毕业设计(论文)-电梯轿厢结构及传动系统设计(1).doc
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天津工业大学
毕业设计
电梯轿厢结构及传动系统设计
姓名
学院机械电子学院
专业机械工程及自动化
指导教师
职称讲师
2009年6月18日摘要
本次毕业设计从电梯整体结构和传动系统的入手，通过了解电梯的基本结构和运行原理，主要对轿厢结构和曳引系统做了详细的设计，在结构上：
对轿厢结构做了分析设计；对轿厢面积进行计算；并对轿壁进行了介绍。
在传动系统上，对曳引系统进行了设计，曳引机的选择、制动器的选择、减速器的选择等关键部件的选择，以及这些部件的定位方式和定位尺寸。
还对曳引系统和轿厢之间的连接进行了设计，通过钢丝绳把曳引系统的动力传输给轿厢，从而实现轿厢的运动。
此外还对缓冲器进行了选择。
关键字：
电梯；轿厢；门机；曳引机；缓冲器
ABSTRACT
Thebeginningofthisgraduationprojectformtheoverallstructureofelevatorandthedrivesystemofelevator.Throughanunderstandingofthebasicstructureoftheliftandoperatingprinciple.Then,themajorworkisthedesignofthestructureofthecarandthedrivesystem.Instructure:
theanalysisofdesignofthecar、thecalculationoftheareaofthecarandtheintroductionofthewallofthecar.Inthetransmissionsystem,thedesigningofthetractorsystem,theselectionofthekeycomponent,suchasthetractionmachine、brake、reducer.Atthesametime,thepositioningandthesizeoftheseparts.Furthermore,theconnectionbetweenthedrivesystemandtheelevatorcar.Thedrivesystemtransmitthepowertothecarthroughwirerope,inordertomakethecartomove.Moreover,theselectionofthebuffers.
Keyword:
elevator;elevatorcar；motorontheelevatordoor；tractionmachine;buffer
目录
第一章绪论 1
1.1前言 1
1.2电梯的分类 1
1.3电梯的基本结构 2
1.4电梯技术发展展望 4
第二章电梯总方案确定 6
2.1电梯传动原理简图 6
2.2传动方案设计 6
第三章曳引系统 7
3.1曳引系统工作原理 7
3.2曳引驱动（绕绳方式， 曳引力，比压） 7
3.2制动器（选择，制动力计算） 13
3.3钢丝绳及其端接装置 16
第四章轿厢与对重 19
4.1轿厢的设计 19
4.2对重与重量补偿装置的设计 21
4.3导轨的设计 24
第五章门系统、缓冲器、安全钳与限速器 25
5.1门系统的设计 25
5.2缓冲器的设计 26
5.3安全钳与限速器的设计 27
第六章结论 29
参考文献 30
附件中英文翻译 31
致谢 42
天津工业学2009届本科毕业生毕业设计
42
第一章绪论
1.1前言
在1949年至1979年的30年中，我国总共生产安装电梯约1万台。
那时电梯产品以低速直流梯和双速梯为主，生产厂不超过10家。
自1979年至今的20年间电梯产量有了飞速的增长：
全国共生产电梯28.8万台（其中自动扶梯和自动人行道3.13万台），出口电梯2555台（其中扶梯1703台）；产品的结构也发生了明显的变化：
老的直流电梯已被淘汰，交流双速梯、ACVV交流
调速梯逐渐被VVVF交流变频变压调速电梯所取代，控制系统已在大量采用PLC和微电脑控制技术，最高梯速已达到4m/s；行业出现了翻天复地的变化：
电梯企业的生产条件、人类素质、管理水平有了极大的改善与提高，上海三菱、天津OTIS、中国迅达、苏州迅达、广州日立、西子OTIS等一批企业的面貌已可与国际上最先进的电梯公司相媲美；民族品牌如苏州江南、常州飞达、上海华立、浙江巨人、天津利通、山东百斯特等在市场上也很活跃，并有一定量的出口。
目前，我国已引进转化了发达国家的先进技术标准，已成为国际标准化组织ISO/TC178电梯、自动扶梯和自动人行道技术委员会的正式成员。
我国电梯已形成了设计制造、安装调试、维修保养一条龙服务的一个完整的行业，维持着全国30万台在用电梯的正常运行，新装电梯年销售额超过了100亿人民币。
1.2电梯的分类
乘客电梯
按用途分载货电梯
观光电梯
低速电梯1m/s以下
按速度分中速电梯1-2m/s以下
高速的电梯2m/s以上
超高速电梯5m/s以上
电梯的分类交流电梯
按驱动电源分直流电梯
层间控制
按控制方式分简易集选控制
有/无机房控制
1.3电梯的基本结构
曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，现将其基本结构介绍如下,电梯基本结构见图1-1。
图1-1电梯基本结构图
1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；
8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴；12-轿架；13-轿门；
14-安全钳；15-导轨；16-绳头组合；17-对重；18-补偿链；19-补偿链导轮；20-张紧装置；21-缓冲器；22-底坑；23-层门；24-呼梯盒；25-层楼指示灯；26-随行电缆；27-轿壁；28-轿内操纵箱；29-开门机；30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引机；
34-制动器。
（1）曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。
反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。
（2）导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。
它的作用是限制轿厢和对重的活动。
自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
（3）门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。
层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。
开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。
