资源描述
目录第一章 绪论11.1 课题的背景及研究意义1第二章：电梯的的设计算42.1 安全系数计算42.2 装载工况52.3 紧急制动工况62.4 轿厢在各种位置计算62.5 轿厢导轨验算72.6 正常使用，装载102.7 顶层高度和地坑深度计算122.8 曳引机功率计算142.9 轿顶绳头板的受力142.10 梁的计算152.11 轴17第三章 软件控制部分：硬件方面的设计223.1 外部接线图控制电路图223.2 I/O借口233.3 程序控制24结束语33致谢34参考文献351此次毕业设计的主要内容有两个，一个是设计出一个能够控制四层楼电梯运动的程序，根据平时所知道的，四层楼电梯分为在1层，2层，3层，4层四个楼层停靠时的其他楼层呼叫的种种情况。这其中也包括了两层同时呼叫以及三层同时呼叫。另一个主要任务是设计出电梯的几个主要部件的零件图以及装配图。其中我主要通过可编程控制器(PLC)来实现四层楼电梯的启停以及那些呼叫的情况。而在电梯的机械部分设计上，我主要将重点放在了电梯的开门机，曳引机以及控制柜上。当然，轿厢，对重这些部件的尺寸也涉及在内。我运用所学知识独立完成了四层楼电梯的机械以及电方面的设计。关键词： 电梯，可编程控制器(PLC)，开门机，曳引机AbstractThere are two primary coverages in this graduation project， one is to design a procedure which can control this four building elevator。 According to which usually knew， four building elevator divides into at one， two， three， four these four floors when other floors call all sorts of situations。 This has also included two simultaneous calls as well as three simultaneous calls。 Another primary mission is to design the several major components detail drawings as well as assembly drawings on the elevator。 And I mainly realized the four building elevators starting and stoping and those call situations through the programmable controller (PLC)。 But on the design of the elevators mechanical part， I put the emphasis on elevators door opener， tactor and cntrol cubicle。 Of course， sdan theater box， weight these parts sizes also in it。 I used knowledge which I have studied to complete the design on mchinery as well as electricity aspect of the four building elevator by my ownself。Keywords： elevator， programmable controller (PLC)， door opener， tacto第一章 绪论1.1课题的背景及研究意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向交通工具。随若社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调 速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由制造造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和输查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真的调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。