电梯1350kg梯速175设计计算.docx

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电梯1350kg梯速175设计计算

设计计算书

TKJ（1350/1.75-JXW）

1　设计的目的

2主要技术参数

3电机功率的计算

4　电梯运行速度的计算

5　电梯曳引能力的计算

6　悬挂绳或链安全系数计算

7　绳头组合的验算

8　轿厢及对重导轨强度和变形计算

9　轿厢架的受力强度和刚度的计算

10　搁机梁受力强度和刚度的计算

11　安全钳的选型计算

12　限速器的选型计算与限速器绳的计算

13　缓冲器的选型计算

14轿厢和门系统计算说明

15井道顶层和底坑空间的计算

16轿厢上行超速保护装置的选型计算

17盘车力的计算

18操作维修区域的空间计算

19电气选型计算

20机械防护的设计和说明

21主要参考文献

1　设计的目的

TKJ（1350/1.75-JXW-VVVF）型客梯，是一种集选控制的、交流调频调压调速的乘客电梯，额定载重1350Kg，额定运行速度1.75m/s。

本客梯采用先进的永磁同步无齿轮曳引机进行驱动，曳引比为2:

1，绕绳方式为单绕，采用2导轨结构，用一个主轿架承受轿厢，在曳引绳的牵动下沿着2根主导轨上下运行，以达到垂直运输乘客和医疗设备的目的。

本客梯的轿厢内净尺寸为宽2100mm*深1600mm，内净面积为3.36M2，完全符合GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的要求。

本计算书按照GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的要求进行计算，以验证设计是否满足GB7588-2003标准和型式试验细则的要求。

