曳引式电梯的结构设计

曳引式电梯的结构设计摘要随着建筑业发展，电梯工业也飞速发展起来，电梯是机与电紧密结合的复杂产品，为高层建筑物提供上下交通运输。本文设计的电梯为曳引式电梯，主要从机械装置部分和控制装置部分进行分析、设计及选型。机械装置部分可分为曳引系统部分和导向系统部分，提出了曳引传动机构的优越性，采用蜗轮蜗杆曳引机，曳引结构简单，降低噪声。主要任务是对主要设备选型，部分零件设计。导向系统的主要功能是限制轿厢的活动自由度，使轿厢只能沿着导轨作升降运动。在电梯系统中，终端保护装置非常重要， 是不可或缺的，它的作用在于为了防止电梯的电气系统失灵，轿厢越过上下端站后仍继续运行，继而发生冲顶或撞底事故。在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件达到目的。目前电梯控制普遍采用 PLC 进行控制,其优点是可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强。变频器不但可以提供良好的调速性能和准确平层性能，还可节约大量能量。关键词:电梯，曳引电梯，电梯结构，PLCIIAbstractWith the development of the construction industry, the elevator industry has developed rapidly, the elevator is the machine and electronic products in close connection with the complex,it provides transportation for high-rise buildings from top to bottom.In this paper the designed elevator is dray elevator, mainly from machinery and control devices part I am analying, designing and selecting.In the mechanical devices there are draying systems and guiding system.Dray made the transmission mechanism of superiority. Worm Gear be used to dray machine, dray structure is simple and reduces noise. Main task is to select the main equipment and design parts. The main function of guiding system to limit the activities freedom of car, it make car move along the rails for take-off and landing.In the elevator system, Terminal protection device is very important, is indispensable, its role is to prevent the elevator electrical system failed, car crossed from top to bottom-side station continued to run,and then will have a accident at the end of the top and bottom.In the electrical system in the elevator，the logic judgement plays a major role in the elevator of the electrical system.The control system must start the implementation of various control signals and components achieve their goals. At present elevator control commonly used by PLC control,the advantage is high reliability, convenient and flexible program design, anti-interference capability is strong.Converter can not only provide a good performance speed and accuracy-layer performance, but also save a lot of energy.Key word:elevator，dray elevator，elevator structure，PLC目录IV第一章 绪论11.1 电梯发展情况11.2 研究意义31.3 研究内容41.4 拟解决的主要问题4第二章 机械装置部分设计52.1 曳引传动机构52.2 曳引传动机构部件设计与选型62.2.1 曳引机组成62.2.2 曳引机选型72.2.3 轿厢92.2.4 对重122.2.5 厅门132.2.6 钢丝绳142.3 导向系统162.3.1 导向轮162.3.2 导轨202.3.3 导靴212.4 井道及机房尺寸22第三章 控制装置部分设计233.1 单梯电梯控制系统233.1.1 概述233.1.2 PLC 单台电梯控制系统243.2 召唤按钮与楼层指示253.3 变频器273.4 终端保护装置28第四章 结论30第五章 技术可行性分析31第六章 经济效益可行性分析32参考文献33致谢34声明35第一章绪论1.1 电梯发展情况当今世界，电梯已成为人们日常工作、生活中极为重要的交通工具，尤其是在大都市里。