商场电梯设计报告.docx

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商场电梯设计报告

机械装备方案及其结构设计能力训练考试

任务书

题目:

电梯结构设计

学校：

运城学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学号：

2009090332

姓名：

张青彦

指导教师：

王新海

目录

第一章：

产品功能说明和参数说明

第二章：

概念设计

第三章：

方案设计

第四章：

详细机构设计

第五章：

运动分析

第6章：

设计结论与心得

第一章：

产品功能说明和参数说明

一、产品功能说明

随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。

电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。

电梯是垂直运输工具，属于位能负载，并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处于发电状态，而电梯在重载上行或空载下行时，电动机的负载最大，是处于电动状态，这就要求电动机在四象限运行。

传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。

可编程控制器（PLC:

ProgrammableLogicController）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。

因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。

二、设计相关数据

①上升的最大速度是200mm/s

②上升的最大速度是100mm/min

③上升的最大人数是20人

④配备的电动机的功率是37KW转速是1480r/min

第二章：

概念分析

常见电梯按用途分有乘客电梯、载货电梯和客货梯；按拖动方式分有直流电梯、交流电梯和液压电梯；按控制方式分有单机控制电梯、集选控制电梯等。

以下是为大家介绍电梯种类.

1、按用途分类

乘客电梯,为运送乘客设计的电梯,要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。

载货电梯,主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。

医用电梯,为运送病床、担架、医用车而设计的电梯,轿厢具有长而窄的特点。

杂物电梯,供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。

观光电梯,轿厢壁透明,供乘客观光用的电梯。

车辆电梯,用作装运车辆的电梯。

船舶电梯,船舶上使用的电梯。

建筑施工电梯,建筑施工与维修用的电梯。

其它类型的电梯,除上述常用电梯外,还有些特殊用途的电梯,如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。

2、按驱动方式分类

交流电梯,用交流感应电动机作为驱动力的电梯。

根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。

直流电梯,用直流电动机作为驱动力的电梯。

这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。

液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动,由柱塞使轿厢升降的电梯。

齿轮齿条电梯,将导轨加工成齿条,轿厢装上与齿条啮合的齿轮,电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。

螺杆式电梯,将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹,再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶,然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转,从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。

直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。

电梯问世初期,曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯,现已基本绝迹。

3、按速度分类

电梯无严格的速度分类,我国习惯上按下述方法分类。

低速梯,常指低于1.00m/s速度的电梯。

中速梯,常指速度在1.00~2.00m/s的电梯。

高速梯,常指速度大于2.00m/s的电梯。

超高速梯,速度超过5.00m/s的电梯。

随着电梯技术的不断发展,电梯速度越来越高,区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。

第3章方案设计

电梯的选择：

斜坡式电梯

电梯继电器控制系统的优点

（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。

（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。

（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。

电梯继电器控制系统存在的问题

（1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。

（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的

控制功能不易增加，技术水平难以提高。

（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度

难以提高。

（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且

检查故障困难，费时费工。

电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。

且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。

电梯变频调速控制的特点

随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。

电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。

变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。

（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。

（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

1

论文的主要内容如下：

首先对带传动系统及变速器作了比较全面的总结和介绍。

接着阐述了变速器系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。

确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变速器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。

