電梯門(mén)(轎廂系統(tǒng))

1、河南科技學(xué)院機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)論文題目：電梯門(mén)系統(tǒng)（包括轎廂系統(tǒng)）學(xué)生姓名： 孟珊珊所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育131導(dǎo)師姓名： 聶永芳 王玉萍完成時(shí)間：2016 年 6 月 24 日摘 要在科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、人民生活水平日益提高的今天，電梯在日常生活中已經(jīng)占有越來(lái)越重要的地位，對(duì)電梯也提出了更高的要求。最為電梯系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，電梯門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)的重要性不言而喻。由于現(xiàn)在技術(shù)存在或多或少的問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)一種控制方法簡(jiǎn)單、開(kāi)門(mén)安全可靠、使用性強(qiáng)的多用途載人也可以承載一定重量的物品。 將可編程程序控制器PLC與通用變頻器結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于電梯門(mén)機(jī)的控制，大大提高了電梯門(mén)機(jī)的可靠性、平

2、穩(wěn)性、可維護(hù)性、已經(jīng)靈活應(yīng)用性，延長(zhǎng)電梯的使用壽命。使得電梯控制系統(tǒng)更容易的完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，并能獲得較好的速度曲線，能使電梯門(mén)在安全平穩(wěn)的狀態(tài)下運(yùn)行，其許多優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)電梯無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 該電梯的控制有手動(dòng)和自動(dòng)控制開(kāi)門(mén)的功能，并且具有自動(dòng)調(diào)速功能。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件以及軟件的設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)的模擬仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)控制的目的。 關(guān)鍵字： 可編程控制器PLC ， 變頻器 ， 電梯門(mén)機(jī) ，程序控制 目 錄引 言1一、電梯總設(shè)計(jì)方案21.1電梯系統(tǒng)簡(jiǎn)介21.2電梯門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)21.3 電梯曳引系統(tǒng)41.4電梯導(dǎo)向系統(tǒng)（安全系統(tǒng)）5二、轎廂門(mén)設(shè)計(jì)72.1電梯開(kāi)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.2

3、電梯電動(dòng)機(jī)的選擇82.3設(shè)計(jì)電梯開(kāi)門(mén)開(kāi)門(mén)時(shí)間92.4電梯門(mén)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)102.5設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)帶輪尺寸122.6門(mén)機(jī)制動(dòng)裝置的選擇13三、電梯轎廂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)133.1上、下梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.2立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.3確定鋼材材料153.4校核轎廂上、下梁，左、右立柱強(qiáng)度校核153.4.1立柱強(qiáng)度校核計(jì)算：173.4.2上梁強(qiáng)度計(jì)算183.4.3下梁強(qiáng)度計(jì)算19四 、二維、三維圖形展示204.1三維仿真圖204.2二維草圖繪制23五、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)245.1控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖245.2控制目的和要求255.3控制方案的確定265.4控制系統(tǒng)的組成265.5控制電路的設(shè)計(jì)275.5.1主電路的設(shè)計(jì)2

4、75.5.2 PLC輸入輸出外部接線圖：285.5.3 PLC輸入輸出I/O295.5.4開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)的PLC程序圖30六、電器元件的選擇30七、平層及開(kāi)門(mén)裝置31八、電梯工作流程圖3233總 結(jié)34心得體會(huì)35參考文獻(xiàn)36引 言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，梯群建筑不斷增多，電梯在當(dāng)今社會(huì)的生活中有著廣泛的應(yīng)用，電梯作為樓群建筑中垂直運(yùn)動(dòng)的交通工具已與人們的日常生活密不可分。根據(jù)電梯的用途分類(lèi)，有乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、船用電梯、汽車(chē)用電梯、建筑施工電梯，由此可見(jiàn)電梯的種類(lèi)繁多。電梯由八大系統(tǒng)組成，曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、門(mén)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖

5、動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。門(mén)系統(tǒng)由轎廂門(mén)、層門(mén)、開(kāi)門(mén)機(jī)、門(mén)鎖裝置等部分組成電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，大部分電梯控制系統(tǒng)都采用隨機(jī)邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采電，運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成：第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的集選控制。從控制方式和功能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。而PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，所以開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)的采用PLC控制。 一、電梯

6、總設(shè)計(jì)方案1.1電梯系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯的使用越來(lái)越普遍，已從原來(lái)只在商業(yè)大廈、賓館使用，過(guò)渡到辦公樓、居民樓等場(chǎng)所使用。根據(jù)電梯的用途分類(lèi)，有乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、船用電梯、汽車(chē)用電梯、建筑施工電梯，由此可見(jiàn)電梯的種類(lèi)繁多。電梯由八大系統(tǒng)組成，曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、門(mén)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。門(mén)系統(tǒng)由轎廂門(mén)、層門(mén)、開(kāi)門(mén)機(jī)、門(mén)鎖裝置等部分組成。本文正是設(shè)計(jì)電梯門(mén)的機(jī)械裝置。  1.2電梯門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)門(mén)系統(tǒng)是電梯的八大系統(tǒng)之一，電梯門(mén)從安裝位置來(lái)分可分為兩種：裝在井道入口層站處的