日前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展力向。 可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算算机。1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足符种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的训算机编程语言的表达方式，独风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形缘编程语言和模块化的软什结构，使用户程序的编制清晰直观、力便易学，调试和查错都很容易。用户所买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC麻利于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制，是最值得重视的先进控制技术。 PLC现已成为现代工业控制三大支村(PLC、CADCAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时问继电器、计数数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工石油、冶金、轻工，电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积：大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 李方园在认为，PLC是以微处理器为基础的新型工业控制管理技术。是将计算机应用于工业管理环境下的崭新产品。他把逻辑运算，数序控制，定时，计数算数运算等功能，以一系列指令的形式存在存储器中。然后根据存储器的程序，通过数字或模拟量输入输出对程序进行控制。利用PLC进行电梯的设计，可以方便的进行修改，控制模式的转换，同时也提高了系统的可靠性，灵活性，通用性等。题目介绍：随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。本文主要讨论研究利用三菱公司的可编程控制器对五层电梯的控制，形成电梯控制系统。1. 电梯门图（1），电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块，门框、地坎等部件组成。门一般由薄钢板制成，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。为减小门运动中产生的噪声，门板背面涂贴防振材料。门导轨有扁钢和C型折边导轨两种;门通过滑轮与导轨相联，门的下部装有滑块，插入地坎的滑槽中;门的下部导向用的地坎由铸铁、铝或铜型材制作，货梯一般用铸铁地坎、客梯可采用铝或铜地坎。2. 轿厢图（1），3. 轿厢一般由轿厢架，轿底，轿壁，轿顶等主要构件组成。4. 轿厢运行轨道（1），轿厢导靴安装在轿厢上梁和轿底安全钳座下面，对重导靴安装在对重架上部和底部，一般每组四个。 5. 电动机示意图6. 缓冲装置图（1），缓冲器是电梯极限位置的安全装置，当电梯超越底层或者顶层时，由缓冲器消耗或吸收电梯的能量，从而使轿厢减速安全停止。7. 总体布置示意图PLC控制电梯上下运行1. 程序梯形图2. 控制系统结构图3. 电器控制总回路原理图1.2设计方案介绍。 PLC控制电梯是由电梯和控制系统两部分组成，1.3现场条件的主要参数：额定载荷1000kg 钢丝绳数量5根 钢丝绳直径 13mm曳引机直径 640mm 导向轮直径 520mm 提升高度 7.9m 第二章：电梯的的设计算电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成;而电气控制部分山电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。