电梯控制电路系统设计.docx
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电梯控制电路系统设计
电梯控制电路系统设计
电梯控制电路系统设计毕业设计(论文)题题目目:
电梯控制电路系统设计电梯控制电路系统设计专专业业:
计算机应用技术计算机应用技术班班级级:
1班学学号号:
101姓姓名名:
韩银方指导老师指导老师:
万振宇芜湖职业技术学院二〇一一年十月1论文摘要电梯曳引机是电梯的主要组成部分,它的设计水平、产品质量,直接影响电梯的产品质量,其强度和寿命直接影响电梯寿命和工作可靠性,它的振动和噪声直接影响人员乘坐电梯的舒适感。
因此本设计的主要内容为曳引机主传动机构的设计与计算。
关键词:
电梯电梯曳引机曳引机主传动机构2AbstractElevatortractorisproductquantitythatthedesignlevel,productquantitythattheelevatorconstitutesthepartprimarily,it,directinfluenceelevator,itsstrengthaffecttheelevatorlifespanwithworkwithlifespandirectlydependable,itofthevibrationfeelswithacomfortfordirectlyaffectingpersonnelembarkingelevator.Amaincontentsfordesigningspreadsthedesignthatmovetheorganizationforthelordandcalculation.Keywords:
Elevatortractor;Elevator;Thetractorlordspreadstomovetheorganization3目录论论文文摘摘要要1ABSTRACT2目目录录3第1章第1章设计总体方案设计总体方案51.1设计的思路51.2设计方案的确定.61.3箱体结构设计的讨论.61.4箱体尺寸的确定.71.5箱体设计的对称性.91.6轴承的选用.111.7联轴器的选用.131.8制动机构的设计与计算.141.9曳引轮的设计与计算.16第第2章章绪论绪论182.1引言182.2电梯(垂直梯)简介182.2.1电梯的组成182.2.2电梯的(垂直梯)分类182.3曳引机的主要技术指标.192.3.1要确保电梯承载能力及曳引机的强度192.3.2具有较高的传动效率192.3.3具有较高的体积载荷192.3.4应满足电梯所需的运动特性202.3.5应具有较低的振动和噪声202.3.6应具有合理的结构202.3.7具有灵活可靠的制动系统20第3章第3章电梯的驱动功率计算电梯的驱动功率计算213.1曳引比与曳引力.213.1.1曳引比和机械效益213.1.2电梯的曳引传动形式213.1.3作用在曳引轮上的静力223.1.4曳引轮两侧静拉力计算233.2曳引轮上的静转矩.243.2.1静摩擦转矩243.2.2F和Q的讨论.243.2.3曳引轮承受的静转矩变化253.2.4设计载荷25第第4章章曳引机主传动机构的设计与计算曳引机主传动机构的设计与计算284.1普通圆柱蜗杆副几何参数搭配方案.2844.2几何计算中注明的几个问题.304.2.1齿形的改进304.2.2圆柱蜗杆传动的强度计算314.2.3共轭蜗轮传动的受力分析314.3圆柱蜗杆传动承载能力计算.32第第5章章控制系统设计控制系统设计365.1自动开关门的控制线路.365.2轿厢指令和层站召唤线路.365.3电梯的定向、选层线路.375.4将PC机应用在电梯控制中38结结论论39致致谢谢40参参考考文文献献415第1章设计总体方案1.1设计的思路1.曳引机的额定载重量额定载重量是指曳引比为1,平衡系数(对重系数)为0.4时,曳引轮曳引的轿厢所承受的重量,对于客梯重量为1250kg,人数为16位。