7、為層門(mén)；裝在轎廂入口處的為轎廂門(mén)。層門(mén)和轎廂門(mén)按照結(jié)構(gòu)形式可分為中分門(mén)、旁開(kāi)門(mén)、鉸鏈門(mén)等，其中乘客電梯主要采用中分式門(mén)，如圖2所示。自動(dòng)門(mén)機(jī)是安裝于轎廂頂上，它在帶動(dòng)轎門(mén)啟閉時(shí)，還需通過(guò)機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)層門(mén)與轎門(mén)同步啟閉。為使電梯門(mén)在啟閉過(guò)程中達(dá)到快，穩(wěn)的要求，必須對(duì)自動(dòng)門(mén)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。當(dāng)用小型直流伺服電機(jī)時(shí)，可用電阻串并聯(lián)方法。采用小型交流轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)時(shí)，常用加渦流制動(dòng)器的調(diào)速方法。直流電機(jī)調(diào)速方法簡(jiǎn)單，低速時(shí)發(fā)熱較少，交流門(mén)機(jī)在低速時(shí)電機(jī)發(fā)熱厲害，對(duì)三相電機(jī)的堵轉(zhuǎn)性能及絕緣要求均較高。圖2 中分式電梯門(mén)結(jié)構(gòu)1-轎門(mén) 2-層門(mén)電梯層門(mén)和轎廂門(mén)一般由門(mén)、導(dǎo)軌架、滑輪、滑塊、門(mén)框、地坎等部件

8、組成，如圖3。門(mén)一般由薄鋼板制成，為了使門(mén)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，在門(mén)的背面配有加強(qiáng)筋；為了減小們運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的噪聲，門(mén)板背面涂貼防震材料。門(mén)導(dǎo)軌由扁鋼和C型折邊導(dǎo)軌兩種，門(mén)通過(guò)滑輪與導(dǎo)軌相連，門(mén)的下部裝有滑塊插入地坎的滑槽中；門(mén)的下部導(dǎo)向用的地坎由鋁或銅材制作（乘客電梯）。圖3 中分式電梯門(mén)結(jié)構(gòu)1-層門(mén) 2-轎廂門(mén) 3-門(mén)套 4-轎廂 5-門(mén)地坎 6-門(mén)滑輪 7-層門(mén)導(dǎo)軌架 8-門(mén)扇 9-層門(mén)立柱 10-門(mén)滑塊目前居民住宅區(qū)電梯廣泛應(yīng)用的都是中分門(mén)，故本次設(shè)計(jì)仍然以現(xiàn)有的中分門(mén)為設(shè)計(jì)對(duì)象。圖4 中分式電梯門(mén)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1-撥桿 2-減速帶輪 3-開(kāi)關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī) 4-開(kāi)關(guān)門(mén)調(diào)速開(kāi)關(guān) 5-掉門(mén)導(dǎo)軌

9、6-門(mén)刀 7-安全觸板 8-門(mén)滑塊 9-轎門(mén)踏板 10-轎門(mén)1.3 電梯曳引系統(tǒng)電梯牽引系統(tǒng)是一種安裝在電梯提升間中用于鋼絲繩牽引電梯的電梯驅(qū)動(dòng)器包括：傳動(dòng)裝置、直立位置的電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器和用于為電梯機(jī)箱提供垂直運(yùn)動(dòng)的懸掛元件。電梯曳引機(jī)，是電梯的主拖動(dòng)機(jī)械，按驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型可分為直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)兩類(lèi)；按有、無(wú)減速器來(lái)分類(lèi)，可分為有齒輪和無(wú)齒輪兩類(lèi)。以前，有齒輪曳引機(jī)一般用于低速、快速交流電梯，無(wú)齒輪曳引機(jī)一般用于高速直流電梯。現(xiàn)代拖動(dòng)技術(shù)中廣泛地采用了VVVF（變壓變頻）技術(shù)，無(wú)齒輪交流同步曳引機(jī)在低速、快速電梯中也得了大量應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)電梯大量使用的是蝸輪蝸桿減速器有齒輪曳引機(jī)，

10、它主要由電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器、聯(lián)軸器、減速器、曳引輪和底座等組成，其結(jié)構(gòu)仿真圖如下：圖5 曳引裝置仿真1.4電梯導(dǎo)向系統(tǒng)（安全系統(tǒng)）1. 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。由導(dǎo)軌架、導(dǎo)軌、導(dǎo)靴等部件組成。導(dǎo)向系統(tǒng)在電梯運(yùn)行過(guò)程中，限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只沿著各自的導(dǎo)軌做升降運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生橫向的擺動(dòng)和振動(dòng)，保證轎廂和對(duì)重運(yùn)行平穩(wěn)不偏擺。2.限速器一股安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，張緊裝置位于并道底境用壓導(dǎo)飯固定在導(dǎo)軌上，在電梯正常運(yùn)行時(shí)，限速器不起作用，限速器按結(jié)構(gòu)形式分有剛性和彈性甩錘式及甩球式三種跟速器。它們的工作原理都是通過(guò)甩銹或甩球朗離心