1控制柜2曳引机3钢丝绳4限速器5限速器钢丝绳6限速器装紧装置 7轿厢8安全剪9轿厢门安全触板10导轨11厅门 12减速器2.1安全系数计算根据GB7588-2003附件N，安全系数计算如下（GB7588-2003 安全系不能小于13）Sf=10*（26834-log（695.85*10*6*Nequiv/（dt/dr）*8.567）/log（77.09*（dt/dr）*（-2.894）=13.705取安全系数：13.705其中: Sf 理论安全系数 Nequiv 滑轮等效数量 Dt 曳引机直径 Dr 钢丝绳直径 Nequiv = Nequiv（t）+ Nequiv（p) = 7.69 + 2.2946 = .9846 Nequiv(p) =kp(Nps+4Npr) =2.2946 *1 = 2.2946 Nps = 1 简单弯折滑轮数量 Npr = 0 反向弯折滑轮数量Kp = 2.2946单根钢丝绳受力计算如下：Tmax=（P+Q）/rn+qH）*9.8 = 2103.4(N)其中：Tmax 轿厢以额定载荷停在底层时，在曳引机高度出钢丝绳所承受钢丝绳的最大张力 P 100轿厢自重（kg） Q 1000 电梯额定载荷（kg） R 2曳引机比 N 5 曳引钢丝绳根数 Q 0.586曳引钢丝绳每米的质量 （kg) H 7.9提升高度理论最小破断载荷： Pbreak = 28826.68N实际最小破断载荷：Pbreak = 74300N判定：符合要求载重量为 1000kg曳引钢丝绳为条件的设计计算原始数据 P 1100轿厢自重（kg） Q 1000 电梯额定载荷（kg） R 2曳引机比 N 5 曳引钢丝绳根数 Q 0.586曳引钢丝绳每米的质量 （kg) H 7.9提升高度 A 钢丝绳在曳引机上的包角154 r 两钢丝绳的倍率 ns 5钢丝绳的数量 Qmsr 0.586每米钢丝绳的质量 Nc 零补偿链的数量 Qmcr 零补偿链每米质量 Mcomp 零补偿链装紧装置的质量 Nt 1 随行电缆的数量 Qmtrav 2 随行电缆每米的质量2.2装载工况 轿厢装有125%额定载荷在底层时 y = -3.95m Mcrcar 0kg 轿厢侧补偿链的质量 Mtrav 0kg 随行电缆的质量 Msrcar 23.146kg 轿厢侧钢丝绳的质量 Mcwt 1575 对重质量 Msrcwt 0kg 对重侧钢丝绳的质量 Mcrcwt 0kg 对重侧补偿链的质量根据GB75882003附录M有关T1及T2的计算公式 可得 T1 = 11742 N T2 = 7717.5 N T1/T2 = 1.5215 E*fa = 1.6905判定： 符合要求2.3紧急制动工况 轿厢装有125%额定载荷在底层时 y = -3.95m Mcrcar 0kg 轿厢侧补偿链的质量 Mtrav 0kg 随行电缆的质量 Msrcar 23.146kg 轿厢侧钢丝绳的质量 Mcwt 1575 对重质量 Msrcwt 0kg 对重侧钢丝绳的质量 Mcrcwt 0kg 对重侧补偿链的质量根据GB75882003附录M有关T1及T2的计算公式 可得 T1 =10901 N T2 =7441.9 N E*fa = T1/T2 = 1.6617判定： 符合要求2.4轿厢在各种位置计算 空置轿厢在顶层时 轿厢装有125%额定载荷在底层时 y = 3.95m Mcrcar 0kg 轿厢侧补偿链的质量 Mtrav 0kg 随行电缆的质量 Msrcar 23.146kg 轿厢侧钢丝绳的质量 Mcwt 1575 对重质量 Msrcwt 0kg 对重侧钢丝绳的质量 Mcrcwt 0kg 对重侧补偿链的质量根据GB75882003附录M有关T1及T2的计算公式 可得 T1 = 5272.2 N T2 = 8236 N T2/T1 = 1.5622 E*fa = T1/T2 = 1.6117 判定： 符合要求轿厢滞留工况 轿厢装有125%额定载荷在底层时 y = 3.95m Mcrcar 0kg 轿厢侧补偿链的质量 Mtrav 0kg 随行电缆的质量 Msrcar 23.146kg 轿厢侧钢丝绳的质量 Mcwt 1575 对重质量 Msrcwt 0kg 对重侧钢丝绳的质量 Mcrcwt 0kg 对重侧补偿链的质量根据GB75882003附录M有关T1及T2的计算公式 