如较为典型的智能大厦的楼宇自动化，它的核心实际上是一个分布控制系统，也称为集散控制或分散控制系统。楼宇中多种多样的电气设备使系统的自动控制成为了可能。电梯作为大厦控制系统的重要成员，有着举足轻重的地位。人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前 2600 年， 埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。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，这才结束了用人力运送重物的历史。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。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决， 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。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889 年12 月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，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，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。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出新手柄开关操纵、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。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。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，款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最33新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好1。根据不同的场合电梯分为乘客电梯、载货电梯、病床电梯、观光电梯等。其电梯结构基本是一样的，并多为曳引式电梯。曳引式电梯熔合了多项当前最先进可靠的控制技术和驱动单元，结合先进的数控加工设备及制造工艺、使其更安全、可靠、持久耐用、方面快捷、节能环保。目前在中国电梯使用已经达到近 10 万台一年，特别是开发商的全国 4 万台住宅电梯把大机房改成小机房电梯将节约开发所用的土建成本 6 亿元。在加上能源配套以及其他各方面的因素，小机房电梯的应用对国民经济的贡献每年至少要 15 亿元以上。在今后小机房电梯必然将替代大机房的电梯，因为这不仅是开发成本的浪费，还涉及到设计的方便、开发商建筑结构和住宅结构的合理、能源的节省等多个方面。电梯是服务于规定楼层的固定或升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾斜角小于 15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备。曳引式电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电器或其他的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。方便了人们的生活，省时省力。基于这些优点，在建筑业特别是高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期。我国电梯事业的发展虽起步较晚，但改革的不断深入促进了电梯行业的高速发展，现在无论是在电梯的制造还是使用上，我国已成为世界上的电梯大国。早在 1992 年我国电梯拥有量就已居世界第四位，美国装有电梯约 50 万台，德国约为 45 万台，日本约为 35 万台，我国装有电梯在 12 万台以上。电梯生产数量现居世界第三位，仅次于美国和日本。尤其值得一提的是，在上海、北京、天津、广州等地建立起了一系列的中外合资电梯制造公司，使电梯的控制和驱动技术达到了国际先进水平，先后向市场推出了一批能耗小，效率高，速度快，平层和舒适度好的交流调速电梯，直流高速电梯（ 包括机群控制电梯），较有影响力的电梯公司有：中国迅达电梯公司，天津奥的斯公司，广州电梯工业公司等。电梯的普及给人们的生活带来了极大的优越性，而电梯技术也只有不断的发展才能更好地满足高层建筑及其群体的需要。