11、力來(lái)體現(xiàn)轎廂的運(yùn)行速度的。3.安全鉗和限速器相配套使用起到了對(duì)轎廂超這保護(hù)的作用。安全鉗根據(jù)動(dòng)作方式可分為瞬時(shí)動(dòng)作式安全鉗和滑移動(dòng)作式安全鉗兩種，當(dāng)與剛性甩錘式限速裝置配套時(shí)，安全鉗用瞬時(shí)動(dòng)作式。與彈性甩錘式或甩球式限位器配套時(shí)，用滑移動(dòng)作式。當(dāng)矯廂或?qū)χ剡\(yùn)行速度超違時(shí)，安全鉗應(yīng)能接受限速器的操縱通過(guò)鋼絲組及安全鉗傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使位于安全嘴內(nèi)的斜面楔塊楔緊在安全嘴、蓋扳及導(dǎo)軌之間，從而將領(lǐng)廂制停在導(dǎo)軌上。其安全控制系統(tǒng)圖如下：圖6安全控制系統(tǒng)原理 PLC控制程序圖：圖7 安全程序控制PLC 二、轎廂門(mén)設(shè)計(jì)2.1電梯開(kāi)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)門(mén)的高度為2300 mm、單扇門(mén)寬為686 mm、厚度為110 mm。封

12、閉式門(mén)扇一般用115 mm厚的鋼板制造，中間輔以加強(qiáng)筋。有時(shí)為了加強(qiáng)門(mén)扇的隔音效果和提高減振作用，在門(mén)扇的背面涂設(shè)一層阻尼材料，如油灰等，本次設(shè)計(jì)門(mén)扇的鋼板厚度采用1.5mm。（轎廂）電梯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下:圖8 電梯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、曲柄2、連桿、3、搖桿、4、連桿、5、滑塊因?yàn)殚T(mén)機(jī)構(gòu)為對(duì)稱布置，所以進(jìn)行自由度的計(jì)算僅僅計(jì)算單扇門(mén)的自由度即可：圖9單扇門(mén)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 由機(jī)械設(shè)計(jì)15公式可得：F=3n-(2P12Ph)=3×5-2×7=15-14=1即：開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)的自由度為1，滿足要求。開(kāi)、關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)工作原理：開(kāi)、關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)置在轎廂上部特制的鋼架上。當(dāng)電梯需要開(kāi)門(mén)時(shí)，開(kāi)關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī)通

13、電旋轉(zhuǎn)，通過(guò)帶動(dòng)帶輪減速，當(dāng)最后一級(jí)減速帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)，門(mén)達(dá)到開(kāi)門(mén)的最終位置。當(dāng)需要關(guān)門(mén)時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)帶輪減速，當(dāng)最后一級(jí)減速帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)，門(mén)達(dá)到關(guān)門(mén)的最終位置。2.2電梯電動(dòng)機(jī)的選擇表1 電梯門(mén)系統(tǒng)不同方案的設(shè)計(jì)參數(shù)方 案門(mén)軸轉(zhuǎn)速關(guān)門(mén)壓力開(kāi)門(mén)速度11000 r/min小于150 N1 m/s21200 r/min小于150 N1.2 m/s3800 r/min小于150 N1.4 m/s1.由表1選擇門(mén)軸轉(zhuǎn)速 關(guān)門(mén)壓力 開(kāi)門(mén)速度 800r/min <150N 1.4m/s由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)14得電動(dòng)機(jī)功率公式：PW=150×1.41000=

14、0.21KWPd=PWhaha=h帶=0.97Pd=PWha=0.210,97=0.216KWhW=60×1.4D對(duì)于開(kāi)、關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī)的功率要求，如門(mén)的電動(dòng)機(jī)功率不夠，就不能保證電梯正常開(kāi)、關(guān)門(mén)的要求，關(guān)門(mén)夾人的力不超過(guò)電梯安全規(guī)程中規(guī)定的150N。根據(jù)所計(jì)算的額定功率選擇電梯轎廂門(mén)電機(jī)，參數(shù)如下;型號(hào)功率額定電流頻率額定轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)極數(shù)Y80M1-20.75Kw1.8A50HZ2830r/min75.0%0.842最小轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電壓三相交流軸徑電動(dòng)機(jī)參數(shù)1.5N×m2.3N×m380v19mm2.3設(shè)計(jì)電梯開(kāi)門(mén)開(kāi)門(mén)時(shí)間 根據(jù)電梯單扇門(mén)長(zhǎng)度為686mm，設(shè)計(jì)電

