1000千克1米每秒微机控制变频调压调速无机房电梯.docx
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1000千克1米每秒微机控制变频调压调速无机房电梯
微机控制变频调压、调速无机房电梯
计算书
性能参数
额定载荷………………………………………………………Q=1000kg,
额定速度………………………………………………………V=1.0m/s,
服务楼层数……………………………………………………16层,
提升高度………………………………………………………40m,
计算高度………………………………………………………48m,
空载轿厢重量…………………………………………………G1=1250kg,
对重总重量……………………………………………………Cp=1750kg
计算项目
一.曳引机功率的计算………………………………………….
(2)
二.曳引条件的计算…………………………………………….(3)
三.曳引钢丝绳的选型计算…………………………………….(5)
四.钢丝绳的比压计算………………………………………….(6)
五.绳头组合计算……………………………………………….(7)
六.电梯导轨的选型计算……………………………………….(8)
七.安全钳的计算……………………………………………….(10)
八.限速器的选型计算………………………………………….(11)
九.缓冲器的选型计算………………………………………….(12)
一十.轿厢架的强度计算………………………………………….(13)
一十一.对重架焊接强度的计算…………………………………(16)
一十二.曳引机安装计算…………………………………………(17)
一十三.井道承重部分受力计算…………………………………(19)
一.曳引机功率的计算
电动机的功率可由下面公式求出:
N=(1-K平)×Q×V/(102×η)
式中,K平—平衡系数,取K平=0.5;
Q—额定载荷;
V—额定速度;
η—机械总效率,曳引机生产厂家提供的取值为η=0.8;
N=(1-0.5)×1000×1.0/(102×0.8)=6.2(kw)
故选用N=9.2kw的曳引机,曳引轮直径D=400mm。
二.曳引条件的计算
根据GB7588-95《电梯制造与安装安全规范》的规定,曳引机工作时,钢丝绳不致于打滑,应满足条件:
T1/T2×C1×C2≤efα
式中,T1/T2—表示在载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站及空载轿厢位于最高层站情况下,曳引轮两边曳引绳中的较大静拉力与较小静拉力之比;
在载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站的情况下:
其中T1=(G1+125%Q+G2)/2(轿厢一侧)
式中,G1—空载轿厢重量(含电缆架、平衡链架),G1=1250kg;
G2—轿厢一侧钢丝绳重量(取48m长计算),
G2=10×48×0.339=162.72(kg)
∴T1=(1250+125%×1000+162.72)/2
=2662.72/2=1331.36(kg)
T2=(G1+K平Q+G3)/2(对重一侧)
G3—对重侧平衡链的重量,应等于轿厢侧钢丝绳的重量
∴T2=(1250+0.5×1000+162.72)/2
=1912.72/2=956.36(kg)
∴T1/T2=1331.36/956.36=1.392
在空载轿厢位于最高层站的情况下:
其中T1=(G1+K平Q+G2)/2(对重一侧)
式中,G1—空载轿厢重量(含电缆架、平衡链架),G1=1250kg;
G2—对重一侧钢丝绳重量(取48m长计算),
G2=10×48×0.339=162.72(kg)
∴T1=(1250+0.5×1000+162.72)/2
=1912.72/2=956.36(kg)
T2=(G1+G3)/2(轿厢一侧)
G3—轿厢侧平衡链的重量,应等于对重侧钢丝绳的重量
∴T2=(1250+162.72)/2
=1412.72/2=706.36(kg)
∴T1/T2=956.36/706.36=1.354
所以T1/T2的取值为1.392
C1—与加速度、减速度及电梯特殊安装情况有关的系数;
C1=(g+a)/(g-a),按规定,当0.63m/s≤V≤1.0m/s时,C1=1.15
C2—由于磨损导致曳引机轮槽断面变化的影响系数;
对于带切口半圆槽,C2=1;