展望未来，电梯的发展趋势应包括以下几点2：(1)无机房电梯不单单是电梯有无机房的简单局部改进，而是涉及到一系列技术问题，如曳引系统、控制柜、限速器等的安装位置以及轿厢、极限开关、缓冲器等部件，都要进行重新设计，变更部件的尺寸与安装位置也要重新考虑。它是电梯发展过程中的一次意义深远的变革，它所采用的一些关键技术将会被进一步推广用到其它电梯产品上，进而促进整个电梯行业技术的进步。(2)智能网络化控制电梯的智能网络化控制随着计算机和通信技术的发展，使得整个大厦实现智能化管理，电梯被纳入管理范围之内。(3)绿色电梯绿色电梯的研究主要在电梯制造、配置及安装、使用过程中节能和减少环境污染等方面。节能主要体现在以下几个方面：原材料的充分利用；电梯数量与参数的优化配置；高效的驱动系统；减少机械系统的惯性和摩擦阻力；选用节能照明；客货流量规划等方面。减小对环境的污染主要体现在两方面：油污染降至最低；电梯的电磁兼容性问题。由于电梯是在大厦中频繁启动的大容量电器，由此产生的电磁辐射将对大楼的办公设备构成严重干扰。(4)远程监控系统远程监控系统的应用，使得电梯状态监控的智能可以在监控中心就可以监测到电梯的运行状态，监控中心随时可以监控电梯发生的故障，并且可以诊断出故障的类型和发生的位置，使电梯维护更加安全、方便。(5)全微机化电梯全微机化电梯的开发和使用，是电梯发展趋势的一个重要方向。全微机化电梯是指电梯的传动系统及操纵控制系统方面实现微机控制的电梯。随着现代微机技术的不断进步和完善，全微机化电梯（ 包括单微机控制电梯、多微机控制电梯及人工智能控制电梯） 必将全面满足人们对电梯高质量，高水平，高标准的要求。除以上几方面外，诸如 IC 卡的智能管理系统，应用模糊理论和神经网络技术的群管理系统，以及数码技术、声控技术、载波技术等也将在电梯技术领域中得到推广和发展。1.2 研究意义电梯的使用越来越普遍, 给人们的工作和生活带来极大便利。目前各类电梯中使用最为普遍的是曳引式电梯, 这类电梯由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等组成。在电梯的机械系统中, 一般主要设计轿厢、配重等部件, 而曳引机、缓冲器、门系统中的门机等,主要根据电梯的速度、载重量、功率等参数选配。在电梯系统中配置安全保护装置是非常有意义的，它可以让电梯安全可靠，准确平稳的运行。可编程控制器 PLC 控制代替了以往的继电器控制，可靠性高，程序设计方便灵活， 抗干扰能力强。曳引式电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的面积很小，同时通过电器或其他的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。方便了人们的生活，省时省力。1.3 研究内容本次设计研究的基本内容为曳引电梯的结构设计，电梯系统由机械装置部分和控制装置部分组成。机械装置部分包括电梯曳引机、轿厢、导轮、曳引钢丝绳、对重，厅门等组成；控制装置部分包括控制单元，变频器，召唤按钮箱，楼层指示灯箱，终端保护装置组成。曳引式电梯从控制功能上，可以满足集选控制、上下行集选、司机控制等设计。1.4 拟解决的主要问题拟解决的主要问题是通过查阅资料对机械装置部分和控制装置部分进行分析、选型、与设计，最终设计出一个载重量为 1000kg,运行速度为 1m/s 的曳引式乘客电梯。，设为五层五站。运用 CAD 软件进行结构图与零件图的绘制。设计良好的曳引系统,使电梯完成向上或向下的运动.采用蜗轮蜗杆曳引机，曳引结构简单，降低噪音，提高其安全性、可靠性。设计好轿厢和对重,提高曳引效率. 其他系统也很重要,只有严紧的设计才能使电梯安全运行。第二章机械装置部分设计2.1 曳引传动机构目前电梯生产中常见的最基本的曳引传动结构如图 2-1 所示。其结构最为简单，其应用也最为广泛。一般的交流客梯和载重量较小的货梯大多采用这种结构。若曳引钢丝绳的速度等于轿厢的升降速度，称曳引比为 1：13。图 2-1 1：1 绕法的有齿轮电梯曳引式电梯提升机构的优越性：1、安全可靠 如果下降中的轿厢或对重因为某种原因冲击底坑中的缓冲器时，曳引式提升机构能自动消失曳引能力，不至于使轿厢或对重继续向上运行直到冲击电梯机房楼板或拉断曳引钢丝绳，造成伤亡事故和财产损失。2、允许提升高度大 曳引式提升机构不像卷扬式提升机构那样，随着电梯的上升，曳引钢丝绳不断地一圈一圈地绕在卷筒上，其曳引钢丝绳的长度不受限制，因此可以实现将轿厢提升到任何实际需要的高度上。3、结构紧凑 对于垂直起吊设备，根据规范要求，曳引轮(或卷筒)直径与钢丝绳直径之比不得小于 40。曳引式提升机构可以比较容易地通过增加钢丝绳的根数或减少曳引钢丝绳的直径，从而可达到曳引轮直径的减小和使整个提升机构的重量减轻。由于电梯上曳引钢丝绳都在 3 根以上，因此电梯上采用曳引式提升机构比卷扬式提升机构的结构更紧凑。4、便于选用价格便宜、结构紧凑的高转速电功机 在电梯额定速度一定的情况下，曳引轮直径越小，则需要曳引轮转速越高，与此同时也就要求驱动电动机转速越高。因此采用曳引式提升机构便于选用结构紧凑、价格便宜的高转速电动机。2.2 曳引传动机构部件设计与选型2.2.1 曳引机组成41、电机电梯用电动机的特性要求：要具有大的起动转矩，起动电流要小，电机应有平坦的转矩特性。