升降電梯驅動系統結構設計及控制電路結構設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。按驅動方式分類有：直流電梯、交流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯（已基本淘汰）、直線電動機驅動電梯（有被交流電梯代用的趨勢）。按轎廂運行速度方式分類（暫時規定）有：低速電梯（v1m/s）、中速電梯（v1～2m/s）、高速電梯（v2～5m/s）、超高速電梯（v5m/s）。按操作控制方式分類有：手柄開關操作電梯、控鈕控制電梯、信號控制電梯、集稱選控制電梯、并聯控制電梯、群控電梯。按有無司機分類有：有司機電梯、無司機電梯、有/無司機電梯。特殊電梯有：斜行電梯、立體停車場電梯、建筑施工電梯。為了提高曳引機產品質量，必須滿足下列技術指標：電梯承載能力從100kg到幾噸重，亦即曳引機的功率范圍很大。在設計曳引機時，應首先滿足在設計壽命內，不產生任何失效形式的強度要求，其中包括電動機功率的選擇、制動力的確定，主傳動機構強度設計或校核計算。要特別重視軸承強度的校核計算及地腳螺栓的設計計算。另外，繩輪可按易損件處理，其設計壽命可短一些。曳引機的傳動效率是其綜合技術指標。傳動效率的高低不但標志著輸入功率有效利用的程度，而且表明了克服阻力力矩的能力，功率耗損的多少。它不僅體現在節約能源上的意義，同時也是曳引機技術含量、設計質量、產品質量的具體體現。為提高傳動效率，合理選擇主傳動機構、軸承和聯軸器是十分重要的，并且要提高制造和安裝精度。所體積載荷是指曳引機的許用載荷（功率或轉矩）除以曳引機體積所得商。體積載荷越大表明曳引機體積越小，結構越緊湊。不難理解，要想實現大的體積載荷，首先要選擇高科技型的主傳動機構。合理地設計箱體結構，其中同樣功率的曳引機，體積可相差1/3，重量相差到2/5。因此設計出結構緊湊、體積小、重量輕的曳引機是設計者的奮斗目標。電梯的工作特性決定了曳引機的運動特征：運動速度中等、間斷工作、變速、起動頻繁的正反轉運行。為了滿足運動特性，在設計曳引機時要特別注意曳引傳動系統中傳動比的分配，電動機類型的選用，以及主傳動機構齒輪副齒側間隙的保證等。這項技術指標對乘人電梯特別重要。為了不造成嚴重的環境污染，使乘客感到乘坐舒適，要求曳引機有較低的振動（特別是扭振）和噪聲。結構設計歷來是機械設計中的重要課題，對曳引機而言則更為重要。結構設計要特別重視結構對受力、剛度的影響；對減振、降噪、附加載荷、自身振動頻率的影響，對潤滑條件、潤滑質量的影響等。在設計曳引機結構時，要逐條分析、結合實力合理，沒有（或少有）附加載荷、滿足強度和剛度要求；潤滑條件良好；外形美觀；制造、安裝、維修工藝良好；成本較低。制動系統要具有受力合理、技術先進、強度高、壽命長、靈活可靠、結構緊湊的性能。第３章　電梯的驅動功率計算曳引比：曳引機上曳引輪的圓周速度與轎廂速度之比稱為曳引比，用i/12表示。機械效益：令曳引機中曳引輪上鋼絲繩承受的拉力為F，轎廂總重力為Q，則機械效益 A=Q/F定滑輪及動滑輪機構 Q為重物，F為拉力，動力臂與阻力臂都是滑輪的半徑r，所以rQ=rFA=Q/F=1i/12=1定滑輪機構速度不變、力不變。曳引傳動形式可由定滑輪、動滑輪、組合滑輪、差動滑輪機構組合而成。多年經驗表明常用曳引傳動形式見下定滑輪機構的曳引傳動 該傳動形式的曳引比i/12=1，機械效益A=1。增加一個過輪其目的是為了拉開轎廂與對重之間的距離。過輪使曳引輪與鋼絲繩的包角減小。一般設計盡量使包角α大于135176。過輪使繩的彎曲次數增多，疲勞壽命減少。曳引比為2的曳引傳動 i/12=2，A=2亦即轎廂（或對重）的上升（或下降）速度是曳引輪圓周速度的1/2。曳引輪兩側鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對重總重量的1/2滑輪組機構曳引傳動 在轎廂（或對重）上各有三股鋼絲繩，有三個定輪。