可得 T1 = 5467.4 N T2 = 226.84 N T1/T2 = 24.012 E*fa = T1/T2 = 2.8577判定： 符合要求2.5轿厢导轨验算 导轨型号 T90/B Wx = 20900mm*3 x轴的截面模量 Wy = 11900mm*3 y轴的截面模量 A = 1720mm*2 导轨截面面积 Ix = 1022000* 4 x轴的截面惯性距 Iy = 5200000* 4 y轴的截面惯性距 Ix = 25mm x轴的回转半径 Iy = 17.6mm y轴回转半径 E = 210000Mpa 弹性模量 W = 2.2 w 数值 查表得 nperm = 165Mpa 正常使用时许用应力 sperm = 205Mpa 安全钮动作时许用应力 Mperm = 5mm 最大允许变形量 C = 10mm 导轨连接部分宽度 L = 2000mm 导轨支架间距 N = 2 导轨数量 Rm = 30Mpa 导轨抗拉强度 A5 = 12% 导轨延伸率K1 = 2 安全钮动作时冲击系数K2 = 1.2 正常运动时冲击系数K3 = 1.1 附加系数空轿厢质量P 1100kg 额定载荷Q 1000kg附加装置作用于导轨M 20kg作用于地坎的力Fs 0.4g Q = 3920N 小于2500kg 不用叉车装载作用于地坎的力Fs 0.6g Q = 3920N 小于5800kg 不用叉车装载作用于地坎的力Fs 0.85g Q = 3920N 大于2500kg 用叉车装载轿厢尺寸：轿厢外深： Dx = 2000mm 轿厢外宽度 Dy = 1500mm轿厢中心至导轨距离Xc = 1000mm轿厢中心至导轨距离 Yc = 750mm轿厢重心对轿厢中心的距离Xc1= 40mm轿厢重心对轿厢中心的距离Yc1= 18.75mm轿厢悬挂点至导轨的距离 Xs= 0.00mm轿厢悬挂点至导轨的距离 Ys= 0.00mm轿厢量心至导轨的距离 Xp= 40mm轿厢量心至导轨的距离 Yp= 40mm装载力至导轨的距离 X1= 900mm装载力至导轨的距离 Y1= 250mm上下导轨间距 h = 3602.00mm第一种情况：相对于x轴 Xq Dx/8= 250 mm Yq= 0 mm第二种情况：相对于y轴） Yq = Dy/8 = 187.5 mm Xq= 0 mm弯曲应力 1.1由导向力引起的y轴上的弯曲应力为： Fx = K1g(QXq+PXp)/nh = 799.89 N My = 3Fxl/16 = 299958 3565 Nmm y = My/Wy = 25.21Mpa由导向力引起的X轴上的弯曲应力为： Fy = 2k1g(Qyq+Pyp)/nh = 2142.6 N Mx = 3Fyl/16 = 803459.8834 Nmm x = Mx/Wx = 38.44 Mpa压弯应力为： Fk = k1g(P+Q)/n = 20580N k = (Fk+k3M)/A= 26.35 Mpa复合应力： m = x+y = 63.65 Mpa判定：符合要求 = m+(Fk+k3M)/A = 75.63 Mpa判定：符合要求 = k+0.9m = 83.64Mpa判定：符合要求正常使用，运行弯曲应力由导向力引起的Y轴上的弯曲应力为： Fx = K2g(QXq+PXp)/nh = 479.93 N M = 3F l/16 = 179975.01N y = My/Wy = 15.12 Mpa由导向力引起的X轴上的弯曲应力为： Fy = 2K2g(QYq+PYp)/nh = 679.50 N Mx = 3Fyl/16 = 254811.56 Nmm 679.50 x = Mx/Wx = 12.19 Mpa压弯应力 在“正常使用，运行”工况下，不发生压弯情况。复合应力 m = x+y = 27.32 Mpa判定：符合要求 = m+K3M/A =27.33Mpa判定： 符合要求2.6正常使用，装载弯曲应力由导向力引起的Y轴上的弯曲应力为： Fx = (gPXp+FsX1)/2h 794.45 = N（Fs根据情况不同选择H212、H213、H214） My = 3Fxl/16 = 297917.82 Nmm y = My/Wy = 25.04 Mpa由导向力引起的X轴上的弯曲应力为：Fy = (gPYp+FsY1)/464 22 N（Fs、根据情况不同选择H212 H213 H214）、 Mx = 3Fyl/16 = 174082.97 Nmm x= Mx/Wx = 8.33Mpa在“正常使用，装载”工况，不发生压弯情况。