本计算书验算的电梯为本公司标准的1350kg乘客电梯，主要参数如下：

额定速度1.75m/s　额定载重量1350kg

提升高度43.5m层站数15层15站

轿厢内净尺寸2100mm*1600mm　　　开门尺寸1100mm*2100mm

开门方式为中分式

本电梯对以下主要部件进行计算：

（一）曳引机、承重部分和运载部分

曳引机永磁同步无齿轮曳引机，GETM6.0H型，15Kw，绕绳比2：

1，单绕，曳引轮节径450mm，速度1.75m/s

搁机大梁主梁25#工字钢

轿厢2100mm*1600mm，2导轨

钢丝绳7-φ10，2∶1曳引方式

导轨轿厢主导轨T89/B

（二）安全部件计算及声明

安全钳渐进式AQ11B型，总容许质量3500kg，额定速度1.75m/s

限速器LOG03型，额定速度1.75m/s

缓冲器YH68-210型油压缓冲器，额定速度1.0~1.75m/s，总容许质量800-3500kg，行程210mm，总高675mm

2　主要技术参数

Q

额定载重量

Q=1350kg

ve

额定速度

ve=1.75m/s

轿厢尺寸（宽*深*高）

2100mm*1600mm*2400mm

开门方式

中分

开门尺寸（宽*高）

1100mm*2100mm

H

提升高度

H=43.5m

i

曳引比

i=2

d

曳引绳及绳径

8×19s西鲁式，d＝10mm

n

曳引绳根数

n=8

D

曳引轮节径

D=450mm

D1

导向轮、轿顶轮、对重轮的平均直径

D1=520mm

K

平衡系数

K=0.4~0.5

P

轿厢自重

P=1400kg

W1

曳引钢丝绳每米重量

轿厢在底层时曳引轮轿厢侧的钢丝绳重量

0.347kg/m

W1＝8*43.5*0.347＝120kg

W2

随行电缆每米重量

轿厢在顶层时轿厢侧的随行电缆重量

1.7kg/m

W2＝（43.5/2）*1.7＝37kg

W3

补偿链每米重量

轿厢在顶层时轿厢侧的补偿链重量

1.5kg/m

W3＝110kg

G

对重重量

G=P+K*Q

（1940~2075）kg

amax

最大加减速度值

amax＝0.5m/s2

α

曳引包角

α=155o=2.706rad

β

半圆曳引绳槽的切口角

β=95

γ

曳引绳槽的槽角度

γ=35o

Smax

曳引机最大径向负载

6000kg

η

电梯运行的总效率

η=0.90

N

电机功率

15kw

vl

曳引机节径线速度

3.5m/s

n1

电机额定转速

149rpm

轿厢导轨

T89/B

限速器

XS3型，额定速度1.75m/s

安全钳

渐进式AQ10A型，最大总容许质量P+Q=3331kg，额定速度1.75m/s

缓冲器

YH68-210型油压缓冲器，额定速度1.75m/s，总容许质量3500kg，行程h1=210mm，总高h=675mm

3电机功率的计算

对于交流电梯，功率按下列公式计算：

N=（1-K）QV1/102ηi（kW）

式中：

K—平衡系数，K＝0.4；

Q—额定载荷，Q=1350Kg

V1—曳引机节径线速度，V1=3.5m/s

η—电梯传动的总效率，η=0.90

i—曳引比，i=2

将各参数代入上式：

N=（1-0.4）*1350*3.5/（102*0.90*2）=15.49kW

考虑到轿厢运行产生的附加阻力、满载起动工况及电机温升等情况，选用

型，电机功率，可以满足设计要求。

图1　曳引系统示意图

4　电梯运行速度的计算

电梯的运行速度V=π*D*n1/60*i

式中：

D—曳引轮节园直径，D=0.45m

n1—电机的额定转速，n1=149rpm

i—曳引比，i=2

将各参数代入：

V=3.142*0.45*149/（60*2）=1.756m/s

对于VVVF控制的电梯，只要V大于等于额定速度1.756m/s，就可以通过改变电机的输入频率和电压来调节电梯的运行速度，使之在（0.92~1.05）*额定速度的范围内，从而满足要求。