（4）轿厢
轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。
它是由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。
轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。
轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。
（5）重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。
对重由对重架和对重块组成。
对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
（6） 电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。
曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。
一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。
调速装置对曳引电机实行调速控制。
（7）电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。
控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。
位置显示是指轿内和层站的指层灯。
层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
（8）安全保护系统
安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。
机械方面的有：
限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。
电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都
1.4电梯技术发展展望
1.4.1电梯技术发展
电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器—接触器控制发展为可编程序控制99（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。
电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。
如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。
智能群控管理得到广泛应用。
机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。
1.4.2电梯发展展望
（1）技术含量更高，性能更好
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:
由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
（2）电梯群控系统将更加智能化
电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。
这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。
随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。
（3）超高速电梯速度越来越高
21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。
曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。
采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。
未来超高速电梯舒适感会有明显提高。
（4） 蓝牙技术在电梯上广泛应用
蓝牙（Bluetooth）技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。
这种技术将减少电梯的安装周期和费用，提高电梯的可靠性和控制精度，更好地解决电气设备的兼容性，有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。
（5） 绿色电梯将普及
要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等。
甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯补充能源。
（6）电梯产业将网络化、信息化
电梯控制系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行维保；通过电梯网站进行网上交易，包括电梯配置、招投标等，也可以在网上申请电梯定期检验。
第二章电梯总方案确定
2.1电梯传动原理简图
电梯传动原理简图见图2-1
图2-1电梯传动原理简图
1-曳引机；2-制动器；3-减速器；4-曳引轮；5-导向轮；6-对重；7-缓冲器；8-轿厢
2.2传动方案设计
本次设计方案包括轿厢结构尺寸和曳引系统两个方面：
曳引系统工作原理：
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
在曳引系统中设计，曳引机、制动器、联轴器、钢丝绳、曳引轮等传动部件的选择和计算。
轿厢结构设计包括轿厢面积的计算
第三章曳引系统
3.1曳引系统工作原理
曳引系统工作原理：
曳引机1通过制动器2连接到减速器3上，然后减速器把动力传输给曳引轮4，曳引轮通过钢丝绳把动力传给对重6和轿厢7，轿厢和对重通过钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来保证轿厢和对重的上下运动。
曳引系统传动简图见图3-1
图3-1曳引系统工作原理图
1-曳引机；2-制动器；3-减速器；4-曳引轮；5-导向轮；6-对重；7-轿厢
3.2曳引驱动（绕绳方式， 曳引力，比压）
根据电梯使用的不同要求，电梯的驱动可以采用曳引驱动，液压驱动，卷筒驱动及齿轮齿条，螺杆驱动等方式，现在运用最广泛的是曳引驱动。
曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。
钢丝绳悬吊在曳引轮上，一端悬挂轿厢，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮槽之间的摩擦力产生曳引力驱动轿厢做上下运动。
3.2.1绕绳方式
电梯曳引钢丝绳的绕绳方式主要取决与曳引机组的位置，轿厢的额定载重量和额定速度等条件。
在选择确定绕绳方式时应考虑有较高的传动效率,合理的能耗以及有利于钢丝绳使用寿命的延长.特别注意,应尽量减少绳轮数量,避免钢丝绳的反向弯曲.