然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。

在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发实例。

最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。

第四章：

详细机构设计

电梯设备

电梯的分类

电梯的分类有各式各样：

（1）按用途分类乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；

住宅电梯；特种电梯；

（2）按速度分类低速电梯1m/s以下；高速电梯1~2m/s

超高速电梯4m/s以上

（3）按驱动电源分类交流电梯速度一般小于2m/s

直流电梯速度一般大于2m/s

（4）按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制

有无司机控制；群控

2.1.2电梯的主要参数

（1）载重量（kg）制造和设计规定，电梯的额定载重量。

（2）轿厢尺寸（mm）宽*深*高。

（3）轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、

轿壁的处理，颜色的选择，对电话的要求等等。

（4）轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中

分门等。

（5）开门宽度（mm）轿厢门和层门完全开启时的净宽度。

（6）开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。

（7）曳引方式常用的有半绕1：

1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。

半绕2：

1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。

全绕1：

1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。

（8）额定速度（m/s）制造和设计所规定的电梯运行速度。

（9）电气控制系统包括控制方式、拖动系统的形式等。

如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。

（10）停层站数（站）凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。

（11）提升高度（mm）由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。

（12）顶层高度（mm）由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构

件之间的垂直的距离。

电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。

（13）底坑深度（mm）由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。

电梯的运行速度越快，底坑一般越深。

（14）井道高度（mm）由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。

（15）井道尺寸（mm）宽*深。

电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。

用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的使用效果。

乘客电梯参数尺寸

本题目选取新国家标准GB/T7025.1~7025.3－97中的规定中的乘客电梯作为设计对象，为适应我国电梯产品迅速发展的要求，原部颁标准JB1435－74和国标GSB7025－86已远不能适应电梯产品的发展的需求。

因此，国家在1997年又正式颁发具有国际水平的新的国家标准GB/T7025.1~7025.3－97以取代前述各标准。

新国标GB/T7025.1~7025.3－97对已批量生产的乘客电梯、住宅电梯，载货电梯，病床电梯，杂物电梯等类别电梯的主要参数及轿厢、井道、机房的形式与尺寸作了具体规定，见表2.1。

