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模擬電梯機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 課題的研究背景及現(xiàn)實(shí)意義
我國(guó)近幾年高層建筑如雨后春筍般的拔地而起，隨著我國(guó)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，垂直升降式電梯也會(huì)越來(lái)越多，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。為了配合大中專院校、技校、職業(yè)學(xué)校、勞動(dòng)就業(yè)培訓(xùn)中心、電梯維修物業(yè)管理部門等有關(guān)電梯專業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)課程演示實(shí)驗(yàn)，使更多的人能夠更好地了解電梯、使用電梯，培養(yǎng)出更多的電梯專業(yè)人才，適應(yīng)電梯行業(yè)的發(fā)展需要，設(shè)計(jì)并制造仿真電梯就成為當(dāng)下重要的課題。
電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具是機(jī)—電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它涉及電子技術(shù)、機(jī)械工程、電力電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和土建工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，每天都有大量人流及物流需要輸送。為節(jié)約用地和適應(yīng)經(jīng)貿(mào)事業(yè)的發(fā)展，一幢幢高樓拔地而起，這些高層建筑的垂直運(yùn)輸是一個(gè)突出問(wèn)題，與人們的工作和生活緊密相關(guān)。
目前，國(guó)產(chǎn)電梯大部分為繼電器及PLC控制方式，繼電器控制系統(tǒng)性能不穩(wěn)定、故障率高，大大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來(lái)了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢(shì)在必行，而PLC（可編程控制器）在電梯控制中得到了廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)垂直升降式電梯市場(chǎng)剛剛起步，而國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期，與西方國(guó)家在設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)等方面有較大的差異，為了盡快迎合國(guó)際先進(jìn)水平與國(guó)際接軌，我們克服了無(wú)法近距離觀察和研究真實(shí)電梯的缺陷，制造出模擬電梯供有關(guān)人員學(xué)習(xí)和研究。
1.2 國(guó)內(nèi)外電梯業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
電梯是高層賓館，高層商店，高層住宅，多層廠房和多層倉(cāng)庫(kù)等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運(yùn)輸工具。
作為升降設(shè)備，據(jù)說(shuō)它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時(shí)阿基米德設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷?yè)P(yáng)機(jī)，共造出三臺(tái)，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)看做是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實(shí)上，早在公元前1100前后，我國(guó)的周朝時(shí)期就出現(xiàn)了提水用的轆轤，這是一種由木制（或竹制）的支架，卷筒，曲柄和繩索組成的簡(jiǎn)單卷?yè)P(yáng)機(jī)，它是利用輪軸原理制成的一種起重工具，通常安在井上汲水。
在瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)以后，于1850年，在美國(guó)紐約市出現(xiàn)了世界第一臺(tái)由亨利.沃特曼制作的以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的卷?yè)P(yáng)機(jī)。1852年美國(guó)人伊萊沙.格雷夫斯.奧梯斯（1811～1861年）發(fā)明了世界上第一部以蒸汽機(jī)為動(dòng)力，配有安全裝置的載人升降機(jī)。這便是世界上第一部備有安全裝置的客梯，在1857年被安裝在紐約市豪華商廈里。在此期間，英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽梯也就被淘汰了。后來(lái)發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。直到今天，液壓梯仍在使用。
1.3 課題研究的主要內(nèi)容
電梯是根據(jù)最常見的升降式電梯結(jié)構(gòu),采用透明有機(jī)材料制成，其結(jié)構(gòu)與實(shí)際電梯完全相同，且?guī)缀蹙邆淞藢?shí)際電梯的所有功能。事實(shí)上可以把它看作是小型化了的真實(shí)電梯。
為了便于教學(xué)，電梯大部分部件均是采用透明有機(jī)材料制成，使得電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然；同時(shí)，電梯的運(yùn)行過(guò)程，以及每個(gè)動(dòng)作都十分明了，且可以反復(fù)實(shí)際動(dòng)手操作。使學(xué)生能夠很直觀、透徹地了解、掌握電梯的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作原理，達(dá)到事半功倍的效果。解決了以往電梯教學(xué)中單純理論的教學(xué)方式或是參觀實(shí)際電梯時(shí)所帶來(lái)的不安全，無(wú)法全面了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過(guò)程等實(shí)際問(wèn)題。