曳引机的位置通常设在井道的上部,或者井道底部的旁侧,或者井道底部的地下室内.前者有利于采用最简单的绕绳方式,可节省电力损耗,减少作用在建筑结构上的载荷;后者的设置方法是建筑物的支承结构承载大,投资费用多。
因此在任何情况下，应尽可能避免采用这种方案。
图3-2，图3-3是几种典型的绕绳方式。
图3-2是曳引机上置方式，图3-3是曳引机下置方式。
曳引绳挂在曳引轮和导向轮上且曳引绳对曳引轮的最大保教不大于180°的绕绳方式称为单绕，或称半绕；曳引绳绕曳引轮和导向轮一周后才被引向轿厢和对重的绕绳方式称为复绕，或称全绕。
复绕方式增加了曳引绳在曳引轮上的包角，提高了摩擦力。
（1）曳引机上置方式：
曳引机组位于井道上部的称为上置式：
图3-2（a）是单绕，钢丝绳倍=1的绕绳方式；
图3-2（b）是单绕，钢丝绳倍=2的绕绳方式；
图3-2（c）是单绕，钢丝绳倍=3的绕绳方式；
图3-2（d）是复绕，钢丝绳倍=1的绕绳方式；
图3-2（e）是单绕，钢丝绳倍=4的绕绳方式；
（2）曳引机下置方式：
曳引机组位于井道底部的旁侧,或者井道底部的地下室的称为下置式：
图3-3（a）是单绕，钢丝绳倍=1的绕绳方式；
图3-3（b）是单绕，钢丝绳倍=2的绕绳方式；
图3-3（c）是单绕，钢丝绳倍=2的绕绳方式；
图3-3（d）是复绕，钢丝绳倍=1的绕绳方式；
3.2.2曳引力的计算:
已知客梯额定载重量为1000kg，额定速度为1m/s，轿厢系统重量设为1400Kg，钢丝绳倍率=1，钢丝绳直径为13mm，钢丝绳的数目为5，曳引轮的直径为530mm，绳槽形状为带切口的V型槽，对重为1830Kg（平衡系数＝0.48）。
如图3-4由曳引轮和导向轮的几何位置关系，可计算得到钢丝绳在曳引轮上的包角。
（3-1）
得
当轿厢位于最低层且载有125%的额定载荷时:
（3-2）
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
图3-2曳引机上置的钢丝绳绕绳方式
（3-3）
因此，后一种工况T1／T2比前一种工况要好，因而打滑的危险较小。
轿厢的制动减速度1.3m/s2,则c1为：
（3-4）
对于带切口的V型槽c2＝1，按第一种工况验算：
（3-5）
（a）
（b）
（c）
（d）
图3-3曳引机上置的钢丝绳绕绳方式
因为本设计电梯的载重量和速度都不是很高，通过比较选择如图3-2（a）的绕绳方式。
这种绕绳方式可以尽量避免钢丝绳的反向弯曲，从而有利于延长钢丝绳的使用寿命，并且这种绕绳方式的传动效率较高。
当空载轿厢位于最高层站时:
切口槽的切口角β取95°，摩擦系数取0.09，则当量摩擦系数：
（3-6）
（3-7）
所以，,曳引能力足够。
图3-4曳引轮和导向轮的位置关系简图
3.2.3比压计算：
最大许用比压为:
（3-8）
钢丝绳的最大静张力:
（3-9）
切口槽边缘的最大比压（按，计算）:
（3-10）
，所以比压满足要求。
3.2.4电机的选择
（1）计算负载转矩:
最大不平衡重量为:
（3-11）
故负载转矩为：
（3-12）
式中：
D-曳引轮直径
η-减速箱传动效率
（2）计算摩擦转矩:
（3-13）
式中：
μ-电机轴承摩擦系数;
R-轴上总载荷；
r-电机轴承处的轴半径。
（3）计算启动转矩:
直线运动部分的转动惯量为:
（3-14）
旋转体转动惯量为:
（3-15）
总的转动惯量为:
（3-16）
曳引轮的角加速度为:
（3-17）
最大加速转矩为:
（3-18）
（4）计算启动转矩:
（3-19）
（5）电机容量选择:
（3-20）
式中：
Q-额定载重量;
V-曳引轮节径线速度;
-电梯平衡系数，一般取0.4-0.5；
-电梯机械传动总效率（包括减速箱、导向轮）；
-钢丝绳绕绳倍率。
本设计选用11kW电机，额定转速为1000r/min,则额定转矩为:
（3-21）
则（3-22）
因此，选用11kW的电机容量足够。
3.2.5减速器的选择
目前速度不大于2.5m/s的有齿轮曳引机得减速器大多采用涡轮蜗杆，其主要优点是：
（1）传动平稳，运行噪声低：
（2）结构紧凑，外形尺寸小；
（3）传动零件少，因而减少了维修和更换零件的次数；
（4）具有较好的抗冲击载荷特性。
因此，本设计也采用涡轮蜗杆传动,选择DBY型减速器。
3.2制动器（选择，制动力计算）
电梯制动系统应具有一个机电式的制动器，当主电路断电或控制电路断电时，制动器必须动作。
切断制动器电流，至少应由两个独立的电器装置来实现。
制动器的制动作用应由导向的压缩弹簧或重锤来实现。
制动力矩应足以使以额定速度运行并载有125%额定负载的轿厢制停。
制动器的松开可由电磁或电液操纵。
制动器工作原理：
当电梯曳引机运行不正常时，电梯铁1带动制动弹簧3作用于闸瓦片2，增加闸瓦片与轴之间的摩擦力，从而达到制动的目的。
如图3-5为直流电磁制动器的机械原理图
图3-4为电磁制动器原理图
1、电磁铁2、闸瓦片3、制动弹簧
3.2.1制动力矩的计算
制动力矩由两部分组成：
静力矩和动力矩。
静力矩是指轿厢保持静止状态所需的力矩。
动力矩是指运动部件的惯性力矩。
（1）静力矩MS的计算：
电梯制动的最不利工况使轿厢下行至最低层站的制停。
以图3-5的情况进行分析（设轿厢载有125%的额定载荷）
图3-5电梯运行不利情况简图
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