正常使用导靴在Y方向作用在导轨上的力： Fx = K2gGBTFx/(2h)=68.10 N My = 3FxL/16=25535.85 Nmm y = My/Wy= 3.62Mpa导靴在X方向作用在导轨上的力： Fy = K2gGDBGy/h= 232.61N M = 3F L/16=87230.45 N Mx = 3FyL/87230 45 Nmm x = Mx/Wx= 9.39Mpa弯曲应力在正常使用工况下，不发生弯曲情况。复合应力 m = x+y= 13.01 Mpa = m+K3M/A=13.01 Mpa判定： 符合要求导靴在Y方向作用在导轨上的力： Fx = K1gGBTFx/(2h)=113.49 N My = 3FxL/16=42559.74 Nmm = My/Wy=6.03 Mpa导靴在X方向作用在导轨上的力： Fy = K1gGDBGy/h=387.69 N Mx = 3FyL/16=145384.08 Nmm x = Mx/Wx=15.65 Mpa弯曲应力 Fk = k1g(P+Q)/n=1525 N k = (Fk+k3M)/A= 14 04 M复合应力 m = x+y=21.68 Mpa判定：符合要求 = m+K3M/A=21.68 Mpa判定：符合要求 c= k+m =35.72 Mpa判定：符合要求2.7顶层高度和地坑深度计算原始数据 电梯载重： 1000.00 kg 电梯速度： 1.00m/s 轿底至最高部件的距离： H1=3304.00mm 轿底至上梁的距离： H2=3044.00mm 轿底至轿顶水平面的距离： H3= 2428.00mm 轿底至缓冲板下面的距离： H4= 258.00mm 轿底至护脚板下沿的距离： H5=850.00mm 轿厢缓冲间隙： Hc=300.00mm 轿厢缓冲器高度： Hb= 1442.00mm 轿厢缓冲器行程 ： Hs= 80 00 mm 对重缓冲间隙： Hw=300.00mm 对重缓冲器高度： Hwb=650 mm 对重缓冲器行程： Hws=80.00mm 轿厢导靴高度： Hu=300.00mm 对重导靴高度： Hwu=200.00mm 对重架高度： Hcw=3500.00mm 假设地坑深度： Hp=2000.00mm 假设顶层高度： Hh= 4800.00mm 顶层高度验算1GB7588-2003第5.7.1.1对重完全压在缓冲器上时，应满足下面4个条件： a)轿厢导轨的制导行程： Hi = Hh-Hw-Hws-Hu-H2= 1076.00 mm 标准要求的制导行程为： 0.1+0.035V2= 135.00 mm判定： 符合要求b)井道顶最低部件与轿厢顶水平面之间的自由垂直距离： Hk = Hh-H3-Hw-Hws= 1992.00mm标准要求的最小自由垂直距离为： 1.00.035V2=1035.00mm判定：符合要求C)井道顶的最低部件与轿厢顶上设备的最高部件的自由垂直距离： HL = Hh-H1-Hw-Hws= 1116.00 mm标准要求的最小自由垂直距离为： 0.3+0.035V2=335mm判定：符合要求同时，井道的最低部件与导靴或滚轮、曳引绳附件和垂直滑动门的横梁的最高部件的自由垂直距离：HL=Hh-H1-Hw-Hws= 1116.00mm标准要求的最小自由垂直距离为0.1+0.035V2=135mm判定：符合要求d)轿顶上有足够的空间，能容纳一个不小于0.50m0.60m0.80m的长方体，任一面朝下即可：判定：符合要求2GB7588-2003第5.7.1.2条，当轿厢完全压在缓冲器上时，对重导轨的制导行程： Hm=Hh-Hc-Hs-Hwu-Hcw=720.00mm标准要求的距离为：0.1+0.035V2=135.00mm判定：符合要求地坑深度验算根据GB7588-2003第5.7.3.3条，当轿厢完全压在缓冲器上时，应同时满足下面三个条件：a)地坑应有足够的空间，能容纳一个0.50m0.60m1.0m的长方体判定：符合要求b)地坑底与轿厢最低部件之间的自由垂直距离：He = Hp-Hc-Hs-H4= 