则T1/T2×C1×C2=1.392×1.15×1=1.60
e—自然对数的底;
f—曳引绳在曳引轮槽中的当量磨擦系数;
对于带切口半圆槽(见图1)
f=4μ[1-sin(β/2)]/(π-β-sinβ)
其中,β—为带切口半圆槽槽形切口角,取β=97°=1.69rad;
μ—曳引绳与绳轮槽之间的磨擦系数,取μ=0.09;
则f=4×0.09×[1-sin(97°/2)]/(π-1.69-sin97°)
=0.197
α—钢丝绳在曳引轮上的包角,取α=180°=3.14rad。
则有efα=e0.197×3.14=1.856
∴T1/T2×C1×C2 满足曳引条件的要求。 三.曳引钢丝绳的选型计算 1.曳引钢丝绳的型号 按照GB7588-95标准的规定,曳引钢丝绳应满足如下条件: a)公称直径不小于8mm; b)抗拉强度应符合GB8903-88《电梯用钢丝绳》规定; c)悬挂安全系数应不小于12。 根据上述要求及本公司电梯性能要求,拟采用: GB8903-888×19S+NF(右交)电梯用钢丝绳, 公称直径d=10mm,双强度级别,抗拉强度为1500MPa。 2.曳引钢丝绳悬挂根数 按照GB7588-95标准的规定,要求: a)悬挂根数n≥3 b)安全系数η=S0/S≥12 式中,S0—钢丝绳最小破断载荷,S0=4.4×104(N); S—单根钢丝绳实际承受的最大载荷,N; S=(G1+1.25×Q+i×n×G2)×9.8/(i×n) G1—空载轿厢重量(含电缆架、平衡链架),G1=1250kg; G2—单根钢丝绳重量,取48m长计算; i—曳引比,i=2; G2=48×0.339=16.27(kg) 则S=[(1250+1.25×1000+16.27×2×n)×9.81]/(2×n) =[(2500+32.54×n)×9.81]/(2×n)=12262.5/n+159.61 代入公式S0/S≥12得 (4.4×104)/(12262.5/n+159.61)≥12 解得n≥3.497 考虑到电梯速度1.0m/s,故取整数n=5 故额定速度1.0m/s,额定1000kg的无机房电梯采用5根Ф10钢丝绳悬挂。 3.实际曳引钢丝绳的安全系数 S0/S=(4.4×104)/(12262.5/n+159.61) =(4.4×104)/(12262.5/5+159.61)=16.84>12,符合规定要求。 四.钢丝绳的比压计算 根据GB7588-95的规定,对于带切口半圆槽,比压按下列公式计算: P=[T/(ndD)]×[8cos(β/2)/(π-β-sinβ)] 式中,n—钢丝绳根数,n=5; d—钢丝绳的直径,d=10mm; D—曳引轮直径,D=400mm; β—带切口半圆槽槽形切口角,取β=95°=1.66rad; T—轿厢以额定载荷停靠在最低层站时,在曳引轮水平面上,轿厢一侧的曳引绳的静拉力,T=(G1+Q+G2)/i; G1—空载轿厢重量(含电缆架、平衡链架),G1=1250kg; Q—额定载荷; i—曳引比;i=2; G2—轿厢一侧钢丝绳重量,G2=162.72kg(上面已计算); ∴T=(1250+1000+162.72)/2=1206.36(kg)=12063.6(N) 则有: P=[12063.6/(5×10×400)]×[8×cos(95°/2)/(π-1.66-sin95°)] =6.717(N/mm2) 根据GB7588-95的规定,[P]按下列公式计算: [P]=(12.5+4Vc)/(1+Vc) Vc—对应于轿厢额定速度的曳引绳速度(m/s), Vc=1.0×i=1.0×2=2(m/s),i(曳引比)=2; [P]=(12.5+4Vc)/(1+Vc)=(12.5+4×2)/(1+2)=6.833(N/mm2) ∴P≤[P]满足要求。 五.绳头组合计算 1.绳头拉杆 绳头拉杆材料为45钢,最小截面在M16的螺纹位置。 A=(d/2)2π=(13/2)2π=132.7(mm2) 45钢的δs=355MPa(《机械设计手册》第一卷,机械工业出版社) ∴绳头拉杆的破断拉力: S=Aδs=132.7×355=47108.5(N)=47.11(KN) 而钢丝绳的最小破断拉力: S0=44(KN) 从而,S>S0故绳头拉杆强度满足要求 2.