5　电梯曳引能力的计算

　　根据GB7588—2003的要求，电梯曳引力的计算分别按轿厢装载、紧急制动、轿厢滞留3种工况进行。

5.1基本参数

5.1.1选用的型曳引机，其曳引轮的槽型为半圆槽，槽形的几何参数为：

槽的角度γ=35o=0.611rad

下部切口角度　β=95o=1.658rad

5.1.2当量摩擦系数的计算

根据GB7588—2003的要求，当量摩擦系数按下式计算：

　f=μ*4*（cos（γ/2）-sin（β/2））/（π-β-γ-sinβ+sinγ）

式中：

μ—摩擦系数，对应3种工况分别为：

装载工况　　　　μ=0.1

紧急制停工况μ=0.1/（1+V1/10）＝0.1/（1+3.5/10）＝0.074

轿厢滞留工况μ=0.2

将各参数代入可得3种工况下的当量摩擦系数：

1）装载工况

f=0.1*4*（cos（35o/2）-sin（95/2））/（π-1.658-0.611-sin95+sin35o）=0.192

2）紧急制停工况

f=0.074*4*（cos（35o/2）-sin（95o/2））/（π-1.658-0.611-sin95+sin35o）=0.142

3）轿厢滞留工况

f=0.2*4*（cos（35o/2）-sin（95o/2））/（π-1.658-0.611-sin95+sin35o）=0.384

5.2轿厢装载工况

根据GB7588—2003的要求，按照载有125%额定载荷的轿厢在底层平层位置时最不利情况进行计算，此时应满足：

T1/T2≤efα

式中：

T1/T2—曳引轮两边曳引绳的较大静拉力与较小静拉力的比值

e—自然对数的底，e＝2.718

α—曳引绳在曳引轮上的包角，α=155o=2.706rad

将相关参数代入可得：

T1=（P+1.25*Q+W1）g/i=（1400+1.25*1350+51）*9.8/2=15379N

T2=（G+W3）g/i=（2008+0）*9.8/2=9839N

T1/T2=15379/9839=1.563

efα=e0.185*2.706=1.681

因为T1/T2=1.563≤efα=1.681

所以满足曳引条件。

5.3紧急制停工况

根据GB7588—2003的要求，按照空载轿厢在顶层平层位置时最不利情况进行计算，此时应满足：

T1/T2≤efα

将相关参数代入可得：

T1=G*（g+amax）/i+W1*（g+i*amax）=2008*（9.8+0.5）/2+51*（9.8+2*0.5）=10892N

T2=（P+W2+W3）*（g-amax）/i=（1400+17.85+110）*（9.8-0.5）/2=7105N

T1/T2=10892/7105=1.533

efα=e0.142*2.706=1.573

因为T1/T2=1.533≤efα=1.573

所以满足曳引条件。

5.4轿厢滞留工况

根据GB7588—2003的要求，按照空载轿厢在顶层位置、对重压实在对重缓冲器上时最不利情况进行计算，此时应满足：

T1/T2≥efα

将相关参数代入可得：

T1=（P+W2+W3）*g/i=（1400+17.85+110）*9.8/2=7486N

T2=W1*g=51*9.8=499.8N

　　T1/T2=7486/499.8=14.98

efα=e0.384*2.706=2.826

因为T1/T2=14.98≥efα=2.826

所以满足曳引条件。

6　曳引绳的安全计算

6.1曳引绳的直径要求

根据GB7588—2003的要求，曳引轮的节径D与曳引绳的直径d之比不应小于40。

在本系统中，D＝450mm，d＝10mm，则D/d=450/10=45≥40，满足标准要求。

6.2　曳引绳的安全系数计算

根据GB7588—2003的要求，当装有额定载荷的轿厢停靠在最低层站时，曳引绳的实际安全系数S应不小于按标准附录N规定的安全系数计算值Sf，即S≥Sf，并不小于12。

6.2.1实际安全系数S的计算

　　S＝nF/（（P+Q）/i+W1）g

式中：

F－单根曳引绳的最小破断载荷，F＝44KN

将相关参数代入可得：

S＝7*44*1000/（（（1400+1350）/2+51）*9.8）＝22.04

6.2.2标准规定的安全系数Sf的计算

根据GB7588—2003标准附录N的规定，本系统中滑轮的等效数量Nequiv为：

Nequiv=Nequiv（t）+Nequiv（p）

式中：

Nequiv（t）－曳引轮的等效数量，Nequiv（t）=6.7

Nequiv（p）－导向轮的等效数量

Nequiv（p）=KP*（Nps+4*Npr）

根据标准的规定和曳引系统示意图（图1）可得：

KP=（D/D1）4=（450/520）4=0.56

Nps=3

Npr=0

则Nequiv（p）=0.56*（3+4*0）=1.68

Nequiv=6.7+1.68=8.38

因为Sf=10X

X=2.6834-X1/X2

X1=log（（695.85*106*Nequiv）/（D/d）8.567）=log（（695.85*106*8.38）/458.567）

=-4.397

X2=log（（77.09*（D/d）–2.894）=log（77.09*45–2.894）=-2.897

X=2.6834-X1/X2=2.6834-4.397/2.897=1.1656

所以Sf=10X=101.1656=14.642

从以上计算可得：

S=22.04≥Sf=14.642，即实际安全系数S大于标准规定的安全系数Sf并不小于12，所以曳引绳的安全系数满足标准要求。

7　绳头组合的验算

采用专业厂生产的Φ10mm型楔块式绳头组合，其型式试验的破断力为44kN，大于每根钢丝绳最小破断载荷的80%，即44*80%＝35.2，满足GB7588-2003的规定，绳头组合的强度足够。

8　轿厢及对重导轨的计算

选用标准JG/T5072.1-1996《电梯T型导轨》规定的T89/B型导轨作为轿厢主导轨。

根据标准，相应的主要技术参数如下：

主导轨数量n=2翼缘厚度C=10mm截面积A=1570mm

惯性半径ix=19.8mmiy=18.4mm

惯性距Jx=597000mm4Jy=530000mm4

抗弯模量Wx=14500mm3Wy=11900mm3

抗拉强度Rm=370N/mm2弹性模量E=2.1*105N/mm2

许用应力：

正常使用时[σ1]=165N/mm2，安全钳动作时[σ2]=205N/mm2

许用变形[δ]=5mm

导轨支架间距l=2500mm细长比λ=l/ix=2500/19.8=126

弯曲系数（查GB7588-2003附录G表G3）：

ω=2.68

轿厢尺寸：

宽Dx=2000mm，深Dy=1750mm，高Dz=2400mm

轿厢上下导靴之间距离h=3550mm

导轨受力主要有3种工况：

1、安全钳动作时工况，2、装卸载工况，3、运行工况。

其中最不利的工况为安全钳动作时的工况，其次为装卸载工况，所以只需计算这2种工况下导轨的受力和变形是否满足要求。

8.1安全钳动作时的工况

本系统选用渐进式安全钳，其冲击系数为k1=2。

本系统为中心导向和悬挂的轿厢，其坐标见轿厢布置图2（轿厢中心Cd和轿厢重心Pd与悬挂中心Sd重合，额定载荷Q分别按相对于X轴和Y轴、均匀分布在最不利的3/4的轿厢面积里计算）。