1362.00mm 标准要求的距离为： 500.00判定：符合要求C)地坑底与护脚板下沿之间的自由垂直距离：Hf = Hp-Hc-Hs-H5= 770.00mm标准要求的距离为： 100mm判定： 符合要求2.8曳引机功率计算 曳引机电动机按静功率计算即 选用型号： YJ240C生产厂家宁波欣达电梯配件厂N = QV(1-)/(102) = 8.1473 Kw式中：Q电梯额定载重量（kg）V电梯运行速度（m/s）电梯运行总效率电梯的平衡系数 = 123 = 0.63181曳引机效率0.72滑轮组效率0.953导轨及其他阻力0.95实际曳引机功率N = 11 Kw判定： 符合要求2.9轿顶绳头板的受力受力计算轿顶绳头板所受的总拉力：a)考虑到惯性力的作用：F = （P+1.1Q)(1+amax/g)g/r = 11880.00 N式中：P轿厢自重（kg）Q额定载荷的110（kg）amax运行中最大加速度（m/s2)Amax = 1 m/s2r曳引比b)考虑曳引检查时用150额定载荷做静载试验：F = （P+1.5Q)g/r =12740.00 N根据以上计算结果取两者中较大值F = 12740.00N曳引机主轴所受的最大拉力：Fmax = 2F = 25480.00N6.2.4应力计算Mmax = FL1/4= 2592590.00Nmm = Mmax/Wx= 22.16 MpaN = s/= 10.61判定： 符合要求2.10梁的计算下梁计算计算说明下梁与地坑缓冲器相撞时应力为最大，按非正常载荷状况校核安全系数。假设下梁与两端的刚性连接简化为铰接结构。下梁的有关技术参数材料： 冷板折弯件Q235-A断面的惯性矩： Ix = 5640000.00 mm4抗弯界面模量： Wx = 80500.00 mm3梁的长度： L = 1628.00 mm缓冲点端点距离： L1 = 814.00 mm缓冲点间距 L2 = 0. 00mm材料的屈服强度： s = 235.00 Mpa应力计算 Mmax =FL1/4 =5185180.00Nmm =Mmax/Wx= 64.41Mpa N = s/ = 3.65 判定： 符合要求直梁计算计算时作如下假设：1)框架的四个角受均等的力矩M0/4，且作用在直梁的上下交点处。2)直梁受弯曲的自由长度为直梁端点连接板上最高和最低连接点之间的距离。直梁受不平衡力的作用，其上有弯矩和拉力作用。3)每根直梁承受相等的剪切载荷。直梁的有关技术参数材料：断面的惯性矩：Ix = 5640000.0mm4抗弯界面模量：Wx = 80500.0 mm3材料截面积： A = 1851.60 mm2梁的长度： L = 3290.0mm导靴中心距 H = 3602.00 mm材料的屈服强度：s = 235.00 Mpa轿厢净宽度 b = 1410.00mm应力计算 M0 = Qb/8 = 176250.00 Nmm 弯矩 1 = M0L/4HWx = 0.50 Mpa 抗弯应力2 = (P+Q)g/2A 5.56 MPa 抗拉应力 = 1+2= 6.06MP 复合应力 N = s/ = 38.80判定：符合要求2.11轴 首先我要说明的是这里的减速器是用在曳引机上的,目的是将电动机轴输出的较高转速降低到曳引轮所需的较低转速,同时得到较大的曳引转矩,以此来适应电梯的运行要求.在这里,我主要将设计方向放在了轴的绘制与校核上了.这根轴是套在曳引轮之上的.如图7,在这张图上,我只是简单的标注了几个长度以及直径的尺寸,为了便于计算.在这次设计中,我选用的每级齿轮传动的效率为0.97,根据上面选择的曳引电动机的功率为13KW,转速为967r/min,由此计算出输出轴上的功率P=13*9.67=12.23KW.而在齿轮机构的选用上,我选用的高速级齿轮为z1为20,z2为75,模数为3.5 .而低速级齿轮我所选用的为z1为23,z2为90,模数为4 .为8.0634”,n为20.由此计算出输出轴上的转速n=967*20/75*23/95=62.43r/min,由上两个结果可算出转矩T=9550000*12.23/62.43=1870839N.mm.