i/12=3，A=3，亦即轎廂（或對重）的上升（或下降）速度是曳引輪圓周速度的1/3，曳引輪兩側鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對重總重量的1/3還有大曳引比曳引傳動、復繞曳引傳動、長繞曳引傳動、雙對重對曳引傳動、具有補償繩的曳引傳動。綜合分析之后，決定選擇第一個方案，曳引比i/12 =1，機械效益A=1。電梯是靠曳引輪槽與鋼絲繩之間產生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在曳引機的驅動下，牽引轎廂與對重上下運行的。在曳引輪兩側的鋼絲繩分別系有轎廂及對重，轎廂與對重分別在鋼絲繩上產生拉力Q與F。Q與F是靜止情況下的拉力，故稱靜力。靜力實際上是兩側各構件重力和對鋼絲繩的拉力。計算中用到的符號如下：Q1轎廂的結構自重力（N）； 取值為2900kgQ2電梯的額定載重力（N）； 取值為1250kgF對重側鋼絲繩承受的總拉力（N）；Q轎廂側鋼絲繩承受的總拉力（N）；R1轎廂至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；R2對重物至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；G1曳引機兩側所受總拉力之差（N）；G2曳引機兩側鋼絲繩重力之差（N）；P曳引機輸出軸軸頸承受的靜壓力（N）；i12曳引機中減速器之傳動比；i/12曳引傳動的曳引比；A機械效益；η1曳引機中減速器的傳動效率；η2電梯的總效率；f接觸面間相對運動時的摩擦因數；v轎廂運行速度（m/s）；η2曳引輪的轉速（r/min）。Q值 從轎廂到曳引輪之間是一個曳引系統。也就是說轎廂的速度、重量要通過曳引系統中的滑輪組才能傳遞到曳引輪。當然也可以通過滑輪組直接連接起來，這時i/12≠1,A≠1。則可用下式求得Q值。Q=（Q1+Q2）/A+R1=（Q1+Q2）/ i/12+R1R1的大小受轎廂到曳引輪之間距離的影響，亦即是轎廂位置的函數，即R1=f1(h1),于是： Q=（Q1+Q2）/A+f1(h1)曳引機強度設計計算中，為了安全可靠，,又轎廂的結構自重一般為額定載荷的1。4倍，前文已述及機械效益與曳引比量值相等，最后Q值的計算式為： Q= Q2/+ R1式中，i/12由曳引傳動機構確定。R1 在設計曳引機時按滿載，轎廂在井道部位計算。設曳引繩的根數為n，電梯提升高度為H，繩的直徑為d，繩的單位長度重量為q，則R1為R1=HnqF值 在對重側同樣是一個滑輪組傳動機構，也有機械效益。按規定，對重取Q+ψQ2。ψ稱對重系數，～。所以對重側的拉力F可由下式計算： F=（Q1+ψQ2）/A+R2=（Q1+ψQ2）/ i/12+ f2(h2)考慮到上文所述相應問題最后得 F=2 Q2/ i/12+ f2(h2)Q值與G值差由式可知G1=QF=（Q1+Q2 Q1 ψQ2）/ i/12+(R1+R2)=(1ψ) Q2/ i/12+(R1+R2)實際計算時可采用簡化式 G1= Q2/ i/12+(R1+R2)Q值與F值之和由式可知P=QF=（Q1+Q2+ Q1+ψQ2）/ i/12+(R1+R2)=2 Q1+（1+ψ）Q2/ i/12+(R1+R2)實際計算時可采用簡化式 P= Q2/ i/12+(R1+R2)R1+R2的計算有兩種情況沒有補償繩時R1+R2=Hnq有補償繩時 R1+R2=2Hnq電梯沒有運行前，曳引輪隨的拉力差G1產生的轉矩稱靜轉知T（Nm），它的方向與G相同。