15、梯單扇開(kāi)門(mén)長(zhǎng)度為550mm，開(kāi)門(mén)速度為1.4m/s，則開(kāi)門(mén)時(shí)間為：（550÷1000）÷1.4= 0.39s2.4電梯門(mén)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)其減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平面圖如下：圖10 減速機(jī)構(gòu)平面圖電梯開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)減速裝置設(shè)計(jì) （其表格均參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）1.門(mén)軸轉(zhuǎn)速 關(guān)門(mén)壓力 開(kāi)門(mén)速度 800r/min <150N 1.4m/s電動(dòng)機(jī)功率：PW=150×1.41000=0.21KWPd=PWhaha=h帶=0.97Pd=PWha=0.210,97=0.216KWhW=60×1.4D由機(jī)械設(shè)計(jì)15得三角帶的傳動(dòng)比一般取i<7 一般i=2-5.根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)需要確定

16、一級(jí)傳動(dòng)比為i1=6 二級(jí)傳動(dòng)比i2=5試選傳動(dòng)比為i=3因?yàn)楣ぷ鬏d荷變動(dòng)M、每天工作小時(shí)>16h,由機(jī)械設(shè)計(jì)15表88查得KA=1.3Pca=KA×P=1.3´216.49=281.44W因?yàn)閕=n1n2=n1800=3所以n1=2400r/min由機(jī)械設(shè)計(jì)15表88查得小帶輪直徑dd1=50mm Z型V=dd1n160000=×50×240060000=6.28m/s計(jì)算大帶輪直徑：dd2=idd1=3´50=150mm 并根據(jù)表8-8查得標(biāo)準(zhǔn)直徑dd2=150mm由機(jī)械設(shè)計(jì)15帶輪的設(shè)計(jì)查的中心距公式：確定中心距a0： 0.7（dd

17、1+dd2）<a0<2（dd1+dd2） 0.7´(50+150)< a0<2´(50+150) 140mm<a0<400mm方便結(jié)構(gòu)緊湊取偏小值230mm計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度：Ld¢=2a0+2（dd1+dd2）+（dd2-dd1）2/4a0=2´230+2´(50+150)+(150-50)2/4´230=785.03mm由表82查帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度780mm實(shí)際中心距：a=a0+Ld-Ld¢2=230+780-785.032=227.49mma-0.015Ld£a¢£a

18、+0.031Ld227.49-0.015´780£a¢£227.49+0.031´780215.79£ a¢£251.67驗(yàn)算小帶輪包角：a³90° a=180°-dd2-dd1a×57.3° =180°-150-50227.49´57.3° =154.81°計(jì)算單根v帶額定功率Pr由基準(zhǔn)直徑dd1=50mm 電機(jī)轉(zhuǎn)速為2400r/min機(jī)械設(shè)計(jì)15查84 P0=0.22KW根據(jù)轉(zhuǎn)速n=2400r/min i=3和Z型帶查表8

19、5 DP0=0.04KW查表86得包角修正系數(shù)Ka=0.928由表8-2查帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL=1.00所以Pr=（P0+DP0）´Ka´KL=（0.22+0.04）´0.928´1=0.241KWE=PcaPr=0.2810.241=0.16選擇1根Z型V帶2.5設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)帶輪尺寸根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)15確定帶輪尺寸計(jì)算曲柄輪直徑：由n2=800r/min又因?yàn)?V=nD60000=800×D60000=1.4m/s求得D=33.44mm確定大小帶輪尺寸型號(hào)dd1=50mm 為實(shí)心式 Y80M1-2電動(dòng)機(jī)軸徑為19mmZ型帶 hamin=2mm hfm

20、in=7mm因?yàn)閐a1=2ha+dd1=2´2+50=54mmL=(1.52)d=1.5´19=28.5mmd1=(1.82)d=38mm單根V帶：B=2f=2´7=14<1.5´19=28.5所以B=L=28.5mm大帶輪dd2=150mm 采用腹板式確定輸出軸最小直徑1. 求輸出軸上功率P2 轉(zhuǎn)速n2P2=P1h=0.216´0.97=0.210KNn2=800r/min根據(jù)公式：dmin=A03P2n2根據(jù)表153 45鋼 A0=112所以dmin=112´30.210800=7.17mm選擇標(biāo)準(zhǔn)45鋼外形尺寸選擇外形尺寸

21、為15mm的退火鋼軸確定腹板式帶輪尺寸d2=15mm dd2=150mm da1=2ha+dd2=2´2+150=154mmL=(1.52)d=1.5´15=22.5mmB=2f=14mm<1.5d所以B=L=22.5mmd1=(1.82)d=30mmC¢=(17-14)B=14´22.5=5.625mm鍵 b´h=5´5 緊連接軸和轂偏差為：-0.042-0.012t=2.5 t1=1.8 L=18mm曲柄輪：D=33.44mm 做成型體式帶輪結(jié)構(gòu)即可與軸配合采用過(guò)盈配合取B=10mm2.6門(mén)機(jī)制動(dòng)裝置的選擇1. 根據(jù)電氣控制