大齿轮的分度圆直径为d=4*95=380mm根据上述所算出的结果可得:Ft=2*T/d=9748N Fr=Ft*tgn/cos=3584N Fa=Ft*tg=1389N首先我根据轴的结构图(作出了轴的计算简图所示,在确定轴承的支点位置时,我从手册中查取了a值,对于角接触球轴承,由手册中查得a=16mm,因此作为简支梁的轴的支承跨距L2+L3=204mm+80mm=284mm.图中的力的关系,有以下关系式: FNH1+FNH2=Ft FNV1+FNV2=Fr FNV1=Fa因为对于D点: FNH1*0.290= Ft*0.083; FNV1*0.290= FaD/2+ Fr*0.083对于B点: FNH2*0.290= Ft*0.207; FNV2*0.290+FaD/2= Fr*0.207所以 FNH1=Ft*0.083/.290=9748*0.083/.290=2790N FNH2=Ft*0.207/0.290=9748*0.207/0.290=6958N Ma=FaD/2=1389*0.068/2=47.23N FNV1=(FaD/2+Fr*0.083)/.290=(47.23+3584*0.083)/.290=1188.63N FNV2=(Fr*0.207-Ma)/0.290=(3584*0.207-47.23)/0.290=2395.37N根据计算可得:载荷水平面H垂直面V 支反力FFNH1=2790N, FNH2=6958NFNV1=1188.63N, FNV2=2395.37N 弯矩M MH=577514NMV1=246046.4N,MV2=195827.71N 总弯矩M1=(5775142+246046.42)1/2=627742.98NmmM2=(5775142+195827.72)1/2=609812.19Nmm 扭矩TT=1870839Nmm 其次是按弯扭合成应力校核轴的强度,进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度.根据参考文献可知,轴的弯扭合成强度条件为: 式中：-轴的计算应力 M1-轴所受的弯矩 W-轴的抗弯截面系数， -折合系数，当扭转切应力为脉动循环变应力时，取0.6 -对称循环变应力时轴的许用弯曲应力由于选定轴的材料为45钢,采用调质处理,所以由参考文献中的表15-1可查得=60Mpa.所以 =(627742.982+(0.6*1870839)2)1/2/W =40.90Mpa60Mpa符合要求,所以安全. 接下去我是进行了轴的刚度校核计算1). 轴的弯曲刚度校核计算 常见的轴大多可视为简支梁,若是光轴,可直接利用公式计算.若是阶梯轴,可用当量直径法作近似计算.根据参考文献可得: 式中：li阶梯轴第段的长度；di阶梯轴第段的直径；L阶梯轴的计算长度；Z阶梯轴计算长度内的轴段数；根据图7所示: l1=60 d1=60 l2=70 d2=68 l3=16 d3=76 l4=80 d4=68 l5=28 d5=56 l6=60 d6=48 l7=80 d7=40式中L=394代入计算当量dv=51.16根据参考文献可知轴的弯曲刚度条件为:挠度： yy 偏转角： 挠度、偏转角的计算公式： y=PL3/48EI =PL2/16EI 式中：E材料的弹性模量对钢材E=210Gpa；I轴截面的极惯性矩，对于圆轴，；L阶梯轴的长度；P阶梯轴所受的力, P=3584N许用挠度根据参考文献15-5,由于低速轴是安装蜗轮的轴,所以y= （0.020.05）ma, 由于是安装蜗轮处轴的截面，所以允许偏转角=0.0010.002.我在设计中取y=0.03*6.3(蜗轮的端面模数)=0.189mmy=3584*3943*64/48*210000*684*=0.020y=3584*3942*64/16*210000*684*=0.00016所以弯曲刚度是合格的.2). 轴的扭转刚度校核计算由参考文献可知: 轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示，圆轴扭转角单位为的计算公式为：阶梯轴： 式中：G轴的材料的剪切弹性摸量，单位为Mpa,对于钢材，G=；L阶梯轴所受扭矩作用的长度Z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。分别代表阶梯轴第I段上所受的扭矩、长度和极惯性矩。轴截面的极惯性矩，对于圆轴: 由上述代入可计算出=0.63 这里要说明的是:首先低速轴只是一般的传动轴.