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模擬電梯機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 課題的研究背景及現(xiàn)實意義
我國近幾年高層建筑如雨后春筍般的拔地而起，隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，垂直升降式電梯也會越來越多，并且逐漸成為自動化生產(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)自動化專業(yè)課程演示實驗，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)文明的垂直運輸工具是機(jī)—電一體化的復(fù)雜運輸設(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)、電力拖動系統(tǒng)和土建工程等多個科學(xué)領(lǐng)域。目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為一個國家現(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輸是一個突出問題，與人們的工作和生活緊密相關(guān)。
目前，國產(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了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢在必行，而PLC（可編程控制器）在電梯控制中得到了廣泛的應(yīng)用。
我國垂直升降式電梯市場剛剛起步，而國內(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)型的時期，與西方國家在設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)等方面有較大的差異，為了盡快迎合國際先進(jìn)水平與國際接軌，我們克服了無法近距離觀察和研究真實電梯的缺陷，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，多層廠房和多層倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。
作為升降設(shè)備，據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時阿基米德設(shè)計出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機(jī)，共造出三臺，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺卷揚機(jī)看做是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實上，早在公元前1100前后，我國的周朝時期就出現(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單卷揚機(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，在美國紐約市出現(xiàn)了世界第一臺由亨利.沃特曼制作的以蒸汽機(jī)為動力的卷揚機(jī)。1852年美國人伊萊沙.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)與實際電梯完全相同，且?guī)缀蹙邆淞藢嶋H電梯的所有功能。事實上可以把它看作是小型化了的真實電梯。
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，電梯的運行過程，以及每個動作都十分明了，且可以反復(fù)實際動手操作。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)方式或是參觀實際電梯時所帶來的不安全，無法全面了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運行過程等實際問題。
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，其硬件結(jié)構(gòu)的組成及功能與實際電梯完全一樣。具有自動平層、自動關(guān)門、順向響應(yīng)轎內(nèi)外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護(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、運行平穩(wěn)、操作簡單、能耗低和便于教學(xué)等特點。
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第2章 系統(tǒng)設(shè)計
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；
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*寬=240*145*116
模數(shù)：1.5(蝸輪減速器)
凈重量：160kg
拖動電機(jī)型號：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)計脈絡(luò)圖
模擬電梯設(shè)計的整體方案脈絡(luò)，如圖2.1所示。
曳引機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計
工作原理的確定
電動機(jī)的設(shè)計計算
制動器的設(shè)計計算
鋼絲繩材料的選擇
安全裝置的設(shè)計
減速器的設(shè)計計算
圖2.1整體方案設(shè)計脈絡(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)計的主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計的整體方案脈絡(luò)圖。
第3章 曳引機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.1 曳引驅(qū)動工作原理
曳引式電梯曳引驅(qū)動關(guān)系如圖3.1所示。安裝在機(jī)房的電動機(jī)與減速箱、制動器等組成曳引機(jī)，是曳引驅(qū)動的動力。曳引鋼絲繩通過曳引輪一端連接轎廂，一端連接對重裝置。為使井道中的轎廂與對重各自沿井道中導(dǎo)軌運行而不相蹭，曳引機(jī)上放置兩個導(dǎo)向輪使二者分開。轎廂與對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，電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動轎廂和對重作相對運動。即轎廂上升，對重下降；對重上升，轎廂下降。于是，轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上、下往復(fù)運行，電梯執(zhí)行垂直運送任務(wù)。
圖3.1 電梯曳引傳動系統(tǒng)
如圖3.2轎廂與對重能作相對運動是靠曳引繩和曳引輪間的摩擦力來實現(xiàn)的。這種力就叫曳引力或驅(qū)動力。
運行中電梯轎廂的載荷和轎廂的位置以及運行方向都在變化。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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