绳头弹簧强度和刚度 绳头弹簧应同时满足强度和刚度两方面的要求 弹簧选用: 材料60Si2Mn,线径d=9mm,中径D=32mm,有效圈数n=7,弹簧许用切应力[τp]Ⅱ=590MPa,剪切弹性模量G=79GPa(《机械设计手册》第三卷,化学工业出版社) 静载实验时,每个弹簧所受压力: P=(G1+200%Q)/10=(1250+2×1000)×9.81/10=3188.3(N) 而弹簧c=D/d=32/9=3.6,查表得,K曲=1.459 弹簧允许最大工作载荷: Pn=(πd3/8K曲D)×[τp]Ⅱ =[π×93/(8×1.459×32)]×590 =3618(N) P 又因弹簧刚度 K=Gd4/8nD3=(79×103×94)/(8×7×323)=282(N/mm) 空载与满载时弹簧受压力的变化量 △F=1/8×1000×9.81=1226.3(N) ∴弹簧变形量 △f=△F/K=1226.3/282=4.35(mm) 因[△f]=15mm(轿厢平层的允许偏差) 故△f<[△f],刚度满足电梯运行要求。 六.电梯导轨的选型计算 1.轿厢导轨 当轿厢超速向下运行,限速器运作,操纵渐进式安全钳制动时,导轨承担满载轿厢的最大制动力Fb为: Fb=10(P+Q) 并由此产生的导轨弯曲应力k为: k=Fbω/A=10(P+Q)ω/A 式中,P—空载轿厢自重G1(1250kg)与随行钢丝绳重量G2之和。 设随行钢丝绳长度为40米,钢丝绳重量G2=10×50×0.339=169.5(kg) 则P=G1+G2=1250+169.5=1419.5(kg); Q—额定载重量(Q=1000kg) A—导轨截面积(T89/B导轨A=1570mm2) ω—与成函数关系的弯曲系数,为细长比=Lk/I(其中Lk为导轨支架之间的最大距离,取Lk=2000mm;I为导轨回转半径,T89/B导轨的I=19.8mm。 ) 本型号电梯选用T89/B(JG/T5072.1-1996)电梯专用导轨,其材料的 抗拉强度为370Mpa,导轨许应弯曲应力[K]=140N/mm2 由上述得=Lk/I=2000/19.8=101.0 查弯曲系数ω表(GB7588-95,表4) 得ω=1.92 则K=10(P+Q)ω/A =10×(1419.5+1000)×1.92/1570 =29.59(N/mm2) K<[K]故选用T89/B导轨强度足够。 2.对重导轨 由于该型号电梯对重不配安全钳,故没有制停力对导轨的影响,对重架在设计制造时是中心对称结构,运行中重力偏心产生的作用也相对较小。 本梯对重选用T75/B导轨JG/T5072.1-1996,假设对重质量的质心与导轨中心连线或与轿厢出入门方向的中心连线均偏离e=20mm。 对重导靴的作用力为: R=Cp×e×g/h 式中,Cp—对重质量。 Cp=G1+K平Q=1250+0.51000=1750(kg) h—上下对重导靴之间的距离。 h=2400(mm) 则R=1750×20×9.81/2400=143.07(N) 相应的最大弯曲应力w=RL/f2W (N/mm2) 式中L—导轨的长度,L=5000(mm) f2—与导轨、导轨支架承接的边界条件有关,取一铰一固时f2=6 W—导轨抗弯弹性模量,W=9.29(cm3)=9.29103(mm3); 则w=RL/f2W=143.07×5000/(6×9.29×103)=12.84(N/mm2) 而导轨的许用弯曲应力[K]=140(N/mm2) ∴w<[K] 对重导轨T75/B能满足要求。 七.安全钳的选型计算 根据GB7588-95的规定,对于额定速度大于0.63m/s,轿厢采用渐进式安全钳装置。 1.电梯的总质量量为: P+Q=1250+1000=2250kg 式中: P—轿厢系统自重,G1=1250kg; Q—轿厢额定载荷,Q=1000kg; 故选用的渐进式安全钳的P+Q值应大于此值,取值为2400kg; 2.电梯的速度为: V=1.0m/S 故选用的渐进式安全钳的V值应为1.0m/s; Vt—限速器动作速度,m/s; 根据GB7588-95的规定,对于额定速度等于1m/s的渐进式安全钳装置,限速器的动作速度要求至少等于额定速度的115%,但应小于1.5m/s,取Vt=1.30m/s; 由此选用河北东方机械厂的AQ11P+Q=2400kg1.0m/s的安全钳,由上述计算可知满足要求。 八.限速器的选型计算 1.根据GB7588-95的规定,对于额定速度小于或等于1m/s的渐进式安全钳装置,限速器的动作速度要求至少等于额定速度的115%,但应小于1.5m/s,即1.15m/s≤Vt<1.5m/s。 选用目前应用于遥控无机房限速器(西尔康LK250带遥控型),动作范围为1.28m/s―1.37m/s,满足要求。 2.