（2）轿厢（包括轿厢架和轿厢体）

轿厢架包含立柱、下梁、上梁、斜拉杆；

轿厢体包含轿厢顶、轿厢底、轿厢壁、轿厢减震垫、称量装置

（3）轿门、层门与开关门系统

（4）引