多层建筑小型电梯与建筑物结合方案设计学位论文.docx
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多层建筑小型电梯与建筑物结合方案设计学位论文
多层建筑小型电梯与建筑物结合方案设计
摘要
随着生活质量的提高，电梯的应用也越来越广。
为满足部分楼房住户，在楼房建筑体系外增加一简易电梯也成为了必要的需求。
鉴于本课题其他系统已有其他同学负责设计。
本文侧重于根据原建筑物旁的地理条件，选择合适的井道尺寸和型号以及电梯的的型号；电梯导轨的选择；电梯导轨与建筑物墙体的结合。
首先，本文先进行电梯的基本概述以及对本设计选用的曳引式电梯进行概述。
其次，本文按照本设计体系中电梯轿厢及其部件的尺寸和重量，选用合适的钢材作为导轨；设计导轨与建筑物墙体联接螺栓校核以及导轨与导轨直接的联接设计。
最后，本文简述了电梯的安装，包括导轨的安装以及对原建筑物的施工。
关键词：
电梯，联接，导轨
Multi-storeyBuildingSmallElevatorBuildingAndTheCombinationSchemeDesign
Author:
liAnsheng
Tutor:
Gaolong
Abstract
Withtheimprovementofthequalityoflife,theapplicationoftheelevatormoreandmorewidely.Partofthebuildingtomeettheresident,inbuildingthebuildingsystemincreaseasimpleelevatorhasbecomethenecessarydemand.Inviewofthistopicothersystemhaveotherclassmatesresponsiblefordesign.Thispaperfocusesontheoriginalbuildingaccordingtothegeographicalcondition,andchoosetherightwordsizeandtypeofwellandelevatormodel;Theelevatorguiderailchoice;Theelevatorguiderailandthecombinationofthebuildingwall.
Atfirst,inthispaperthebasicoverviewtotheelevatorandchoosethisdesignoftractiontypeelevatoraresummarized.
Thesecondly,thepaperaccordingtothedesignofthesystemanditscomponentscompartmentsofthesizeandweight,choosesuitablesteelfortheguide;Designguideandbuildingwalltheconnectingboltandguiderailandguiderailcheckdirectconnectiondesign.
Atlast,thispaperbrieflydescribestheliftoftheinstallation,includingtheinstallationofguiderailandtheoriginalbuildingconstruction.
Keywords:
Theelevator,Connection,Andtheguide
1电梯的基本概述1
1.1电梯的历史1
1.2电梯的分类1
1.2.1按用途分类1
1.2.2按驱动方式分类2
1.2.3按速度分类2
1.2.4按电梯专职司机分类3
1.2.5按操纵控制方式分类3
1.2.6其它分类方式3
1.2.7特殊电梯3
1.3本设计电梯的基本结构4
1.3.1曳引系统4
1.3.2导向系统5
1.3.5重量平衡系统5
1.3.7电气控制系统6
1.3.8安全保护系统6
2．数据参数及校核8
2.1导轨的设计8
2.2H型导轨与墙体联接螺栓的校核10
2.3固定齿条的螺栓11
2.4缓冲器的选择14
3电梯的安装14
3.1层门和门套的安装14
3.2导轨的安装15
3.3对建筑物施工15
4系统参数16
5电梯的保养与维护17
5.1导轨的保养17
5.2缓冲器及导向轮、反绳轮的保养17
总结与展望19
致谢21
参考文献22
附录：
设计图纸24
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1电梯的基本概述
1.1电梯的历史
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。
从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。
以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。
150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
1887年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传动的电梯。
它被装设在1889年纽约德玛利斯大厦。
这座古老的电梯，每分钟只能走10米左右。
当初设计的电梯纯粹是为了省力。
1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。
1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。
1.2电梯的分类
根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电
梯。
目前电梯的基本分类方法大致如下：
1.2.1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。
1.2.2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。
1.2.3按速度分类
电梯无严格的速度分类，中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。
1.2.4按电梯专职司机分类
有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。
有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。
1.2.5按操纵控制方式分类
手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。
按钮控制电梯：
是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。
信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。
除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。
集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。
并联控制电梯，2～3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。
群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。
群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。
1.2.6其它分类方式
按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。
按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。
此外，还有双层轿厢电梯等。
1.2.7特殊电梯
斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。
特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。
立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。
建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。
它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。
消防电梯，在发生火警时,用来运送消防人员,乘客和消防器材等。
冷库电梯，在大冷库或制冷车间,运送冷冻货物.但是需要满足门扇及导轨等活动处密封、浸水等要求。
矿井电梯，供矿井运送人员及货物之用。
特殊电梯供特殊环境条件下使用,如防爆,防腐,耐热等特殊用途的电梯。
滑道电梯在建筑物内配置,常与建筑物,人行道平行使用。
运机电梯，飞机库中几十吨或者上百吨重量的飞机,垂直提升到飞机场跑道上。
门吊电梯，在大型门式起重机的门腿中,运送在门机中的工作人员及检修机件等。
座椅电梯，人坐在电动机驱动的椅子上,控制椅子手柄上的按扭,使椅子下部的动力驱动装置驱动人椅,沿楼梯扶栏的导轨上下运动.