限速器钢丝绳的选用 按照GB7588-95标准规定,限速器动作时,钢丝绳的张紧力至少应为以下两个值中的较大者; a.300N; b.安全钳作用时所需力的2倍。 限速器钢丝绳应满足条件: a.柔性良好; b.公称直径不小于6mm; c.安全系数不小于8,即S0/F≥8,(S0为绳的最小破断载荷); S0=2.81×104(N) d.限速器绳轮的节圆直径与绳的公称直径之比应不小于30。 对于渐进式安全钳,提拉力应不大于F1=745.5N;设限速器张紧装置给钢丝绳的拉力为F2=300N,则限速器钢绳实际张紧力为: F=2F1+F2=2×745.5+300=1791(N), 从而,实际安全系数S0/F=28100/1791=15.69>8 故限速器选用GB8903-888×19S的钢丝绳,其公称直径d=8mm,最小破断载荷S0=28.1KN,能够满足性能要求的。 另外,限速器绳轮节径D=250mm。 钢丝绳直径d=8mm。 则D/d=31.25>30 故D/d之比满足GB7588-95标准中规定要求。 九.缓冲器的选型计算 按照GB7588-95《电梯制造与安装安全规范》的规定,油压缓冲器缓冲过程的平均减速度不大于1g(g为重力加速度),并且大于或等于2.5g的瞬时减速度时间应不大于0.04秒。 对于额定载荷Q=1000kg,额定速度V=1.0m/s电梯: 1.要求行程S S可由公式S=0.067V2求得。 式中,V=1.0(m/s) ∴S=0.067V2=0.067×1.02=0.067(m)=67mm 2.轿厢缓冲器所承受的重量 G轿=G1+Q+G2 式中,G1—空载轿厢自重,G1=1250kg G2—轿厢一侧钢丝绳重量,G2=162.72kg(上面已计算) ∴G轿=1250+1000+162.72=2412.72(kg) 3.对重缓冲时所承受的重量 G对=G1+K平Q+G3 式中,G3—对重一侧钢丝绳重量,取48m计算; G3=10×48×0.339=162.72(kg) ∴G对=1250+0.5×1000+162.72=1912.72(kg) 选用YH3/80油压缓冲器(东方)其行程H=80mm>67mm满足要求。 其总容许质量为900kg-4250kg,故轿厢选用1组YH3/80油压缓冲器,对重选用1组YH3/80油压缓冲器。 一十.轿厢架的强度计算 由于无机房电梯的轿厢架的结构为包底式、曳引比为2: 1。 导向轮在轿厢架下面通过托框托住轿厢,由此可知在一般情况下轿厢架的强度是可满足要求的。 但是由于无机房电梯的曳引机安装于井道内顶部,所以在轿厢顶作为工作平台时,上梁锁死于导轨上要对轿架的立柱进行强度计算。 1.立柱 分析立柱的受力图: →→→ 2Ty+F=-P 静载实验时,2TY+F=G1+2Q 即P=G1+2Q 立柱采用2根厚3mm宽约250mm折弯钢板,其截面面积A0=10.35(cm2), 立柱最易破断处为立柱与上梁的螺栓联接处(2φ13孔)。 此处的截面积为: A=A0-2×13×3=1035-78=957(mm2)=0.957×10-3(m2) ∴δmax=P/2A=(G1+2Q)/2A =[(1250+2×1000)×9.81]/(2×0.957×10-3) =1.666×107(N/m2) =16.66(MPa) 则安全系数: n=δs/δmax=235/16.66=14.1 而[n]=2.5,故n>[n],立柱强度足够。 2.导向轮轴强度计算 (1)先分析导向轮受力结构: 如图中所示: →→→ P=T1+T2 T1=T2=W轿/2 P=T1/sin45° W轿=G1+2Q+G2 式中G1—轿厢自重(G1=1250kg) Q—额定载重量(Q=1000kg) G2—随行钢丝绳重量之和。 设随行钢丝绳长度为48米,则钢丝绳重量 G2=10×48×0.339=162.72(kg) 因此W轿=(1250+2×1000+162.72)×9.81 =33479(N) T1=W轿/2=33479/2=16739.5(N) 从而P=T1/sin45°=16739.5/0.7071=23674(N) (2)弯矩: 导向轮轴受力情况可按带悬臂的梁计算 如右图所示 最大弯矩: Mmax=Pm=23674×63=1491462(Nmm) 导向轮轴抗弯截面模数: WX=πd3/32=π553/32=16333.8(mm3) ∴δmax=Mmax/WX =1491462Nmm/16333.8mm3 =91.32(N/mm2) 导向轮轴采用45钢,其δS=355(N/mm2) 则安全系数n=δS/δmax=355/91.32=3.89 许用安全系数[n]=2.5 n>[n],导向轮的强度满足要求。 