为了保证电梯的稳定性，在额定电压下，电动机的转差率在高速时应不大于 12，在低速时应不大于 20。要求噪声低，脉动转矩小。电梯上常用的交流电动机的型式：单速电机、双速电机、三速电机。2、减速机构有减速器的曳引机一股用在额定速度 v2m/s 的交流双速和交流调速电梯上。在有减速器曳引机中，电动机转轴和曳引轮转轴之间设置蜗轮、蜗杆减速器， 则要特别注意制造和装配的精度，以及制动轮等的平衡性能，以便减少蜗轮蜗杆的振动和由此而产生的电梯各部件的振动及其伴随而来的运行噪声。对于有减速器曳引机，通常蜗杆都装在下面。3、制动器制动器是一台电梯不可缺少的非常重要的安全装置。制动器的作用可归纳为如下两条；(1) 能够使运行中的电梯在切断电源时自动把电梯轿厢掣停住。制动时，电梯的减速度不应大于限速器动作所产生的或轿厢停止在缓冲器上所产生的减速度。电梯正常使用时，电梯速度 v1m/s，一般都是在电梯通过电气控制使其减速停止，然后再机械抱闸。(2) 电梯停止运行时，制动器应能保证在 125150%的额定载荷情况下，电梯保持静止、位置不变，直到工作时才松闸。电梯曳引机上的制动器工作特点是： 电动机通电时制动器松闸，电梯失电或停止运行时抱闸。（1） 安装位置制动器都装在电动机和减速器之间，即装在高转速轴上。因为高转速轴所需的制动力矩小，这样可以减小制动器的结构尺寸。（2） 结构特点 电梯制动器的制动轮就是电动机和减速器之间的联轴器圆盘制动轮装在蜗杆一侧，不能装在电动机侧以保证联轴器破断时，电梯仍能被掣停。 因制动轮装在高速轴上，旋转速度较大，所以制动轮在制造厂内，应进行动平衡测试，符合要求后方可组装到曳引机上。再次，两个制动臂固定在机座上的支承点必须在制动轮外表面的切线方向上。4、曳引轮曳引轮应采用耐磨性能不低于 GB1348-88 中的 QT6003 球墨铸铁铸造。钢质的曳引轮会使曳引钢丝绳加速磨损，故电梯中不被采用。为了使钢丝绳及曳引轮达到均匀且最小的磨损，必须使曳引轮绳槽壁的材料金相组织及硬度在足够的深度上保持相同，并且沿着曳引轮的全部圆周上有相同的分布。否则，当钢丝绳与绳槽间产生微小的滑动也会使绳槽造成不均匀的磨损， 使减速器、钢丝绳及轿厢产生振动和噪声。曳引轮绳槽壁的工作表面粗糙度应不低于 Ra5，硬度为 HB200 左右，同一轮上的硬度差不大于 HB15。 曳引轮绳槽半径应精确地与钢丝绳直径相适应。2.2.2 曳引机选型曳引电机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求曳引电机不但应能适应频繁起、制动的要求，而且起动电流小，起动力矩大，机械特性硬，噪声小，当供电电压在额定电压7的范围内变化时，还能正常起动和运行。因此电梯用曳引电动机是专用电机。由于曳引电机的工作情况比较复杂，所以对电机功率的计算比较麻烦，一般常用以下公式计算5：p = G(1- a )v102h（2-1）式中 p曳引电机轴功率(KW)；电梯平衡系数(一般取 0.450.5)； G电梯轿厢额定载重量(kg)；电梯的机械总效率。采用有齿轮曳引机的电梯，若蜗轮副为阿基米德齿形时，电梯机械总效率取0.50.55。已知：G=1000kgv=1m/s=0.5=0.5p = 1000 (1 - 0.5) 1 =11kw102 0.5根据这些条件选择的曳引机型号是 YJ240B，如图 2-2 所示：图 2-2 电梯曳引机技术参数：主轴静载：7500kg控制方式：VVVF制动器电压：DC110V 重量：730kg表 2-1 YJ240B 参数表载重Load(kg)速度Speed(m/s)减速比Ratio(mm)绳轮Sheave(mm)绳槽Rope(mm)功率Power(k w)级数pole10001.049:1620513(pitch20)1110001.655:2560613(pitch20)15/18.510001.7555:2620613(pitch20)15/18.54P10002.049:218.5/22此型号曳引机为下置蜗杆曳引机，可以使曳引机的总高度降低，同时也便于将电动机、制动器、减速器装在一个共同的底盘上使装配工作简化，也改善了润滑条件。2.2.3 轿厢1、轿厢结构组成电梯轿厢是用于运送乘客或货物的电梯组件。电梯轿厢一般由轿底、轿壁、轿顶、轿厢架等几个主要构件组成6，如图 2-3 所示。轿厢架由上梁、立梁、下梁组成，上梁和下梁各用两根 1630 号槽钢制成。立梁用角钢制成，上下两梁面对面地放置。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定，内部净高一般要在 2m 以上。客梯的轿厢一般宽大于深，这样设计的目的是为了方便人员出入，有利于提高运行效率。轿底是一种水平的金属框架，用 610 号槽钢和角钢焊接而成，然后在框架上铺设一层 34mm 厚的钢板。轿壁多采用厚度为 1.21.5mm 的薄钢板制成槽钢形式，轿壁间以及轿壁与轿顶、轿底间采用螺钉紧固成一体。轿顶应能支撑两个人，即在轿顶的任何位置上，均能承受 2000N 的垂直力而无永久变形。装有照明灯和电风扇。轿顶应具有一块至少为 0.12 站人用的净面积，其小边至少应为 025m。任何电梯的轿顶均需设置安全窗，以便发生事故时，检修人员上轿顶检修井道内的设备，必要时乘客可以通过安全窗撤离轿厢。图 2-3 轿厢构成图位于轿厢上部通风孔的有效面积应至少为轿厢有效面积的 1，位于轿厢下部任何孔洞的面积也应不少于轿厢有效面积的 1。