可由下式計算，設曳引輪節圓直徑為D（mm）；則T/20=DG1/（2*1000） =1/2*D*[ / i/12+(R1+R2)]*1/1000電動機受的靜轉矩為T10= T20/ i12η靜力P是比較大的力，作用在軸頸上要產生摩擦轉矩T/10（Nm），其值可由下式計算：T/ 10=fpr/1000式中 r為軸半徑（mm）T/20方向與v方向相反，電動機受的摩擦轉矩為 T/10= T/20/ i12η電動機軸上承受的總靜轉矩為：T/10=T10T/20或T0=T10+T/0 F和Q的討論由F值的計算式可以看出，F值的大小僅隨R2大小變化，在電梯提升高度H35m時一般可以不計入R2總等于Hnq,顯然F值是變化不大的物理量。若不計入R2，或計入R2=Hnq，則F是固定量。由Q值的計算式可知，Q值在運行過程中不但受R1的影響，而且受層站處乘客上下變化的影響，也就是不計入R1，Q在電梯運行中亦是變量。Q值的變化會影響靜轉矩和靜摩擦轉矩大小，影響電梯的工作狀態。在某下層站，乘客減少到Q2的40%～50%時，即恰好等于ψ時，F=Q，于是G1=0，T20=0，T10=0。當Q2值再減小，乘客量小于ψQ2時，則要產生FQ的工作狀態。這時產生的靜力矩與G方向一致。當F方向的靜轉矩大到一定程度時，亦即若大于摩擦力矩時，電梯起動的瞬時，主傳動機構的共軛嚙合面發生改變，由左齒面（或右齒面）改變成了右齒面（或左齒面），也就是這個瞬間齒面要產生一次沖擊，齒面改變的結果使齒輪副嚙合狀態發生了根本變化。正常（以蝸桿副為例）共軛嚙合是蝸桿為主動件。改變后的嚙合狀態是蝸輪為主動件。要特別注意，無論那個齒面工作，電梯的運行方向不變，這是一個重要的共軛齒面嚙合現象。載荷很小時（極限情況是空載），FQ，靜載荷產生的轉矩方向與F方向一致；載荷較大時（極限情況是滿載）；QF，靜載荷產生的轉矩方向與Q的方向一致，又由P力產生的摩擦轉矩總和v的方向相反于是可得出如下規律性結論：滿載上行T20與T/20方向一致要相加滿載下行T20與T/20方向相反要相減空載上行T20與T/20方向一致要相減空載下行T20與T/20方向一致要相加所謂上行和下行是指轎廂運行方向。關于對重系數ψ=～，這就是說Q值和F值僅相差（～）Q2，曳引輪兩側的接力在不考慮鋼絲繩重量影響的情況下，僅隨載重量Q2的變化而變化。若載重量不是滿載而是ψQ2時，則Q=F，這時靜轉矩理論上可為零，也就是說電梯功率可達到最小。客梯的乘客不可能總是滿載，也不可能空載運行，從概率上講可以判定，乘載40%～60%的機率最多。而ψ=～，可見ψ系數的給定值是很巧妙的，這就不難斷定客梯實際運行中電動機功率多數情況是很小的。曳引機使用情況已說明主傳動機構齒輪副失效破損的很少。由于P力的作用，設計軸承則是一個重要問題了。在設計曳引機時，總是按照最危險的情況考慮，Q總是大于F。曳引機主傳動機構的設計及電動機選擇，都應遵循這一原則。1．曳引機驅動轉矩的計算運行中的曳引傳動情況是很復雜的：轎廂運行有上有下；轎廂有加速度起動、減加速度停車及勻速正常工作；有移動構件和轉動構件；有重量、有質量等，所以曳引機承受的力和轉矩將受到動量和轉動慣量的影響。在分析計算曳引機驅動轉矩時，要充分考慮這些因素，亦加以較全面的討論，從中尋找出最危險情況，進行曳引機強度計算以達到安全可靠的目的。2．動量定理及曳引力曳引力是非運動時的靜力。因為電梯在運動的全過程中，速度是變化 的，呈近似梯形，起動時有加速度，正常運行是勻速，停層時是減加速，所以在起動和停層階段受動量大小的影響。由此在計算曳引力時涉及支動量及動量定理。動量定義：物體質量與速度的乘積稱為動量。K=mv動量定理：在一個機械系統中，各構件動量對時間求導之和等于所有外力之和，即∑dmivi/dt=∑Fi[3]對于一個構件單獨分析同樣成立。a)上行加速起動階段，所承受的曳引力對于轎廂，它承受的重力為Q1+Q2，亦是受的外力，曳引輪對轎廂的作用力為Q，于是由式可得 （Q1+Q2）dv/gdt=Q(Q1+Q2)所以Q=（Q1+Q2）+（Q1+Q2）a/g=（Q1+Q2）(1+a/g)式中 a ——加速度（m/s2） g——重力