1.3本设计电梯的基本结构
1.3.1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。
1.3.2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。
1.3.3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。
1.3.4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。
1.3.5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。
1.3.6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。
1.3.7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。
1.3.8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，也保护电梯安全使用。
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有。
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-曳引电机； 34-制动器
电梯的基本结构剖视图
2．数据参数及校核
2.1导轨的设计
轿厢的运行需要限制五个自由度，如图2-1示：
轿厢的运行需要限制五个自由度，需要限制x,z放向移动自由度，绕x,y,z方向的转动自由度[19]。
初步选用H型钢与工字钢为导轨材料，试分析如下：
工字钢是钢厂轧制成型的,购买后可以根据具体需要直接使用。
H型钢则是利用不同厚度的钢板使用专门的H型钢生产线设备根据实际需要进行加工。
方法灵活，使用比较广泛。
查阅资料得出：
1．在相同用钢量的情况下H型钢可以做的比工字钢更大的刚性、稳定性，其抗扭、抗弯性能优于工字钢
2．从力学上分析，工字钢一般作用是工字竖向，上下侧截面大可以提高梁的抗弯能力；H型钢和工字钢竖向刚好相反，是工字钢转动了90°；分析得出，工字钢更适合用于横梁，而H型钢更适合用于结构的承重柱。
3．外形上H型钢的上下翼缘板远宽于工字钢
4.工艺上H型钢可以是热轧也可以是焊接，工字钢都是热轧的
综上所述，选用H型钢作为导轨，能有效的限制轿厢的五个自由度。
H型钢的规格有很多种，选用尺寸时主要考虑几个因素：
第一，与齿轮齿条的安装是否干涉，第二，滚轮的安装尺寸是否合适。
综合这两个因素，选用HN125*60型窄翼缘型钢。
截面尺寸为H×B为125×60，t1=6,t2=8,r=10,截面面积为17.01cm²,理论重量13.3kg/m。
工字钢模拟图如下图所示：
图2-2工字钢模拟图
2.2H型导轨与墙体联接螺栓的校核
H型导轨与墙体联接采用的栓选用符合GB／T1228-1991要求的钢结构用高强度大六角头、螺栓高强度大六角螺母。
螺栓性能等级为8.8级，工作级别为M5[10]。
由连板实现其与建筑物的连接。
连板长为206mm，宽80mm其具体形状尺寸见连接板零件图。
每块连接板由一组八个螺栓固定一侧导轨。
为调整由墙面造成的导轨平面度误差特在导轨与墙体之间安装可调垫片，见图“导轨与墙体的连接”
在螺栓布置时，主要考虑建筑物墙体的结构。
在墙体上钻螺栓孔时，应以建筑物的建筑图纸为参照，不能破坏建筑物的结构。
在楼梯内部，安装垫板，防止墙体表面不平，在装配时产生附加弯曲应力，此处采用普通螺栓联接。
螺栓的受力与固定齿条用螺栓相同，当轿厢的载荷达到最大时，螺栓所受的复合应力最大。
在安装时可在H型导轨的下端加设支撑装置，可以减少螺栓的预紧力。
下面对所选螺栓进行强度校核：
1螺栓受力计算
螺栓的工作载荷F0=0,F1=5000,F2=F1/z=5000/4=1250N
剩余预紧力F3=1.5F2=1.5×1250N=1875N
螺栓最大拉力F01=F3+F2=1875+1250=3125N
相对刚度系数（金属之间）λ=0.2～0.3,取C=0.25
预紧力F1=F01-λF2=3125-0.25×1250=2812.5N
螺栓拉力变化幅度Fa=F01-F0/2=3125-0/2=1562.5N
2计算螺栓应力幅
螺栓直径d=16
螺栓几何尺寸
10.106
10.863
p=1.75,H=0.866p=1.5155mm
螺栓危险截面面积
螺栓应力幅
3确定许用应力
螺栓性能等级8.8级
螺栓疲劳极限
（8.8级螺栓取0.4～0.45，保守计算取0.32）
极限应力幅度
为尺寸系数d=16，取0.87；
为螺纹制造工艺因数，切制螺纹
=1；
为螺纹牙受力不均因数，受拉
=1.5～1.6；
为螺纹缺口应力集中系数，8.8级螺栓取4.8
许用应力幅度
为安全系数，
=1.5-2.5，取
=2
4校核螺栓变载荷强度
螺栓的疲劳强度合格。
综合以上分析，得出结论：
联接H型导轨与墙体用的螺栓符合要求。
2.3固定齿条的螺栓
齿条固定在H型型钢上，作为齿轮的运动导轨。