2、轿厢的有效面积由于电梯多采用曳引式结构，因而它对超载问题较其他任何一种运输工具更为敏感。如果有超面积存在或是使用超面积的轿厢，可能就会因超面积、超载， 导致曳引能力不足，从而出现溜梯现象，这就是超面积存在的真正危害。因此限制电梯轿厢最大有效面积是保证电梯安全的一个重要的措施。国家标准规定电梯的最多乘客数按下式求得：最多乘客数额定载重量75(圆整到最近的整数)（2-2） 国家标准对各种额定载重量电梯轿厢的最大有效面积进行了明确的规定，如表 2-27。根据表 2-2 ，当额定载重量为 1000kg 时，1000 = 1375表 2-2 额定载重量与轿厢的最大有效面积额定载重量/kg轿厢最大有效面积/ m2额定载重量/kg轿厢最大有效面积/ m2额定载重量/kg轿厢最大有效面积/ m2额定载重量/kg轿厢最大有效面积/ m21001)1002)2253003754004500.370.580.700.901.101.171.305256006306757508008251.451.601.661.751.902.002.05900975100010501125120012502.202.352.402.502.652.802.9012751350142515001600200025003)2.953.103.253.403.564.205.00乘客人数为 13 人时，轿厢最大有效面积为 2.4 。为了提高电梯的运输效率，保证乘客不会过分拥挤，国标还限定了轿厢的最小有效面积，如表 2-3。表 2-3 乘客人数与轿厢最小有效面积乘客人数轿厢最小有效面积/m2乘客人数轿厢最小有效面积/m210.28111.8720.49122.0130.60132.1540.79142.2950.98152.4361.17162.5771.31172.7181.45182.8591.59192.99101.73203.13根据表 2-3 可知轿厢的最小有效面积为 2.15 。根据GB/T7025.1-1997 查得轿厢的尺寸为8 ：宽度 A：1600mm 深度 B：1400mm高度：2300mm2.2.4 对重轿厢的平衡装置也称为对重装置(以下简称对重装置)，对重装置通过曳引绳经曳引轮与轿厢连接。在电梯运行过程中，对重装置通过对重导靴在对重导轨上滑行，起平衡和减少曳引电动机功率输出的作用。对重装置由对重架和对重铁块两部分组成。采用 1：1 吊索法的一般乘客电梯的对重装置如图 2-4 所示。1、对重架对重架由上梁、下梁和立梁组成。上梁和下梁用槽钢制成，面对面放置， 立梁用角钢制成。由于使用场合不同，对重架的结构形式也略有不同。根据不同的曳引方式，对重架可分为用于 2：1 吊索法的有轮对重架，用于 1：1 吊索法的无轮对重架两种。因为本文设计的电梯曳引比为 1：1，所以对重架为无轮对重架。图 2-4 对重装置为了使对重装置在上下运动时平稳运行，应在对重架上安装导靴，使其在 T 型导轨上平稳运行，对重上的导轨与导靴与轿厢的一致。电梯的额定载重量不同时，对重架所用的型钢和钢板的规格也不同。用不同规格的型钢作对重架直梁时，必须用与型钢槽口尺寸相对应的对重铁块，保证对重块方便装进对重架内。同时对重架的高度不应超过轿厢架的高度。2、对重铁对重铁块用铸铁制成。对重铁块的大小，一般有 50kg、75kg、100kg、125kg 等几种，分别用于额定载重量为 500kg、1000kg、2000kg、3000kg、5000kg 等几种电梯以便于两个安装或维修人员能搬动为宜。对重块放入对重架后，需用压板压紧，防止电梯在运行过程中发生窜动而产生噪声。本设计中载重量为 1000kg，所以对重铁块的大小为 75kg。为了使对重装置能对轿厢起最佳的平衡作用，必须正确计算对重装置的总重量。对重装置的总重量与电梯轿厢本身的净重量有关，他们之间的关系常用下式决定9。PD = G + QK P（2-3）PD 对重装置的总重量，kg； G 轿厢净重，kg； Q电梯额定载重量，kg；K P 平衡系数（一般取 0.40.5）。已知 G=1200kgQ=1000kgK P =0.5PD = G + QK P = (1200 + 1000 0.5)kg = 1700kg对重块数为:1700/75=232.2.5 厅门具有自动开关门机器的乘客电梯，层门、轿门一般都采用中分式封闭门。因为中分式自动门的开关门速度快，能够提高电梯的使用效率，如图 2-5 所示。层门也叫厅门；层门和轿门一样，都是为了确保安全，是在各层楼的停靠站通向井道轿厢的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出人的门。图 2-5 中分门层门关闭后，门扇之间及门扇与门框之间的间隙应尽可能的小。客梯的间隙应小于 6mm，磨损后最大间隙也不应大于 10mm。根据GB/T7025.1-1997 可知厅门的尺寸为10： 宽度：1100mm高度：2100mm那么门扇的尺寸为宽度：1100mm 高度：2100mm 厚度：50mm厅门门扇用 1.5mm 的钢板制成，内部附有加强筋，钢板材料选为 45 号钢， 其硬度比较高。2.2.6 曳引钢丝绳曳引钢丝绳是电梯中的重要构件。在电梯运行时弯曲次数频繁，并且由于电梯经常处在起、制动状态下，所以不但承受着交变弯曲应力，还承受着不容忽视的动裁荷。