圖1.1 透明仿真教學(xué)電梯裝置
電梯的電氣控制系統(tǒng)采用日本松下的可編程控制器(PLC)智能控制，交流變頻調(diào)速(VVVF)驅(qū)動(dòng)，其硬件結(jié)構(gòu)的組成及功能與實(shí)際電梯完全一樣。具有自動(dòng)平層、自動(dòng)關(guān)門、順向響應(yīng)轎內(nèi)外呼梯信號(hào)、直駛、電梯安全運(yùn)行保護(hù)以及電梯急停、慢上、慢下、照明、風(fēng)扇等功能。且具有性能可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、能耗低和便于教學(xué)等特點(diǎn)。
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第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 整套配備
1、主電梯模型——包括VFNC1S-2004P-W（東芝）變頻器、
松下FP1系列C40—AFP12417C-F型可編程控制器（PLC）、
外加FP1-E16（8輸入、8輸出）擴(kuò)展單元；
2、松下FP1系列PLC手持編程工具——FP編程器Ⅱ；
3、FP1外設(shè)專用通訊電纜；
4、FP編程器Ⅱ操作手冊(cè)；
5、松下PLC專用編程工具軟件——FPWIN GR軟件光盤；
6、教學(xué)電梯使用說(shuō)明書。
2.2 仿真電梯的基本結(jié)構(gòu)
1. 機(jī)房部分：
包括曳引機(jī)、限速器、極限開關(guān)、控制柜與信號(hào)柜、機(jī)械選層器以及電源接線板等設(shè)備。
2. 井道部分：
包括導(dǎo)軌、對(duì)重裝置、緩沖器、限速器、鋼絲繩張緊裝置、隨行電纜等。
3. 廳門部分：
包括廳門、召喚按鈕廂、樓層顯示裝置等。
4. 轎廂部分：
包括轎廂、安全鉗、導(dǎo)靴、自動(dòng)開門機(jī)、平層裝置、操縱廂、
轎廂內(nèi)指層燈、轎廂照明等。
2.3 主要技術(shù)參數(shù)
在模擬電梯的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要用到的技術(shù)參數(shù)如表格2.1所示。
表2.1主要技術(shù)參數(shù)
外形尺寸：高*長(zhǎng)*寬=240*145*116
模數(shù)：1.5(蝸輪減速器)
凈重量：160kg
拖動(dòng)電機(jī)型號(hào)：YS-5463W 電壓：380V
載重量：5kg
轉(zhuǎn)速：1400 rpm
輸入電壓：220V
控制方式：PLC控制
輸入頻率：50Hz
調(diào)速方式：交流變頻調(diào)速
額定電流：2.5A
結(jié)構(gòu)形式：四層站
功 率：0.4KW
電梯平層機(jī)構(gòu)：旋轉(zhuǎn)編碼器/永磁感應(yīng)器
2.4 方案設(shè)計(jì)脈絡(luò)圖
模擬電梯設(shè)計(jì)的整體方案脈絡(luò)，如圖2.1所示。
曳引機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)
工作原理的確定
電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
鋼絲繩材料的選擇
安全裝置的設(shè)計(jì)
減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖2.1整體方案設(shè)計(jì)脈絡(luò)圖
2.5 本章小結(jié)
本章主要介紹了仿真電梯的整套配備，以及仿真電梯的基本結(jié)構(gòu)主要包括了機(jī)房，井道，廳門，轎廂。以及模擬電梯設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)的整體方案脈絡(luò)圖。
第3章 曳引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 曳引驅(qū)動(dòng)工作原理
曳引式電梯曳引驅(qū)動(dòng)關(guān)系如圖3.1所示。安裝在機(jī)房的電動(dòng)機(jī)與減速箱、制動(dòng)器等組成曳引機(jī)，是曳引驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。曳引鋼絲繩通過(guò)曳引輪一端連接轎廂，一端連接對(duì)重裝置。為使井道中的轎廂與對(duì)重各自沿井道中導(dǎo)軌運(yùn)行而不相蹭，曳引機(jī)上放置兩個(gè)導(dǎo)向輪使二者分開。轎廂與對(duì)重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪槽內(nèi)產(chǎn)生摩擦力。這樣，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩，拖動(dòng)轎廂和對(duì)重作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即轎廂上升，對(duì)重下降；對(duì)重上升，轎廂下降。于是，轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上、下往復(fù)運(yùn)行，電梯執(zhí)行垂直運(yùn)送任務(wù)。
圖3.1 電梯曳引傳動(dòng)系統(tǒng)
如圖3.2轎廂與對(duì)重能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)是靠曳引繩和曳引輪間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種力就叫曳引力或驅(qū)動(dòng)力。
運(yùn)行中電梯轎廂的載荷和轎廂的位置以及運(yùn)行方向都在變化。為使電梯在各種情況下都有足夠的曳引力，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7588—1995 《電梯制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定：
曳引條件必須滿足：T1／T2×C1×C2
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