2.额定速度额定速度是批曳引比为1时曳引轮的圆周速度。
(单位:
m/s)即轿厢速度。
3.曳引机减速器的中心距:
160mm4.交流电动机a)功率(单位:
kw):
22b)中心高(单位:
mm):
200c)极数:
单速为4极注:
1)曳引机减速器其它几何参数,应符合标准GB100085-88或JB2318-79或GB9147-88的规定。
2)电动机其它技术要求,应符合GB12974-91。
5.曳引机的总体设计曳引机主要由电动机、联轴器、减速器、曳引轮、机架、飞轮(手扳轮)、编码器等部分组成。
目前曳引机的组合形式主要有下列三种:
电动机→联轴器→制动机构→减速器→曳引轮电动机→联轴器→减速器→制动机构→曳引轮制动机构→电动机→联轴器→减速器→曳引轮综合分析后,本人选择第1)种方案来设计。
6.关于制动机构位置的讨论制动机构放置在联轴器处,不但可以利用制动联轴器缩小尺寸,降低成本,而且可获得良好的受力状态,最后达到提高寿命、紧凑结构、美观大方的效果。
但放在联轴器处对维修来说稍有不便。
在结构设计中尽量避免蜗杆双端出轴。
曳引机需要机架,以便在机房内安装。
另外过轮需安置在机架上,与曳引机组成一体。
机架设计要注意:
曳引机的重心必须位于机架之内,最好接近机架平面中央;机架要有足够的刚度;机架不得与曳引轮,钢丝绳干涉。
至于曳6引轮的布置,必须安装在输出(低速)轴上;放置应征得用户认可,由输出轴左伸右伸决定。
对于齿轮副曳引机,一般和电动机一起放在减速器的同侧。
7.电动机的选用除小型杂物电梯外,其它电梯都要经过起动→稳定→停运三个工作阶段,其速度要经过低速(加速)→正常匀速→低速(减速)三个阶段,其调速方法通常有直流调速、变极调速、调压调带、调频调带、直线调速等形式。
客梯多用调压或调频调速电动机。
随着技术的发展,采用调频调速电动机要优于调压调速电动机,所以这里我选用调频调速电动机。
电动机转速和它的极数有关。
转速高,极数少,体积小,成本低,故应选择4极电动机,n1=1500r/min1)传动比i12经综合考虑选用i12=362)曳引轮曳引轮大小直接影响轿厢速度,由公式得T2=F2r2=3277376.64,于是F2=T2/r2=3277376.64/297.6=11012.69D/d2=F2/Q,于是D=F2*d2/Q=11012.69*297.6/(1250+2900)=789.73取D=800,绳径:
d=163)曳引比的应用经验所得:
客梯i/12=1(当v≥1m/s时)1.2设计方案的确定目前已有的结构分:
整体式——蜗杆、蜗轮轴向装入箱体内:
箱体在蜗轮轴线的水平面内分成上下两个箱体整体式曳引机中心距一般小于(或等于)160mm,a小于125mm的曳引机应一律采用整体式,不应采用分箱式。
分箱式曳引机减速器被蜗轮轴的水平轴平面分开。
把箱体剖分成箱盖、箱座。
其优点是加工工艺好,装配和维修方便。
不利条件是具有分箱面,需用多个螺栓联接。
结构不够紧凑,外观不好设计。
所以多在大中心距曳引机设计中采用。
a160mm时多用分箱式.应特别指出,立式曳引机都应是整体式,而齿轮副曳引机都应采用分箱式。
综合考虑后,我决定选用分箱式。
1.3箱体结构设计的讨论曳引机设计中一般应采用卧式;我选用的是分体式。