22、與PLC應(yīng)用11選擇制動(dòng)裝置：采用電氣制動(dòng)控制 電磁抱閘制動(dòng) 并配合極限位置開(kāi)關(guān)電梯門(mén)機(jī)：用速度控制的可以不用編碼器，使用行程開(kāi)關(guān)和多段速度控制，使用距離控制的一定要用編碼器，所以電梯門(mén)機(jī)不用編碼器三、電梯轎廂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1上、下梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)電梯與自動(dòng)扶梯的安裝與維護(hù)16上、下梁初步選用18a槽鋼背對(duì)背，其大致機(jī)構(gòu)如下圖所示：圖11電梯上、下梁機(jī)構(gòu)形式 本組設(shè)計(jì)電梯額定承載人數(shù)為13人，額定載重量為1000kg，根據(jù)電梯外形參考尺寸選擇電梯轎廂外形尺寸為1600×1400 mm2 ，其轎廂外尺寸為1700×1590 mm2 。3.2立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)電梯與自動(dòng)扶梯的安裝

23、與維護(hù)16立柱選用單體結(jié)構(gòu)：即用單根槽鋼為立柱，剛度初選用3400mm 18a 槽鋼，結(jié)構(gòu)如下：圖12槽鋼結(jié)構(gòu) 3.3確定鋼材材料 選用Q235-A，其主要力學(xué)性能數(shù)據(jù)依據(jù)機(jī)械工程材料與成型技術(shù)/劉貫軍2。s屈服強(qiáng)度=235MPa,b 抗拉強(qiáng)度=375MPa ，彈性模量200GP ; 切變模量：G=79.4GP ，轎廂正常運(yùn)行及安裝工況時(shí)安全系系數(shù)去S=2.5。安全鉗動(dòng)作及轎廂撞緩沖器時(shí)S=2.1，其大致結(jié)構(gòu)形狀下圖所繪： 圖13 轎廂架結(jié)構(gòu)圖 3.4校核轎廂上、下梁，左、右立柱強(qiáng)度校核主要參考數(shù)據(jù)機(jī)械工程材料與成型技術(shù)2查的材料參數(shù)Q235-As屈服強(qiáng)度=235MPa,b 抗拉強(qiáng)度=375M

24、Pa ，彈性模量200GP ; 切變模量：G=79.4GP ，轎廂正常運(yùn)行及安裝工況時(shí)安全系系數(shù)去S=2.5。安全鉗動(dòng)作及轎廂撞緩沖器時(shí)S=2.1， 轎廂結(jié)構(gòu)尺寸如下：圖14轎廂結(jié)構(gòu)尺寸 圖15轎廂結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)五金表格所確定尺寸數(shù)據(jù)校核上、下梁左右立柱強(qiáng)度，立柱強(qiáng)度校核選擇18a槽鋼其參數(shù)A、WY、iy均摘自五金手冊(cè)5。3.4.1立柱強(qiáng)度校核計(jì)算：其截面尺寸如下：圖16槽鋼截面尺寸 A=25.699cm2 理論重量=20.174kg/mIY=98.6cm4 WY=20.0cm3 iy=1.96cm由機(jī)械設(shè)計(jì)15公式：max=ML4HWY+P12AL-主柱最大自由長(zhǎng)度取3000mmH-為上、下導(dǎo)

25、靴之間中心距取3.5mm拉力P1=（P+Q）g=(1000+1000)´9.8=19.60KNM=Qg2´b4=1000×9.8×1.48=1.715KN×mmax=1.715×103×34×3.5×20×10-6´10-6+19.60×1032×25.699×10-4´10-6 =22.188MPa1=sn n為安全系數(shù)取7.5倍則1=2357.5=31.33MPa22.188MPa<31.33MPa即立柱強(qiáng)度滿足要求上、下梁強(qiáng)度校核，因

26、為上、下梁結(jié)構(gòu)相同，故反校核一對(duì)即可由機(jī)械設(shè)計(jì)15立柱剛度：IY=KL318EHL-立柱高度E-材料彈性模量K=Qgb8=1000×9.8×1.48=1715N×m即：IY=KL318EH=1715×103×3000318×200000×3500=3675000mm4=0.0368cm4因?yàn)镮Y=98.6cm4>IY=0.0368cm4即立柱剛度滿足要求3.4.2上梁強(qiáng)度計(jì)算圖17槽鋼結(jié)構(gòu)尺寸校核上、下梁校核，選用18a槽鋼其參數(shù)由五全手冊(cè)5查出：A=25.699cm2 WX=141cm3IX=1270cm4 L-梁長(zhǎng)

27、取1690mm由機(jī)械設(shè)計(jì)15得：Mmax=TL4=P+Qg×1.694´10-3=8.281KN×mmax=Mmax2WX=8.281×1062×141×103=29.365MPa1=sn=2357.5=31.33MPa1>X即上梁強(qiáng)度滿足要求由機(jī)械設(shè)計(jì)15得：剛度校核：因?yàn)閒max=TL348EL=19.6×103×1.69348×2×1011×1.27×10-5 =0.00078mfmax=0.7mm<fk=1690960=1.76mm所以上梁剛度滿足要求圖1

28、8上梁剛度受力圖3.4.3下梁強(qiáng)度計(jì)算選用18a槽鋼其參數(shù)由五全手冊(cè)5查出：A=25.699cm2 WX=141cm3IX=1270cm4 L-梁長(zhǎng)取1690mm由機(jī)械設(shè)計(jì)15得：Mmax=TL4=P+Qg×1.694´10-3=8.281KN×mmax=Mmax2WX=8.281×1062×141×103=29.365MPa1=sn=2357.5=31.33MPa1>X即下梁強(qiáng)度滿足要求剛度校核：因?yàn)閒max=TL348EL=19.6×103×1.69348×2×1011×1.