图2轿厢布置图

额定载荷中心坐标Xq=325mmYq=187.5mm

8.1.1由导向力引起的Y轴上的弯曲应力

Fx=k1*Q*g*Xq/（2h）=2*1350*9.8*325/（2*3550）=1211N

My=3*Fx*l/16=3*1211*2500/16=567656Nmm

σy=My/Wy=567656/11900=47.7N/mm2

8.1.2由导向力引起的X轴上的弯曲应力

Fy=k1*Q*g*Yq/h=2*1350*9.8*187.5/3550=1398N

Mx=3*Fy*l/16=3*1398*2500/16=655313Nmm

σx=Mx/Wx=655313/14500=45.2N/mm2

8.1.3压弯应力

Fk=k1*（P+Q）g/n=2*（1400+1350）*9.8/2=26950N

σk=Fk*ω/A=26950*2.68/1570=46.0N/mm2

8.1.4复合应力和翼缘弯曲应力

σm=σx+σy=45.2+47.7=92.9N/mm2≤[σ2]=205N/mm2

σ=σm+Fk/A=92.9+26950/1570=110.1N/mm2≤[σ2]=205N/mm2

σc=σk+0.9*σm=46.0+0.9*92.9=129.6N/mm2≤[σ2]=205N/mm2

σf=1.85*Fx/C2=1.85*1211/102=22.4N/mm2≤[σ2]=205N/mm2

满足强度要求。

8.1.5挠度

δx=0.7*Fx*l3/（48EJy）=0.7*1211*25003/（48*2.1*105*530000）=2.48mm≤[δ]=5mm

δy=0.7*Fy*l3/（48EJx）=0.7*1863.38*25003/（48*2.1*105*597000）=2.54mm≤[δ]=5mm

满足许用变形要求。

8.2装卸载工况

装卸载时：

FS=0.4gQ=0.4*9.8*1350=5292N，X1=1400mm

8.2.1由导向力引起的Y轴上的弯曲应力

Fx=FS*X1/（2h）=5292*1400/（2*3550）=1043N

My=3*Fx*l/16=3*1211*2500/16=567656Nmm

σy=My/Wy=567656/11900=47.7N/mm2

8.2.2由导向力引起的X轴上的弯曲应力

本系统中不存在由导向力引起的X轴上的弯曲应力，所以：

Fy=0

Mx=0

σx=0

8.2.3压弯应力

在装卸载时不发生压弯情况，所以：

Fk=0

σk=0

8.2.4复合应力和翼缘弯曲应力

σm=σx+σy=0+47.7=47.7N/mm2≤[σ1]=165N/mm2

σ=σm+Fk/A=92.9+0=92.9N/mm2≤[σ1]=165N/mm2

σf=1.85*Fx/C2=1.85*1211/102=22.4N/mm2≤[σ1]=165N/mm2

满足强度要求。

8.2.5挠度

δx=0.7*Fx*l3/（48EJy）=0.7*1211*25003/（48*2.1*105*520000）=2.52mm≤[δ]=5mm

δy=0≤[δ]=5mm

满足许用变形要求。

8.2.6对重导轨计算

采用T/K5A导轨，符合JG/T5702.3-1996《电梯对重空心导轨》。

TK5A的技术参数：

Wxx=6.30cm3x轴的截面积

Wyy=4.82cm3y轴的截面积

A＝6.17cm2导轨的截面积

Ixx=24.33cm4x轴的截面惯性矩

Iyy=18.78cm4y轴的截面惯性矩

ixx=1.99cmx轴的回转半径

iyy=1.74cmy轴的回转半径

E=210000.00Mpa弹性模量

ω=1.98ω系数（根据细长比查表求得lk/i=）100

σperm=165.22Mpa正常使用时许用应力

δperm=10.00mm最大允许变形量

c=1.8mm导轨连接部分宽度

L=2000mm导轨支架的最大间距

n=2支导轨的数量

Rm=370Mpa导轨抗拉强度（导轨材料力学性能）

A5≥24.00%导轨材料的延伸率

K1=2.0

K2=1.2

K3=1.1

G=P+rQ=2008kg

h=2800mm…上下导靴间距

DBG=1450mm…对重架导轨距

W=250mm…对重架宽度

GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》规定：

对于中心悬挂或对称悬挂的对重或平衡重，设定重力的作用点偏差在宽度方向为5%，深度方向为10%，