采用加强肋和散热肋;箱体要有结构的对称性,要有较大的盛油量及良好的铸造工艺;结构尽量简化,7紧凑、实用、美观、大方;箱体各部尺寸要尽量成比例。
1.4箱体尺寸的确定箱体尺寸是由主传动机构及电动机(凸缘式为例)尺寸确定。
箱体内壁尺寸完全由蜗杆副的几何尺寸确定。
蜗杆轴长由蜗轮外圆直径大致决定。
蜗轮轴长蜗杆轴外圆直径大致决定。
这就基本确定了箱体内壁尺寸。
下置件(蜗杆或蜗轮)距箱底的尺寸一般取30~50mm。
当蜗杆下置时,为了保证电动机中心的高度或凸缘尺寸,可以增大这个尺寸。
一般不用增加底板厚度的办法,也不用阶梯式机架的结构。
也有的把箱体和机架铸成一体。
这种结构可增大盛油量,但结构复杂铸造工艺差,成本高,不尽合理。
关于壁厚,有的设计采用了较大尺寸,如底座尺寸δ=30mm,也有的δ=25mm。
其理由是为了增大箱体刚度。
这种增大刚度的方法显然不尽合理。
因为增大刚度要找到产生刚度大小的原因,分清静刚度还是动刚度。
另外增大壁厚,要明显增大重量和体积,加大成本。
对于分箱式,蜗杆上置时底座壁厚δ=0.04a+58mm,于是a=160mmδ1=12mma=200mmδ1=13mma=250mmδ1=15mma=315mmδ1=18mma=400mmδ1=19mma=500mmδ1=25mm箱盖δ/1=0.85δ18mm蜗杆下置时底座壁厚δ2=0.85δ1,箱盖δ/2=0.9δ2箱体分箱面处底座凸缘厚度B1=1.5δ1,上盖凸缘厚度B2=B1=1.5δ。
地脚螺钉直径df(必要时应校核计算)≈0.036a+12(取标准值)轴承盖螺钉直径df1=(0.4~0.5)df箱体的外观尺寸由结构形式、安装尺寸及附件所需而成形。
1.箱体肋的设置设置肋有两个目的,一是增加箱体刚度、强度,二是增大散热面积。
在设置肋时最好将两个目的合二为一。
蜗杆副曳引机产生的热量圈套,油温升较高,在不明显增大空间尺寸的情况下,增加肋是增大散热面积,降低油温升的良好措施之一,同时对提高箱体刚度十分有效。
我对肋的设置有如下看法:
其一,曳引机的电动机风扇,不冷却减速器箱体,减速器高速轴上不设有8风扇,所以肋的设置不需要考虑风向。
亦即只考虑增强刚度和散热效果就可以了,故选用设置竖直肋,不设置横向肋。
又因曳引机不是连续工作,小时负荷率较小,所以油温升不是主要主要矛盾,肋的尺寸不必过大。
其二,为了增大刚度,要在支承处设置处大尺寸的肋。
在轴承支承的内箱壁处设置竖直肋,可明显增强箱体抗扭矩、抗弯矩的能力,从而提高箱体的刚度。
其三,设置肋要以受拉、受压代替受弯;肋板不易过高、过薄以免折断,不要过小、过密以防铸造工艺不佳;要美观大方,和箱体协调,可把肋设计成三角形、长方形、梯形等结构形式。
为了适应铸造工艺要考虑起模斜度。
其四,底座受力大,是盛油处,在底座箱壁上要多设肋,其结果不但可加强刚度和强度,而且可增加散热效果。
其五,整体式曳引机,功率小、散热量小,一般可不设肋。
整体式两侧的大压盖外壁可不设肋,而内壁一定要设置较强的竖肋,这对整体刚度将起到重要作用。
分箱式大压盖也同样处理。
肋的设置见图2.箱体设计应合理处理的几个问题在箱体设计时应充分考虑油标(或油针)、通气孔、注油孔、观察孔、油塞、吊钩(或吊环)等。
不但要按标准选用其尺寸,而且要恰当地设置其位置。
a)注油孔和观察孔一个是注入润滑油,一个是观察蜗杆副齿面的啮合部位和啮合面积,一旦出现啮合问题便于修复。
当蜗杆下置时,两者可合一放置在箱盖的顶部。
一般为方形,尺寸由设计者确定或按JB130—70选用。
对于上置蜗杆,注滑动孔和下置蜗杆情况相同,而观察孔应放在箱体的位置。
另外,分箱式或小中心距曳引机可不设置观察孔。
b)通气孔曳引机在工作过程中油池内要产生大量蒸气。