由于使用情况的特殊性及安全方面的要求,决定了电梯用的曳引钢丝绳必须具有较高的安全系数，并能很好地抵消在工作时所产生的振动和冲击。电梯曳引钢丝绳应具备以下几方面的特点1)具有较大的强度。2)具有较高的径向韧性。3)较好的抗磨性。4)能很好的抵消冲击负荷。电梯曳引钢丝绳在一般情况下，不需要另外润滑，因为润滑以后会降低钢丝绳与曳引轮之间的摩擦系数，影响电梯的正常的曳引能力。曳引钢丝绳是电梯的重要构件，电梯用钢丝绳有西鲁式、瓦灵顿式和填充式三种，一般采用西鲁式钢丝绳。GB8903-1988 电梯用钢丝绳选用的是西鲁式，分为 6x19S十NF和 8x19S+NF两种，均采用天然纤维或人造纤维做芯子。本设计中采用 6x19S十NF116x19S+NF为6 股，每股三层，外面两层各 9 根钢丝，最里层一根钢丝。每种有 6、8、11、13、16、19、22mm 等几种规格。根据表 2-1 可知，载重量为 1000kg 和速度为 1m/s 时，钢丝绳直径应为 13mm, 用 5 根钢丝绳。曳引绳头组合也称曳引绳锥套，主要是起连接和均衡曳引钢丝绳张力的作用。曳引绳锥套在曳引方式为 1：1 的曳引系统中，是曳引钢丝绳连接轿厢和对重装置的一个过渡机件。绳头板是曳引绳锥套连接轿厢、对重装置或曳引机承重梁、绳头板大梁的过渡机件。绳头板用厚度为 20mm 以上的钢板制成。板上有固定曳引绳锥套的孔， 每台电梯的绳头板上钻孔的数量与曳引钢丝绳的报数相等，因为本设计钢丝绳数为 5，所以要钻 5 个孔，5 个孔排成一排。如图 2-6 所示，组合式曳引绳锥套其锥套和拉杆是两个独立的零件，他们之间用铆钉铆合在一起。因为轿厢和对重都需要绳头组合这个装置，钢丝绳为 5根，那么就需要 10 个绳头组合。先将钢丝绳插入锥套内,然后从锥套的大口注入巴氏合金,使其与钢丝绳、锥套融为一体。在电梯使用中，各钢丝绳张力应保持均衡，其相差值以不超过 5为宜，否则各曳引轮绳槽和钢丝绳磨损将不均匀，从而影响曳引轮、曳引绳的使用寿命和电梯的使用性能。各钢丝绳的张力可通过绳头组合的螺母进行调整。使弹簧受压， 钢丝绳绷紧。曳引钢丝绳的张力随之增大。反之，放松螺母时，钢丝绳变松弛， 曳引钢丝绳张力减小。用此办法可以调整使各钢丝绳张力均衡。在电梯曳引比为1：1 时，为保证轿厢相对重之间的中心距，而必须装设导向轮。它与曳引轮互相配合，承受轿厢自重、载重和对重的全部重量；一般安装于对重侧承重梁的下面。图 2-6曳引绳锥套2.3 导向系统2.3.1 导向轮因为电梯轿厢尺寸一般都比较大，轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离往往大于设计上所允许的曳引轮直径。因此对一般电梯而言，通常要设置导向轮， 以保证两股向下的曳引钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离。导向轮既能保证曳引轮的曳引功能，又能使曳引绳的位置与井道内轿厢和对重的位置相适应。保证曳引钢丝绳在曳引轮上形成不小于 135的包角，使曳引钢丝绳与曳引轮槽在一条直线上，以保证曳引钢丝绳上、下运行时只受到拉力。图 2-7导向轮定位图a = 90 + q + gq = arctan H （2-4）（2-5）lg = arcsin R1 -R 2 （2-6）aa 2 = H 2 +l 2（2-7）a = 90 + arctan H + arcsin R1 - R2 （2-8）la 90 + arctan H + R1 -R 2 60la对影响大的主要因素是 H 和l 。通常l 和 H 大小由结构决定。导向轮的半径不能超过曳引轮，即 R1 R2 。根据表 2-1 曳引轮直径为 620mm，那么导向轮直径取为 400mm。H=1000mml =600mm a=1530mma = 155半圆形槽的尺寸可参照图 2-8，d 为曳引钢丝绳的直径。图 2-8 半圆形槽尺寸已知d=13mm，其他尺寸计算公式如下12：H = d + 2 = 8.5mm（2-9）2R = d 1.04 =6.8mm（2-10）2A=2mmA电机功率为 11KW，转速为 980r/min,减速比为 49：1，通过轴的材料选为 40Cr查取值13。0n = 980 = 20r / min 49（2-11）图 2-9 导向轮d A0P3n= 97311 =80mm（2-12）20D4 = 80mmD0 =d a-20 A = 364 mm（2-13）D1 = (D 0 +D3 ) / 2 = 254 mm（2-14）D 2 = 0.35(D 0 -D3 ) = 77 mm（2-15）D3 = 1.8D 4 = 144mm（2-16）r=5mm b=100mm c=40mm采用球墨铸铁铸造。钢质的曳引轮会使曳引钢丝绳加速磨损，故电梯中不被采用。为了使钢丝绳及曳引轮达到均匀且最小的磨损，必须使曳引轮绳槽壁的材料金相组织及硬度在足够的深度上保持相同，并且沿着曳引轮的全部圆周上有相同的分布。否则，当钢丝绳与绳槽问产生微小的滑动也会使绳槽造成不均匀的磨损， 使减速器、钢丝绳及轿厢产生振动和噪声。导向轮轴的直径为 80mm,根据轴的直径选取的键 2214。键的作用是使导向轮固定在轴上，和轴一起转动，轴放在支架上。曳引轮绳槽壁的工作表面粗糙度应不低于 Ra5，硬度为 HB200 左右，同一轮上的硬度差不大于 HB15。 