29、27×10-5 =0.00078mfmax=0.7mm<fk=1690960=1.76mm所以下梁剛度滿足要求四 、二維、三維圖形展示4.1三維仿真圖采用SolidWorks軟件其仿真步驟如下：1.轎廂架繪制：繪制草圖 -拉伸。2.轎廂門(mén)繪制：繪制門(mén)草圖-拉伸110mm。3.轎廂繪制：草圖繪制（線性陣列外框）-拉伸-插入基準(zhǔn)面（草圖繪制）-拉伸切除-完成。4.帶輪、軸的繪制：草圖繪制-退出草圖旋轉(zhuǎn)，如圖20、21、22。5.滾動(dòng)輪、導(dǎo)軌的繪制：草圖繪制-退出草圖旋轉(zhuǎn)而成，導(dǎo)軌拉伸而成。并通過(guò)同軸-重合將滾輪與導(dǎo)軌將門(mén)進(jìn)行配合。6.開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)的繪制：通過(guò)拉伸-切除命令繪制草圖連桿1

30、、2、3，以及銷(xiāo)軸進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的配合。7.將電梯轎廂各個(gè)部分進(jìn)行配合、仿真，其仿真結(jié)果如圖19所示：圖19電梯轎廂仿真 圖20大帶輪圖21大帶輪與軸的配合圖22 開(kāi)門(mén)曲柄 4.2二維草圖繪制大帶輪二維圖的繪制時(shí)通過(guò)SolidWorks軟件將三維零件圖轉(zhuǎn)換為二維圖圖23大帶輪工程圖24 軸二維工程 圖25 大帶輪與軸二維工程 五、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1控制內(nèi)呼信號(hào)指示系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖：外呼信號(hào)輸入輸出端口PLC輸入端入口外呼電梯輸入信號(hào)曳引電機(jī)和門(mén)電機(jī)變頻器控制開(kāi)關(guān)門(mén)控制樓層指示運(yùn)行方向指示開(kāi)關(guān)門(mén)輸入內(nèi)呼電梯輸入信號(hào)5.2控制目的和要求在本次的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中一律采用PLC控制，要求根據(jù)經(jīng)濟(jì)型、平穩(wěn)

31、性、安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)。門(mén)控制系統(tǒng)要求：開(kāi)門(mén)控制:電梯門(mén)再打開(kāi)時(shí)，一般有三級(jí)調(diào)速。開(kāi)始以某一高速開(kāi)門(mén)；開(kāi)門(mén)達(dá)到70%左右時(shí)，換速成某一低速：當(dāng)開(kāi)門(mén)達(dá)到90%左右時(shí)，以一更低的速度爬行；當(dāng)碰觸終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)門(mén)電路斷開(kāi)，開(kāi)門(mén)過(guò)程結(jié)束。開(kāi)門(mén)方式要求自動(dòng)開(kāi)啟和手動(dòng)開(kāi)啟。關(guān)門(mén)控制：電梯門(mén)在關(guān)閉時(shí)，一般有四級(jí)變速。開(kāi)始以某一高速關(guān)門(mén)；關(guān)門(mén)達(dá)到60%左右時(shí)，換成某一低速；當(dāng)開(kāi)門(mén)達(dá)到80%左右時(shí)，以一更低的速度運(yùn)行；當(dāng)開(kāi)門(mén)達(dá)到90%時(shí)，以比前端更低的速度爬行；當(dāng)碰觸終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，關(guān)門(mén)電路斷開(kāi)，關(guān)門(mén)結(jié)束。當(dāng)電梯門(mén)完全關(guān)閉后，要求安全鎖死，運(yùn)行中不得開(kāi)啟。運(yùn)行控制要求：設(shè)計(jì)層為四層電梯通電后，對(duì)電梯進(jìn)行初始化，

32、電梯下行直至到一層。當(dāng)有外呼信號(hào)時(shí)，電梯響應(yīng)該呼叫信號(hào)，等到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止并打開(kāi)電梯門(mén)，之后延時(shí)10后再自動(dòng)關(guān)門(mén)。當(dāng)有內(nèi)呼信號(hào)時(shí)，電梯響應(yīng)呼叫信號(hào)，等到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止并打開(kāi)電梯門(mén)，同樣要延時(shí)延時(shí)5秒后再自動(dòng)關(guān)門(mén)。可以通過(guò)指示燈來(lái)顯電梯轎廂的指令信號(hào)和電梯的到達(dá)信號(hào)以及電梯轎廂外的呼喚信號(hào)。電梯可以正確判斷電梯的行駛方向，并通過(guò)發(fā)出響應(yīng)的指示信號(hào)來(lái)提示乘客。電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼響應(yīng)功能。例如當(dāng)電梯在一樓，而在三層有向下外呼請(qǐng)求，且同時(shí)在四層與六層有向下外呼請(qǐng)求時(shí)，則電梯會(huì)先去六樓響應(yīng)四層的向下外呼請(qǐng)求信號(hào)在返回到一樓。電梯在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)呼叫信號(hào)進(jìn)具有記憶功能。電梯上下運(yùn)行是有一臺(tái)交