气体若排不出来,箱内将产生巨大压力,后果不堪设想。
所以一定要设置通气孔,把气体排出。
通气孔要具备通气好、尘埃不易进入箱内的性能,可放在注油孔盖上,或和油针合为一体。
形式和尺寸可根椐JB130—70选用。
c)油标或油尺润滑油的注油高度十分重要。
工作中要经常注意油面高度,达不到规定高度时要马上加油,这一切都需要用油标或滑动尺度量。
目前用圆形油标较多,可按GB1160-79的规定选用。
若采用油尺(油针),则要将其放在运动件不干涉的地方。
d)油塞和放油孔相配合的六角螺塞,可严防漏滑动和渗油。
其尺寸见JB/IQ4450—86。
放油孔设计尺寸要大一点,以便放滑动并用M12X1.25~M30X2。
油塞由二个零件组成:
螺塞、皮封油垫。
放油孔要低于箱座底面。
9e)吊沟、吊环为起重用的挂钩可参考有关标准。
3.轴承位置曳引机有两根轴,每个轴两端都装有轴承,箱体是其机架(支承)。
每个轴承都有国的作用点,为了增强刚度,该作用点最好位于箱体壁厚中点附近。
这样设置的结果使受力合理,避免了轴承处过于凸出箱外或箱内,造成结构设计方面的不合理。
1.5箱体设计的对称性箱体设计成对称结构,美观大方,另外用户对输出轴轴伸方向要求不同,为调头安装方便,也需要设计成对称结构。
由于蜗轮轴上装有曳引轮,两个轴承受力相差很大,这种情况允许选用不同型号即尺寸不同的轴承。
在这种情况下也应按大尺寸轴承将箱体设计成对称结构。
1.曳引机轴的结构设计2.轴的计算步骤按传动轴处理确定轴的最小直径用计算准则τ≤[τ]T,设计出一个直径为d的光轴作为被设计轴的最小直径。
τT=T/Wt=(9.55*106P/n)/0.2d3≤[τ]Td≥=A=25.9536][2.010*55.9nPT3nP曳引机一般用45号钢,[τ]T=30~40Mpa,A=118~106。
当弯矩相对转矩很小时,[τ]T取大值,A取小值。
当考虑到键槽对强度影响时,直径方向开一个键槽轴的直径应扩大3%,两个键槽扩大7%。
轴的结构设计初步计算出光轴后,要考虑轴承(计算选定)内孔走私、跨距、轴上零件、安装工艺等,将光轴设计成阶梯轴。
在轴的结构设计中要特别重视下列几个问题;在设计阶梯轴时,要充分考虑加工工艺,要设有退刀槽越程槽;各处下径最好取标准值;在几何尺寸的过渡部分不要留有直角,而要用圆弧过度,台阶过度处用椭圆弧联接最好,总之要采取有效有效措施,减少应力集中;台阶、轴肩、轴环尺寸应采用推荐值;轴承处的轴户大小要考虑到轴其余10承拆卸;各轴上零件的周周向用键固定,轴向用轴户和挡板固定;曳引轮处的轴头最好用圆柱形,不用圆锥形;蜗杆轴头和联轴器的配合用锥形较好等。
按弯矩、转矩组合进行强度计算将已设计成的阶梯轴,根据受力处的尺寸和力的大小,绘出水平面弯矩图、垂直平面弯矩图,求得合成弯矩图。
合成弯矩M为M=22HVMM作出转矩图T=9.55*106P/n=1.4*105[4]按照强度第三理论求出当量弯矩图和弯矩大小,以此求得轴承受的应力按强度准则进行校核计算。
计算准则是σbe≤[σ-1]bMe=22)(TMσbe=≤[σ-1]bbWTM22)(b为键宽,我选用28mm,t为槽深,我选用10mm,d为轴危险截面的直径;在蜗杆上的周向力:
Px/=97400N/nfd=34.34(kgf)在蜗轮上的周向力:
Py/==137.36(kgf))cos(oaxtgP润滑良好时,f取0.04~0.05在蜗杆轴上的支承反力a=376b=760a/=344b/=96RAX==34.34*760/1136=23[4]babPxRBX==11baaPxRAZ==1660.65)(2badPbabpyzRBZ==20.46)(2badPbabpyx在蜗轮轴上的支承反力RAy/==7.49baPxbRBy/==107.39baPyaRAZ/==497.45)(2baDPbapbyzRBZ/==1932.36)(2baDPbapaxz在蜗轮上的径向力Pz/=Py/tgα0a=2486蜗杆的轴向齿形角一般为α0a=20°11N————蜗杆的额定功率nf————蜗杆的计算转速d————蜗杆的节圆直径Mn———蜗杆上的扭矩Mn/———蜗轮上的扭矩ρ———摩擦角tgρ=f为摩擦系数λ———蜗杆的导程角轴在互相垂直的力Px、Py作用下,在轴的支承上产生互相垂直的反力Rx、Ry。
Q(x)=RA(02~5m/s)、超高速电梯(v5m/s)。
按操作控制方式分类有:
手柄开关操作电梯、控钮控制电梯、信号控制电梯、集称选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯。
按有无司机分类有:
有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。
特殊电梯有:
斜行电梯、立体停车场电梯、建筑施工电梯。
2.3曳引机的主要技术指标为了提高曳引机产品质量,必须满足下列技术指标:
2.3.1要确保电梯承载能力及曳引机的强度电梯承载能力从100kg到几吨重,速度从0.25m/s到10m/s以上,亦即曳引机的功率范围很大。
在设计曳引机时,应首先满足在设计寿命内,不产生任何失效形式的强度要求,其中包括电动机功率的选择、制动力的确定,主传动机构强度设计或校核计算。
要特别重视轴承强度的校核计算及地脚螺栓的设计计算。
另外,绳轮可按易损件处理,其设计寿命可短一些。
2.3.2具有较高的传动效率曳引机的传动效率是其综合技术指标。
传动效率的高低不但标志着输入功20率有效利用的程度,而且表明了克服阻力力矩的能力,功率耗损的多少。
它不仅体现在节约能源上的意义,同时也是曳引机技术含量、设计质量、产品质量的具体体现。
为提高传动效率,合理选择主传动机构、轴承和联轴器是十分重要的,并且要提高制造和安装精度。
2.3.3具有较高的体积载荷所体积载荷是指曳引机的许用载荷(功率或转矩)除以曳引机体积所得商。
体积载荷越大表明曳引机体积越小,结构越紧凑。
不难理解,要想实现大的体积载荷,首先要选择高科技型的主传动机构。
合理地设计箱体结构,其中同样功率的曳引机,体积可相差1/3,重量相差到2/5。
因此设计出结构紧凑、体积小、重量轻的曳引机是设计者的奋斗目标。
2.3.4应满足电梯所需的运动特性电梯的工作特性决定了曳引机的运动特征:
运动速度中等、间断工作、变速、起动频繁的正反转运行。
为了满足运动特性,在设计曳引机时要特别注意曳引传动系统中传动比的分配,电动机类型的选用,以及主传动机构齿轮副齿侧间隙的保证等。
2.3.5应具有较低的振动和噪声这项技术指标对乘人电梯特别重要。
为了不造成严重的环境污染,使乘客感到乘坐舒适,要求曳引机有较低的振动(特别是扭振)和噪声。
2.3.6应具有合理的结构结构设计历来是机械设计中的重要课题,对曳引机而言则更为重要。
结构设计要特别重视结构对受力、刚度的影响;对减振、降噪、附加载荷、自身振动频率的影响,对润滑条件、润滑质量的影响等。
在设计曳引机结构时,要逐条分析、结合实力合理,没有(或少有)附加载荷、满足强度和刚度要求;润滑条件良好;外形美观;制造、安装、维修工艺良好;成本较低。
2.3.7具有灵活可靠的制动系统制动系统要具有受力合理、技术先进、强度高、寿命长、灵活可靠、结构紧凑的性能。
21第3章电梯的驱动功率计算3.1曳引比与曳引力3.1.1曳引比和机械效益曳引比:
曳引机上曳引轮的圆周速度与轿厢速度之比称为曳引比,用i/12表示。
机械效益:
令曳引机中曳引轮上钢丝绳承受的拉力为F,轿厢总重力为Q,则机械效益A=Q/F定滑轮及动滑轮机构Q为重物,F为拉力,动力臂与阻力臂都是滑轮的半径r,所以rQ=rFA=Q/F=1i/12=1定滑轮机构速度不变、力不变。
3.1.2电梯的曳引传动形式曳引传动形式可由定滑轮、动滑轮、组合滑轮、差动滑轮机构组合而成。
多年经验表明常用曳引传动形式见下定滑轮机构的曳引传动该传动形式的曳引比i/12=1,机械效益A=1。
增加一个过轮其目的是为了拉开轿厢与对重之间的距离。
过轮使曳引轮与钢丝绳的包角减小。
一般设计尽量使包角α大于135°。
过轮使绳的弯曲次数增多,疲22劳寿命减少。
曳引比为2的曳引传动i/12=2,A=2亦即轿厢(或对重)的上升(或下降)速度是曳引轮圆周速度的1/2。
曳引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重量、对重总重量的1/2滑轮组机构曳引传动在轿厢(或对重)上各有三股钢丝绳,有三个定轮。
i/12=3,A=3,亦即轿厢(或对重)的上升(或下降)速度是曳引轮圆周速度的1/3,曳引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重量、对重总重量的1/3还有大曳引比曳引传动、复绕曳引传动、长绕曳引传动、双对重对曳引传动、具有补偿绳的曳引传动。
综合分析之后,决定选择第一个方案,曳引比i/12=1,机械效益A=1。
3.1.3作用在曳引轮上的静力电梯是靠曳引轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力(或摩擦力矩)平衡外力,在曳引机的驱动下,牵引轿厢与对重上下运行的。
在曳引轮两侧的钢丝绳分别系有轿厢及对重,轿厢与对重分别在钢丝绳上产生拉力Q与F。
Q与F是静止情况下的拉力,故称静力。
静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉力。
计算中用到的符号如下:
Q1--------轿厢的结构自重力(N);取值为2900kgQ2--------电梯的额定载重力(N);取值为1250kgF--------对重侧钢丝绳承受的总拉力(N);Q-------轿厢侧钢丝绳承受的总拉力(N);R1--------轿厢至曳引轮间钢丝绳所受的重力(N);R2--------对重物至曳引轮间钢丝绳所受的重力(N);G1--------曳引机两侧所受总拉力之差(N);G2--------曳引机两侧钢丝绳重力之差(N);P--------曳引机输出轴轴颈承受的静压力(N);i12-------曳引机中减速器之传动比;i/12------曳引传动的曳引比;A--------机械效益;η1--------曳引机中减速器的传动效率;η2--------电梯的总效率;f--------接触面间相对运动时的摩擦因数;v--------轿厢运行速度(m/s);η2--------曳引轮的转速(r/min)。
233.1.4曳引轮两侧静拉力计算Q值从轿厢到曳引轮之间是一个曳引系统。
也就是说轿厢的速度、重量要通过曳引系统中的滑轮组才能传递到曳引轮。
当然也可以通过滑轮组直接连接起来,这时i/12≠1,A≠1。
则可用下式求得Q值。
Q=(Q1+Q2)/A+R1=(Q1+Q2)/i/12+R1R1的大小受轿厢到曳引轮之间距离的影响,亦即是轿厢位置的函数,即
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