曳引轮绳槽半径应精确地与钢丝绳直径相适应。2.2.3 导轨电梯中的导轨，是为了保证轿厢和对重之间及它们与安装在井道中的各结构物之间，在电梯运行时具有固定的相同位置。同时当安全钳动作时，也起吸收超速下降着的轿厢及其轿厢内载荷的动能的作用，使轿厢支持在导轨上，而不至于一落到底。 电梯工作时轿厢和对重借助于导靴沿着导轨上、下运动，导轨是由多根 3m 或 5m 长的短导轨，借助于接道板连接而成，每根导轨都应经过细加工。在电梯井道中，导轨起始段一般都支持在地坑中的支承板上。导轨每隔一定的距离就有一个固定点，将导轨固定于设置在井道壁的金属支架上，导轨是借助于螺栓、螺母与压道板固定于金属支架上的，如图 2-10 所示。在电梯安装时能够矫正一定范围内的导执变形，但不能适应建筑物的正常下沉或混凝土收缩等情况，一旦这种情况发生导轨就要发生变形，影响电梯的正常运行。此种压道板一般用于建筑物高度较低，电梯速度不高的电梯上。图 2-10 压导示意图电梯中多采用的为T型导轨，选择的导轨规格为T90/B(B-机加工),材料为 45号钢。T导轨与压道板的连接用M12 的螺栓连接，导轨长度为 3 米14。表 2-4 T 型导轨的主要规格参数规格标志bhkeT90/B90751615图 2-11 T 型导轨2.2.4 导靴为了防止轿厢在曳引钢丝绳上的扭转和在不对称负荷下的偏斜，为了使电梯的轿门地坎、层门地坎、井道壁之间及操纵系统的各部分之间保持恒定的位置关系，在轿厢轿架的四个角上设置四只可沿导轨滑动或滚动的导靴。两只上导靴固定在轿厢上梁上，两只下导靴固定在电梯下梁上。固定滑动导靴一般用在低速客梯和中速客梯的轿厢上。电梯的速度为 1m/s, 则选取导靴的型号为DXK115。表 2-3 导靴技术参数曳引式电梯的结构设计技术参数额定速度1.75m/s导轨宽度10 或 16mm2.3 井道及机房尺寸16根据 GB/T7025.1-1997 得到表 2-4 尺寸表 2-4 井道及机房尺寸井道宽井道深底坑深顶层高机房宽机房深机房高2400230017004200320049002400第三章控制装置部分设计曳引式电梯的结构设计3.1 单梯电梯控制系统3.1.1 概述17在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：1、继电器接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。2、微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需 1 位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用电设备， 如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。3、PLC 控制系统PLC 充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。总之，PLC 是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将 PLC 用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制、PLC 控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱，而 PLC 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为目前电梯系统中使用最多的控制方式，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。3.1.2 PLC 单台电梯控制系统1、PLC电梯控制系统三种工作方式18电梯主要有三种工作方式有司机方式、无司机方式、消防方式。1) 有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。具有以下特点： 电梯上行下行启动由司机决定 电梯开门、关门时间由司机控制 电梯是否直驶（不再响应外召唤）由司机决定2) 无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。具有以下特点： 电梯开门关门上、下客时间均由定时器定时 只要电梯门关闭后自动定向3) 消防方式是指大楼发生火灾时，电梯运行控制的一种特殊工作方式。具有以下特点： 正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号：a) 处于上行时立即返回底楼停站开门b) 处于下行时立即直驶底楼停站开门c) 处于底楼以外停站开门的电梯立即关门返回底楼停站开门 电梯返回底楼并在底楼开门后，电梯处于消防工作状态。此时，电梯不再响应外召唤信号，电梯的关门起动运行和准备前往层站由消防员控制操作。当电梯就近到达某层站后，立即清除其它所有指令信号登记，是否继续上行依火势大小决定。2、PLC 单台电梯控制系统工作流程图 3-1 为 PLC 单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所自动定向召唤登记指令登记显示显示清除清除置位置位运行控制（开/关门、上/下行、停站）消防控制显示层楼定位召唤信号指令信号层楼信号控制信号在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。