乘客电梯主要参数及轿厢、井道、机房的形式与尺寸符合表2.1。

2

电梯的主要组成部分

（1）曳引部分：

通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。

电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。

（2）轿厢和厅门：

轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。

（3）电器设备及控制装置：

有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。

（4）其它装置：

对重装置、补偿装置等。

电梯的安全保护装置

（1）电磁制动器：

装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。

（2）强迫减速开关：

起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。

（3）限位开关：

当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。

（4）行程极限保护开关：

当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。

（5）急停按钮：

装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。

（6）厅门开关：

每个厅门都装有门锁开关。

仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。

（7）关门安全开关：

常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。

（8）超载开关：

当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。

（9）其它的开关：

安全窗开关，钢带轮的断带开关等。

自动扶梯设备

自动扶梯是一种带有循环运动梯路向上或向下倾斜输送乘客的电力驱动设备。

自动扶梯主要用来在建筑物的不同层高间连续得输送人员上下。

由于自动扶梯是连续工作的，因此在人流集中的公共场所，商场、车站、机场、码头、地铁等处，要在较短时间内输送大量人员，一般使用自动扶梯。

自动扶梯的结构

（1）梯级梯级主要由踏板、梯板、支架及安全装饰嵌条等组成，由曳引链条对其进行牵引，实现承载和运输乘客。

在一台自动扶梯中，梯级是数量最大的部件。

一台小提升高度的自动扶梯的梯级约是50～100只；大提升高度的自动扶梯的梯级多达600～700只。

由于梯级数量众多又经常运动，因此一台自动扶梯的质量在很大程度上取决于梯级的结构和数量。

对梯级的要求是：

自重轻；工艺性好；装拆维修方便。

（2）牵引构件自动扶梯所用牵引构件有牵引链条与牵引齿条两种。

（3）梯路导轨系统自动扶梯的梯路导轨系统包括主轮和辅轮的全部导轨、反轨、导轨支架及转向壁等。

梯路导轨系统的作用在于支撑梯级主轮及辅轮传递来的梯路载荷，保证梯级按一定的规律运动以及防止梯级跑偏等。

因此，要求导轨既要满足梯路设计要求，还应具有光滑平整、耐磨的工作表面，并具有一定的尺寸精度。

（4）驱动装置驱动装置的作用是将动力传递给梯路系统及扶手系统。

一般由电动机、减速器、传动链条及驱动主轴等组成。

由于电动机轴与梯级踏板之间有一定的高度差，所以驱动装置的传动比一般在1：

46～1：

84之间。

（5）扶手系统它是供梯级上的乘客做扶手用，特别是在出入扶梯期间。

扶手系统由护栏、扶手驱动装置、扶手胶等组成。

一台自动扶梯有构成闭合环路的两条扶手带，它与梯级同步运行。

（6）安全装置为保证扶梯的安全可靠运行，自动扶梯设置一系列安全保护装置。

如下图：

1、驱动链安全装置当驱动链断裂或拉长时，将驱动电动机断电，电磁制动器和机械棘轮工作，防止梯级下滑。

2、梯级链安全装置当梯级链断裂或拉长超过允许值时，将驱动电动机断电，电磁制动作器动作。

3、扶手带入口处安全保护装置当有异物带入扶手带入口安全保护装置时。

将驱动电动机断电。

电磁制动器动作。

4、电磁制动器它装在减速器的输入轴上，动作时能制止梯级的上下运行。

5、限速器它装在减速器的输出轴上，当运行速度超过额定速度的20%或达不到额定速度的20%时，将驱动电动机断电，电磁制动作器动作。

6、裙板安全装置当有异物夹入梯级与裙板之间的阻力超过允许值时，将驱动电动机断电。

电磁制动作器动作。

7、弯曲部导轨安全装置当有异物在上部或下部夹入两梯级之间的阻力超过允许值时，将驱动电动机断电。

电磁制动作器动作。

8、梯级滚轮安全装置梯级中的任何一只滚轮破损时，将驱动电动机断电。

电磁制动作器动作。

9、不反转装置在电源缺相或其他原因造成扶梯反转的情况下。

将驱动电动机断电。

电磁制动作器动作。

10、扶手带入口处橡胶保护罩。

11、急停按钮。

12、梳齿安全装置当有异物嵌入梯级和梳齿时。

将驱动电动机断电。

电磁制动作器动作。

13、扶手带安全装置当扶手带断裂或松弛时，将驱动电动机断电，电磁制动器动作。

第五章：

运动分析

将机构全部装配好后，再添加伺服电机进行运动仿真与运动分析，运动分析的结果如下图所示：

第6章：

设计结论与心得

经过近三个月的研究工作，通过在图书馆查阅有关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程序控制器在电梯控制系统中的运用。

并且在所学知识的基础上，利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。

并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。

通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度，这对我以后的工作将会产生深远的影响。

设计达到了预定的设计目的。

利用交流变频调速（VVVF）控制技术改造旧电梯，充分利用了现代换流技术、矢量变换控制技术和全数字化电子控制技术，达到对旧电梯电动机转速实现线性控制。

利用通用变频器和PLC实现了对电梯的控制，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。

采用VVVF改造后的电梯，结构紧凑，噪声低，提高了运行效率，维修简单，故障率低，由于VVVF为无极调速，调速范围宽，因此大大提高了乘坐的舒适感，根据有关资料记载VVVF电梯与ACVV电梯相比节能达30％，同时可以最佳地利用电网的能量，提高功率因数。

降低曳引电机容量20％以上。

VVVF变频调速电梯有明显的节能特性。

具有一定的经济效益和社会效益。

改造时值得注意的两个问题是：

A、变频器必须经过自动监测电机参数，获得电机真实参数，达到最佳控制的目的。

检测时须保证电机与机械部分分离，否则会因参数检测不准影响调速性能。

B、由于轿厢改造或装修，可能造成平衡系数变化较大，会造成电梯在运行时制动电阻过热、冒烟现象。

改造后的电梯控制系统运行可靠，可提高乘客的舒适感，减少维修费用和电机的耗电量，但仍有许多需要改进的地方，如：

1.增加与微机通信的接口，实现联网控制，多台电梯的综合控制由微机完成；2.优化电梯的选向功能，使之能随客流量的变化而改变，达到高效运送乘客的目的；3.增加出现紧急情况时的电梯处理办法；这些都有待于日后完善。