齿条安装在H型型钢上的安装方式如图2-4示：
齿条与H型型钢为螺钉联接，这种联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合。
由于齿条太厚，不易加工成普通螺栓联接的螺栓孔，又由于齿条一面需要加工齿形。
故采用图示螺栓联接方式联接。
齿条上螺钉的布置方式如图2-5示。
齿条的安装位置有比较严格的要求。
由于每根齿条需要安装多个螺钉，对应与H型钢上有多个螺栓孔，如果采用铰制孔螺栓联接，这些螺栓孔之间的尺寸很难保证，考虑到加工的成本问题，不易使用铰制孔螺栓联接。
这就
需要采用在H型型钢上加工普通螺栓联接孔。
使用时，拧紧螺栓，齿条与H型钢的接触面之间被加紧，它们之间的压力，产生摩擦力，摩擦力的方向与齿轮作用与齿条上的力相反，大小恒等于齿轮对齿条的作用力。
以单个螺栓的连接为例进行计算说明；
紧螺栓联接装配时，拧紧螺栓，在拧紧力的作用下，螺栓除了受预紧力
拉伸而产生应力外，还受螺纹摩擦力矩
的扭转而产生扭转切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下。
因此，此处进行校核时，应综合考虑拉伸应力和扭转切应力的作用。
螺栓危险截面的拉伸应力为
螺栓危险截面的扭转切应力
。
由于选用的螺栓材料是塑性的，故可根据第四强度理论，求出螺栓预紧状态下的计算应力为
螺栓危险截面的拉伸强度条件可写成为
总结与展望
总结
历时三个多月，在李老师的细心指导和其他老师的帮助下，我的毕业设计即将宣告结束。
此次的毕业设计使我受益匪浅。
设计过程中，我充分地复习了此前在大学中所修的主要课程，使我所学的知识得到了进一步的强化和全面的提高，可谓受益匪浅；此外我还学到了许多课堂上没有的东西，包括设计思路、设计方法、工作态度等。
本次设计的题目是多层建筑小型电梯与建筑物结合方案设计，原来对此不怎么了解，经过老师的不断指导，慢慢地从开题报告、文献综述到撰写说明书，设计逐渐条理化、清晰化，在此之间，我认真地翻阅了相关的文献，也使我真正明白了毕业设计的真正意义和目的。
在学习的过程中，难免会遇到各种的问题，通过与同组同学的团结合作及相互讨论学习下，总能找到一些解决方案，特别是在导师孙老师的教导下，总能迎刃而解，同时也培养了自己科学的学习态度。
在毕业设计过程中，总是遇到这样那样的问题，涉及的科目、知识繁多，运用电脑设计程序运营环境总是出现差错，使参数化设计总是不能达到预期的效果，以致于整个工作进程的缓慢，幸运的是这些问题总是在需要的时候得到老师的教导和同学的帮助，从而使我顺利完成了设计。
毕业设计是对我四年大学生活学习的一个检验，也是大学生活的总结。
通过此次毕业设计，我受益良多，相信在以后的工作和生活中，我会更加努力，争取把学到的知识都用到实际当中。
工作展望
通过本次的毕业设计，对个人来讲，回顾以往学过的知识，在此基础上进一步熟练掌握，更好地操作计算机件，为将来的工作奠定必要的基础，也为将来进一步学习创造良好的开端。
对于本项目的设计工作，他是在理论上的设计，虽然在设计的过程中，都考虑到实际工程的各种问题，但是本设计与生产出产品还有差距，由于我们的经验不足，知识面不够宽广，难免出现错误。
再者，我们小组的人员有限，设计的时间有限，没能够把本设计直接投入生产。
在今后，需要做的工作还很多，有些地方的设计还得进一步完善，零件的尺寸进一步修改，使之在使用时更加有利于节省电梯的总体费用。
在未来的设计中，希望投入更多的经费，进行实地考察，参观电梯生产企业和安装公司以及尽量选用标准的材料和零件。
一旦本设计能够投入生产，他将解决社会的现实性问题，造福社会，将受到广泛的欢迎，在电梯、制造业等行业产生巨大的影响。
据统计，我国城市有数百万栋楼没有安装电梯。
正在兴建的各种商品房设计高度为七层，它们都没有安装电梯。
设计的电梯可以安装于这房子，解决住居于高层的居民上下楼困难，给他们的生活带来方便。
随着生活节奏的加快，人口的老龄化等社会现象的出现，人们越来越需要使用这种小型电梯。
应用前景十分广泛。
该装置如果能控制成本，解决物业、业主、社会等方面的利益关系，将会形成一个新兴的产业，产生巨大的经济效益和社会效益。
致谢
本项目是一项应用性的工程项目，涉及机械设计、建筑、等多个方面的知识，得到了多各单位和个人的帮助。
李安生老师安排并带领我们参观考察具有代表性的建筑和电梯公司及电梯安装公司。
在设计工作中得到了李安生老师及各位同学的帮助，特别是李老师向对我们悉心的指导给本项目的开展带来很多方便。
在论文写作过程中，他们提供了许多帮助和指导，使作者的论文写作能够顺利完成，感谢与作者一组的同学，在与他们相互讨论中，对所学的知识加深了印象，对课题有了更深刻的理解，与他们融洽的相处为作者提供了很好的设计氛围。
在此，衷心向他们致以深深的敬意和诚挚的感谢！
感谢老师在设计当中给予学生诸多的帮助和鼓励，使我能在规定的时间内顺利圆满的完成任务。
在大学四年的学习和生活中，曾经教过我和给过直接或间接帮助的领导和老师们，都是我应该非常
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