这两种信号也参与自动定向， 和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开关门、上下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。此外，当有来自轿厢控制面板发出控制信号，如：有司机直驶状态，则略过召唤信号，直接响应指令信号。运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。来自轿厢控制面板来自井道行程开关来自轿厢控制面板来自层面控制按钮来自层面火警开关运行显示电动机驱动控制图 3-1 PLC 单台电梯控制系统工作流程图3.2 召唤按钮与楼层指示轿厢内控制屏示意图如图 3-2 所示。其中包括上行、下行显示及 LED 层楼位置的显示。另外还有 1 楼5 楼的指令按钮及登记显示和有司机无司机的选择按钮。在有司机工作状态下还有指令专用开关，即只响应指令信号，不响应召唤信号。此外，还有消防按钮，当发生火灾时，立即清除所有指令信号和召唤信号，电梯直达底楼后开门。需要说明的是，在无司机状态下，利用定时器控制开门、关门和上下客时间；有司机状态下，则直接由司机控制开门、关门和上下客时间。AJYSJ41532图 3-2 轿厢内屏示意图ZXF图 3-3 电梯轿厢外屏电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。图 3-3 为电梯轿厢外屏示意图。电梯层门旁装有消防按钮、上召唤按钮和下召唤按钮（最底层只有上召唤按钮、最高层只有下召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。层门上方装有 LED 数码管，以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。3.3 变频器电梯是一种垂直运输工具，它在运行中既有动能又有势能，并经常处于正反转、反复起制动过程中。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确平层性能。过去，电梯系统的调速多采用直流电动机晶闸管调压调速、交流电动机变极调速、晶闸管调压调速等方案，系统虽结构简单，但运行效率低，设备容量大，体积大。近年来，这些方案已逐步被采用变频器的交流拖动系统所代替，变频器不但可以提供良好的调速性能和准确平层性能，还可节约大量电能。电梯系统的控制早期采用继电器控制系统，易产生故障，可靠性差，后来普遍采用可编程控制器 PLC (ProgrammableLogic Controller)。PLC 可靠性高， 程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠，所以电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。本电梯选用日本富士G7 型适用于位能负载的HT系列 30kVA变频器作主传动， 该系列变频器结构紧凑，运转可靠，性能优良，同时具有灵敏的故障检测、诊断、显示功能，尤其是其良好的低速运行特性更适合于电梯上的应用。三相电源R, S, T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U,V,W经两接触器KM1,KM2 分别接电动机M1 和M2, M1 为电梯拖动电动机，M2 为开关门电动机， N,P端接制动单元、制动电阻。这里一台变频器同时控制主机调速和电梯门的开关调速，其调速通过对变频器的不同设置即可进行调速及加减速19。选用日本三菱FX2N型PLC，它接受来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、起动、加减速运行和制动电梯等信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电动机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号20。为方便乘客，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用 LED 和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号，以带开关的指示灯显示。系统框图如图 3-4 所示。图 3-4 系统框图由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时地控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送 PLC 的计数器来进行控制的。同时，每层楼设置 1 个接近开关以利于平层。为便于对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，我们采用LED 和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求 PLC 能对轿厢的加减速以及制动进行有效的控制。PLC 向变频器发出运行方向、起动、加减速运行和制动等信号，