33、流雙速電機(jī)牽引。電機(jī)正轉(zhuǎn)，電梯上升，電梯反轉(zhuǎn)，電梯下降。電梯轎廂門(mén)是由另一臺(tái)小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)，轎門(mén)打開(kāi)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，轎門(mén)關(guān)閉。在電梯的運(yùn)行過(guò)程中完成電梯的加速和減速過(guò)程。5.3控制方案的確定本次設(shè)計(jì)的電梯系統(tǒng)有4層，開(kāi)關(guān)比較多，估計(jì)需要PLC輸入輸出點(diǎn)70左右，而且通過(guò)經(jīng)濟(jì)型和實(shí)用性的綜合考慮，采用三菱FX-80MR可編程控制器完成本次設(shè)計(jì)。FX2N-80MR 屬于三菱FX2N 系列，其特點(diǎn)有：1） 集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。對(duì)6種基本段元，可以最小8點(diǎn)為單元鏈接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。2） 高速運(yùn)算基本指令：0.08 us/指令；應(yīng)用指令：1

34、.52幾百u(mài)s/指令安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格；內(nèi)置8000步RAM存貯器，安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。3） 豐富的軟件范圍輔助繼電器:3072點(diǎn)，定時(shí)器：256點(diǎn)，計(jì)數(shù)：235點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)除了具有輸入輸出16256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。4） 面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格，為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能；開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O,高速計(jì)數(shù)器。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。5.4控制系統(tǒng)的組成PLC的軟件：PLC的軟件系統(tǒng)指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（

35、應(yīng)用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC編程語(yǔ)言（如梯形圖）制的應(yīng)用程序。工作原理:PLC工作分為三個(gè)階段：輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。輸入處理，PLC采用循環(huán)掃描方式工作，從第一條指令開(kāi)始，再無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行。PLC的程序執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。（3）輸出處理階段，當(dāng)PLC處理完全部指令后，將輸出映像寄存器中的狀態(tài)全部輸?shù)芥i存寄存器中。5.5控制電路的設(shè)計(jì)5.5.1主電

36、路的設(shè)計(jì)為了完成電梯的控制需求，實(shí)現(xiàn)曳引電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和門(mén)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，需要設(shè)計(jì)好電梯控制系統(tǒng)的主電路和控制電路。在電梯控制系統(tǒng)的主電路中當(dāng)曳引電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)電梯下降，當(dāng)曳引電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)電梯上升。而當(dāng)門(mén)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)電梯開(kāi)門(mén)，當(dāng)門(mén)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)電梯關(guān)門(mén)。其控制原理依據(jù)電器控制及PLC12具體的電氣控制系統(tǒng)主電路圖25：圖26 電梯開(kāi)門(mén)主電路5.5.2 PLC輸入輸出外部接線圖：圖27 I/O輸入輸出外部接線5.5.3 PLC輸入輸出I/O分配表如下I/O分配表輸入名稱符號(hào)分配名稱分配開(kāi)門(mén)按鈕SB11X13一層上呼信號(hào)登記繼電器R5關(guān)門(mén)按鈕SB12X14二層上呼信號(hào)登記繼電器R6開(kāi)門(mén)到位SQ11X31三層上呼信

37、號(hào)登記繼電器R7關(guān)門(mén)到位SQ12X32四層下呼信號(hào)登記繼電器R10光幕傳感SL2X15三層下呼信號(hào)登記繼電器R11超重傳感SL1X16二層下呼信號(hào)登記繼電器R12一層上樓外呼SB5X5電梯到一層登記繼電器R21二層上樓外呼SB6X6電梯到二層登記繼電器R22三層上樓外呼SB7X7電梯到三層登記繼電器R23四層上樓外呼SB8X10電梯到四層登記繼電器R24三層下樓外呼SB9X11電梯運(yùn)行信號(hào)繼電器R36二層下樓外呼SB10X12電梯上行繼電器R16關(guān)門(mén)檢測(cè)有人-R0電梯下行繼電器R17一層內(nèi)呼信號(hào)登記繼電器-R1到層開(kāi)門(mén)信號(hào)登記繼電器R30二層內(nèi)呼信號(hào)登記繼電器-R2關(guān)門(mén)檢測(cè)有關(guān)延時(shí)關(guān)門(mén)5sT0