DBGy=145mm…重力作用点在y方向的偏移

BTFx=12.5mm…重力作用点在x方向的偏移

M=0.00kg…附加装置的质量

8.2.6.1正常使用导靴在Y方向作用在导轨上的力

Fx=K2Gg×BTFx/（2h）=1.2×9.8×2008×12.5/2×2800=52.7N

My=3Fxl/16=19766N.mm

σy=My/Wy=19766/4.82×1000=4.1Mpa

8.2.6.2导靴在X方向作用在导轨上的力

Fy=g（gPYp+FsYl）/h=1.2×9.8×2008×145/2800=1223N

Mx=3Fyl/16=3×1223×2000/16=458577Nmm

σx=Mx/Wx=458577/6300=72.8Mpa

8.2.6.3弯曲应力

在正常使用工况下，不发生弯曲情况。

8.2.6.4复合应力

σm=σx+σy=（72.8+4.1）=76.9Mpa＜σperm=165Mpa

σ=σm+（k3M）/A=76.9+（1.1×20/617）=76.9+0.0356=76.9356Mpa＜σperm=165Mpa

8.2.6.5翼缘弯曲:

σf=1.85Fx/C²=1.85×52.7/（1.8×1.8）=30.1Mpa＜σperm=165Mpa

8.2.6.6挠度：

δx=0.7Fxl³/48EIy=0.7×52.7×2000³/（48×210000×530000）=0.06mm＜σperm=5mm

结论：

电梯正常使用、运行时对重导轨的应力和变形符合要求。

9　轿厢架强度和刚度的计算

轿厢架是电梯的主要受力部件，它由上梁、下梁、立梁及连接它们的若干紧固件组成，计算时，视上、下梁均为简支梁，其中上梁作用载荷为整个安装在轿厢架上所有零部件的总重量（包括轿厢架自身的重量）和额定载重量之和，并作用于上梁的中央；下梁则假定额定载重量和轿厢上各个部件的总重量之和的5/8均布于下梁上，其余3/8的总重量再加上补偿链及随行电缆的重量集中作用于下梁中央。

对于立梁，由于载荷在轿厢内分布不均匀，及立梁与上、下梁视为刚性连接等特点，立梁受到拉伸与弯曲的组合作用。

图3轿厢架结构示意图

1——拉杆2——上梁3——直梁　4——轿厢5——轿底6——下梁

9.1基本参数

（1）T1——电梯满载起动时，上梁所受的作用力：

T1=（P+Q）（g+a）=（1400+1350）*（9.8+0.5）=28325N

式中：

P—整个轿厢的重量

　　　Q—额定载荷

（2）T2——电梯满载起动时，下梁所受的均布载荷：

T2=（P1+Q）（g+a）*5/8=（1200+1350）*（9.8+0.5）*5/8=16416N

式中：

P1—去除上梁、轿顶轮、直梁等辅件后的轿厢重量

（3）T3——电梯满载起动时，下梁所受的集中载荷：

T3=（P1+Q）（g+a）*3/8+（W2+W3）=（1200+1350）*（9.8+0.5）*3/8+（17.85+110）=9977N

式中：

W2—随行电缆的重量

W3—补偿链的重量

（4）T4——电梯满载起动时，立梁所受的垂直作用力：

T4=（P2+Q）（g+a）=（1300+1350）*（9.8+0.5）=27295N

式中：

P2—去除上梁、轿顶轮等辅件后的轿厢重量

（5）在本系统中，上梁采用16a#—GB/T707-1988槽钢制作；下梁和直梁采用14a#—GB/T707-1988槽钢制作。

它们的几何特性参数分别为：

16a#槽钢：

Wx=108cm3；Ix=866cm4

14a#槽钢：

Wx=80.5cm3；Wy=13cm3；Ix=564cm4；Ix=53.2cm4；A=18.516cm2

[σ]——Q235材料的许用应力，对于上、下梁及立梁：

[σ]＝[σ]b/n=375/2.5=150Mpa

E——材料的弹性模量，对于本系统：

E=210Gpa

Lo——上、下梁的跨度，对于本系统：

Lo=2216mm

[Y]——上、下梁的许用挠度，对于本系统：

[Y]=Lo/1000=2216/1000=2.216mm

H——上、下导靴之间的垂直中心距，对于本系统：

H=3550mm

L——立梁的长度，对于本系统：

L＝3340mm

9.2上梁强度和刚度的计算

上梁的受力情况见上梁受力示意图4，

上梁采用2根16a#—GB/T707-1988槽钢

制作，根据材料力学的基本理论可知，上

梁所受的最大弯矩、最大应力及最大挠度

分别为：

Mmax=T1*L0/8

σmax＝Mmax/Wx

Ymax=T1