一十一.对重架焊接强度的计算 对重架用δ10钢板与对重立柱搭接焊接而成,对重架要求在蹬底撞击缓冲器时,焊接处不致于断裂破坏,因此我们可用焊接处剪切强度进行检验。 对重自身质量CP=1750kg,设撞底缓冲时产生的最大减速度为a=2g,则产生的最大动载荷: P=CP(1+a/g)×9.81 =1750(1+2g/g)×9.81 =51502.5(N) 根据《机械设计手册》第一册(化学工业出版社) 手工电弧焊焊缝强度: τ=P/(aΣL) 式中: a—焊缝腰高;设计中取焊缝高K=5(mm)。 则a=√2/2K=√2/2×5=3.54(mm) ΣL—焊接长度总和; ΣL=(2L1+L2)×4=4×(2×120+35)=1100(mm) 其中L1=120(mm),L2=35(mm)。 则: τ=P/(aΣL)=51502.5/(3.54×1100)=13.3(N/mm2) 对于Q235钢板构件,角焊许应抗剪强度[τ’]=118N/(mm2) [τ’]/τ=118/13.3=8.8>2.5 故对重架焊接强度满足要求。 一十二.曳引机安装计算 由于无机房的曳引机是放置在井道侧壁上,同时采用曳引比2: 1包底设计,对重的绳头装置也跟曳引机在同一井道壁上。 为此把曳引机座和对重绳头板设计在一起,使得曳引机座和对重绳头板的安装更加牢固,对于曳引机安装计算主要针对曳引机座在井道上的焊接强度。 曳引机座在井道上焊接强度计算: 曳引机座和绳头板的正面布局受力示意图 如右图所示: Pa=Pb=(G1+2Q+G2+G0)g/2 式中,G0—曳引机的自重,G0=470(kg); G1—轿厢自重,G1=1250(kg); Q—额定载荷,Q=1000(kg); G2—钢丝绳的重量,G3=163(kg); Pa=Pb=(1250+2×1000+163+470)×9.81/2=19047(N) 左支座的焊接强度计算 根据《机械设计手册》第一册(化学工业出版社) 手工电弧焊焊缝强度: τ=P/(aΣL) 式中: a—焊缝腰高;设计中取焊缝高K=5(mm)。 则a=√2/2K=√2/2×5=3.54(mm) ΣL—焊接长度总和; ΣL=600(mm)[设计要求] P=Pa=19047(N) 则: τ=P/(aΣL)=19047/(3.54×600)=9.0(N/mm2) 对于Q235钢板构件,角焊许应抗剪强度[τ’]=118N/(mm2) [τ’]/τ=118/9.0=13.1>2.5 故左支座焊接强度满足要求。 右支座的焊接强度计算 Pc=Cpg/2 式中,Cp—对重总重量,Cp=1750(kg); Pc=1750×9.81/2=8584(N) 根据《机械设计手册》第一册(化学工业出版社) 手工电弧焊焊缝强度: τ=P/(aΣL) 式中: a—焊缝腰高;设计中取焊缝高K=5(mm)。 则a=√2/2K=√2/2×5=3.54(mm) ΣL—焊接长度总和; ΣL=1100(mm)[设计要求] P=Pb+Pc=19047+8584=27631(N) 则: τ=P/(aΣL)=27631/(3.54×1100)=7.1(N/mm2) 对于Q235钢板构件,角焊许应抗剪强度[τ’]=118N/(mm2) [τ’]/τ=118/7.1=16.6>2.5 故右支座焊接强度满足要求。 一十三. 井道承重部分受力计算 1.井底对重缓冲器支承荷载(P1) 在对重缓冲时,缓冲器所受的载荷反力施加于承重上,故该处所受的力为: P1=(G1+K平Q+G3)×(1+ā/g) 式中,G1—空载轿厢自重,G1=1250kg; G3—对重一侧钢丝绳重量,取48m计算; G3=10×48×0.339=162.72(kg) K平—平衡系数,取K平=0.5; ā—瞬时减速度,取=2.5g计算; ∴P1=(1250+0.5×1000+162.72)×(1+2.5g/g)=6694.52(kg) 所以实际支承荷载取7200kg可满足要求。 2.井底轿厢缓冲器支承荷载(P2) 在轿厢缓冲时,2组缓冲器所受的载荷反力分别施加于承重上,故单个承重所受的力为: P2=(G1+Q+G2)×(1+ā/g)/2 式中,G1—空载轿厢自重,G1=1250kg; G2—轿厢一侧钢丝绳重量,G2=162.72kg(上面已计算); ā—瞬时减
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