其次是式中的为每米长的允许扭转角,与轴的使用场合有关,而对于像低速轴这样的一般传动轴来说,其的允许范围是0.51之间,而对于一些精密的传动轴来说, 的允许范围则为0.250.5之间,而对于一些精度要求不高的轴来说,其甚至可以取到1. 对电梯整体的计算到此结束第三章 软件控制部分：硬件方面的设计3.1外部接线图控制电路图为控制电路,由N1,N2接入,接PLC与控制电路正反转端.其中X0为超重的行程开关,X11,X12,X13,X14为1楼至4楼的行程开关.X4,X5,X6,X7则分别为1楼到4楼的按钮.X10为启动数码管的按钮.输出端方面,Y13,Y14,Y15,Y16为1楼至4楼的指示灯.Y11为电梯的上升,Y12为电梯的下降.PLC在接一个变频器,变频器主要来控制电梯上升与下降时的加速与减速的控制 1). 主要是轿内的楼层选择数字键1到4,各层门厅按钮,除一层只设置上升按钮,四层只设置下降按钮,其他几层设置上升和下降两个按钮. 2). 为确保电梯的正常停止,在各层设置位置监测元件,当电梯运行到每层时,对应的监测元件给出信号到PLC 3). 对电机进行控制的输出,包括正向控制,反向控制,快速控制和慢速控制4个输出.其中正反向控制输出点驱动继电器完成对电机方向的控制,快慢速输出所驱动的继电器是实现对加减速电阻的控制,而具体的电机速度变化的实现方式依据实际情况不同而不同.而在我的设计中,只是加入了快速和慢速的功能 3.2I/O借口这次设计我采用的是FX2N-48MT型的PLC,如工作示意图与I/O接口图所示的,1层到4层的转换是由限位开关来完成的.同时控制四层的按钮为X4,X5,X6,X7四个按钮.在输出端,首先是四层楼的四个指示灯,随后是KM1和KM2两个接触器分别代表了电梯的上升和下降.N端与L端两端是由变压器接出的220V的电.电梯控制示意图3.3程序控制 这次设计最为重要的就是如何控制四层电梯面对各种情况下的动作.首先明确的是电梯分上升和下降两个情况.下面是我对于编程的分析.程序段1本段程序为1层到4层数码管显示的命令,程序的意思是将数字1,2,3,4分别输入数码管,当哪层得到命令时,则对应该层的数码管显示.最后一句的目的就是启动数码管.1. 较为简单的单层呼叫.(详见程序段2)1). 停在1层时,2层,3层,4层分别呼叫,电梯下降,因为是1层,所以电梯只是下降.2). 停在4层时,1层,2层,3层分别呼叫,由于是在4层,所以电梯只是上升.3). 停在2层时,当1层呼叫时,电梯下降,而当3层和4层分别呼叫时,电梯就上升.4). 停在3层时,4层呼叫,电梯上升,而当1层,2层分别呼叫时,电梯则下降.程序段22. 接下来是2层同时呼叫的情况. 1). 停在1层时,当2层和3层同时呼叫时,则看2层和3层哪一层率先呼叫,如果2层先呼叫,则先上升到2层,再上升到3层.若3层先呼叫,则先上升到3层,随后再下降到2层.当2层和4层以及3层和4层同时呼叫时,情况和上面2层和3层同时呼叫时的情况相同. 2). 当电梯停在4层时, 当2层和3层同时呼叫时,则也是先看哪层率先呼叫,2层先则先下降到2层再上升3层,若3层先呼叫则先下降到3层再下降到2层.停在4层时的情况也是这样.3). 停在2层时,也是看哪一层率先呼叫,率先呼叫的层先运动. 4). 停在3层时,同样也是看哪一层先呼叫,先呼叫的层先运动.程序段3如程序段3所示,我列出的是电梯在四层时的两层同时呼叫的情况,电梯停在其余层时的情况和停在四层的情况是一样的.(电梯停在1层时不可能).比如说1层与2层同时呼叫时,则按上面所说的看哪层率先呼叫,假设第2层先呼叫,则程序段3中最后1段里的M7接通,(虽然上面的M6也接通,但是由于是2层先呼叫,所以当到2层时,只有最后1段里的接通,接通的同时,时间继电器T2也得电,延时之后,程序段3中最上面1段里的T2接通了,这时本来由于断开而断开的线路又由T2这路接通了,电梯则开始下降到1层再停止.这里要说明的是Y11是下降的线圈.程序段4再如程序段4所示的,这是当电梯停在1层时,2层同时呼叫时的情况.比如当电梯停在1层时,2层与3层同时呼叫,按上面说的看哪一层率先呼叫,假设2层率先呼叫,则先上升到2层,当上升到2层之后,程序段5中的
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