38、三層內(nèi)呼信號(hào)登記繼電器-R3開(kāi)門(mén)到位延時(shí)10s自動(dòng)關(guān)門(mén)T1四層內(nèi)呼信號(hào)登記繼電器-R4電梯開(kāi)門(mén)響鈴3sT3輸出名稱輸出線圈分配名稱分配開(kāi)門(mén)繼電器KM1Y13蜂鳴器Y34關(guān)門(mén)繼電器KM2Y145.5.4開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)的PLC程序圖 圖28 PLC開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)控制 六、電器元件的選擇根據(jù)電梯與自動(dòng)扶梯的安裝與維護(hù)16 與傳感器應(yīng)用技巧9 選擇元器件1.超重感應(yīng)器：是一種稱重重量傳感器，是將物體的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電信號(hào)傳遞給線圈。型號(hào)：HDP2072.平層感應(yīng)器：選用專用平層感應(yīng)器 YG25/-28顯示樓層：地下95到地面380層樓層探測(cè)：磁感應(yīng)采集器傳輸線長(zhǎng)：1.5米組件支架：L型 225+80m

39、m復(fù)位組件：電磁感應(yīng)復(fù)位距離:15mm<X<25mm頻響：10HZ6MHZ±3 dB彩色信號(hào)：500米6MHZ鉗位：平均值補(bǔ)償增益：0105 dB低頻補(bǔ)償：1KHZ05MHZ、030 dB高頻補(bǔ)償：2MHZ6MHZ、030 dB主機(jī)尺寸：190´90´40mm3.牽引電動(dòng)機(jī)：齒輪牽引機(jī)為電梯的提升機(jī)構(gòu)，電磁制動(dòng)器（也稱電器包廂），減速器牽引輪組成。4.自動(dòng)門(mén)機(jī)：用來(lái)完成電梯的關(guān)門(mén)和開(kāi)門(mén)。只有當(dāng)電梯停靠在某層站時(shí)，此層廳門(mén)才允許開(kāi)啟（由門(mén)機(jī)拖動(dòng)轎門(mén)，轎門(mén)帶動(dòng)廳門(mén)完成）；也只有當(dāng)廳門(mén)，轎門(mén)全部關(guān)閉后才允許啟動(dòng)運(yùn)行。5.層樓指示燈：層樓指示燈也叫層顯，安裝在

40、每層廳門(mén)的上方和轎廂內(nèi)轎門(mén)的上方，用以指示電梯的運(yùn)行方向及電梯所處位置。6.呼梯盒：用以產(chǎn)生呼叫信號(hào)。常安裝在廳門(mén)外，離地面一米左右的墻壁上?；九c底站只有一只按鈕，中間層站由上呼叫和下呼叫兩個(gè)按鈕組成。7.操作箱：操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供乘客對(duì)電梯發(fā)布動(dòng)作命令。其上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕。8.變頻器的選型。變頻器在這里用來(lái)進(jìn)行交流電機(jī)的調(diào)速，其控制方式是通過(guò)控制電機(jī)定子的電流頻率開(kāi)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通用變頻器FR-S540E的主回路采用的是交一直一交的控制方式。之中變頻器可以自行設(shè)置速度去去掀開(kāi)實(shí)現(xiàn)電梯的精確控制，所以選擇FR-S540E來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的控制要求。9.電梯光幕：是一種光閑式

41、電梯門(mén)安全保護(hù)裝置，適用于客梯、貨梯、保護(hù)乘客的安全。型號(hào)：WECO-917A6-AC22010.樓層傳感器：樓層感應(yīng)器能夠提供更準(zhǔn)確的平層微調(diào)和緩和爬行速度，一般位置應(yīng)在樓層的二分之一處。磁性傳感器型號(hào)為：RM-YA七、平層及開(kāi)門(mén)裝置該裝置如下圖所示：圖29平層及開(kāi)門(mén)裝置 由平層感應(yīng)器及樓層感應(yīng)器組成，上行時(shí)，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車(chē)信號(hào)電梯開(kāi)始減速，至平層信號(hào)出發(fā)時(shí)，發(fā)出開(kāi)門(mén)機(jī)停車(chē)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，抱閘抱死。下行時(shí)，下磁鐵板出發(fā)樓層感應(yīng)器，發(fā)出減速停車(chē)信號(hào)。八、電梯工作流程圖上電初始化等待是否廳外呼叫確認(rèn)本層與目標(biāo)層后是否叫停 與本層是否同向FOUXXIANGXXXIANG向電梯動(dòng)向電梯啟動(dòng)被檢信號(hào)電梯制動(dòng)平層信號(hào)電梯開(kāi)門(mén)延時(shí)開(kāi)門(mén)停止是否目標(biāo)層YNYNYYNNY是否停止運(yùn)行總 結(jié)電梯轎廂、門(mén)的設(shè)計(jì)是結(jié)合現(xiàn)實(shí)際生活中易購(gòu)商城中的觀光電梯、以及學(xué)校圖書(shū)館電梯進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)以及學(xué)校圖書(shū)館資源進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中電梯轎廂的設(shè)計(jì)中，轎廂結(jié)構(gòu)采取簡(jiǎn)單的槽鋼組合結(jié)構(gòu)，校核后其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠，這樣不僅可以使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到要求而且減輕轎廂自身的重量。從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)省生產(chǎn)成本，又滿足了實(shí)際需求。轎廂體的最小面積是根