溫 敏

廣東廣立電梯有限公司

曳引電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溫 敏

廣東廣立電梯有限公司

電梯是現(xiàn)代建筑的重要組成部分，是高層建筑、大型商場(chǎng)、民用住宅樓等必不可少的電氣設(shè)備。根據(jù)電梯結(jié)構(gòu)的不同，電梯的劃分也很多，但是大多數(shù)的電梯組成都是靠電機(jī)拖動(dòng)和鋼絲繩拽引的形式來(lái)使電梯運(yùn)行的。例如，主軸作為電梯曳引機(jī)承載的重要零件，主要起到承載和傳遞動(dòng)力的作用?；诖耍恼戮鸵芬娞輽C(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望可以提供一個(gè)有效的借鑒，從而更好的促進(jìn)電梯設(shè)計(jì)水平的提升。

曳引電梯；機(jī)械結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)方法

1.電梯曳引機(jī)概況

1.1 電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展階段

1889年，第一臺(tái)以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)在美國(guó)紐約市成功安裝使用，電力首次應(yīng)用于升降機(jī)系統(tǒng)，成為名副其實(shí)的“電梯”，隨著平層微動(dòng)裝置及信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用，電梯驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)逐步進(jìn)入自動(dòng)化、智能化控制階段。電梯的曳引機(jī)系統(tǒng)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：直流電機(jī)階段、交流感應(yīng)電機(jī)階段和永磁同步曳引機(jī)階段，與之相對(duì)應(yīng)的電梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)也經(jīng)歷了由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)到交流雙速驅(qū)動(dòng)、交流調(diào)壓驅(qū)動(dòng)、交流變頻變壓驅(qū)動(dòng)的發(fā)展階段。

1.2 電梯曳引機(jī)主要部件

曳引機(jī)系統(tǒng)主要部件包括電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器，系統(tǒng)其他部件包括曳引輪、聯(lián)軸器等。曳引機(jī)電機(jī)是電梯最為關(guān)鍵的部件，是整個(gè)電梯的動(dòng)力來(lái)源，目前主要應(yīng)用永磁同步曳引機(jī)作為動(dòng)力裝置。制動(dòng)器是電梯安全的重要保障，目前電梯制動(dòng)器主要采用電磁制動(dòng)器來(lái)保障電梯的性能穩(wěn)定。

2.曳引電梯機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 減速器的設(shè)計(jì)

蝸桿減速器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)噪音，沖擊振動(dòng)小，具有一定的自鎖功能。它的缺點(diǎn)是：與齒輪減速器相比傳動(dòng)效率低，并且需要使用貴重的有色金屬。

行星齒輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是：體積小巧、重量輕、傳動(dòng)效率高可以實(shí)現(xiàn)很大的減速比，現(xiàn)實(shí)中在許多情況下行星減速器可代替二級(jí)三級(jí)的普通齒輪減速器和蝸桿減速器使用。

綜合上述，蝸桿減速器更適合作為本次設(shè)計(jì)的電梯曳引機(jī)的減速器。蝸桿減速器傳動(dòng)效率一般在18～120范圍內(nèi)，要求齒輪齒數(shù)大于30。蝸桿減速器的減速比是指蝸桿的轉(zhuǎn)速與蝸輪的轉(zhuǎn)速比也就是蝸輪齒數(shù)Z2與蝸桿Z1頭之比。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)減速器后將速度降到所需要的。

2.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)

制動(dòng)器是一個(gè)使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)減速、停止或讓其保持靜止?fàn)顟B(tài)功能的裝置，俗稱(chēng)剎車(chē)、閘。制動(dòng)器一般是由制動(dòng)架、制動(dòng)電磁鐵、拉桿、制動(dòng)臂及閘瓦機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計(jì)選擇電磁制動(dòng)器。電梯處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)，電磁制動(dòng)器的線圈及曳引電動(dòng)機(jī)都沒(méi)有電流通過(guò)，此時(shí)電磁鐵芯間沒(méi)有電磁力的作用，制動(dòng)閘瓦在制動(dòng)彈簧力的作用下，將電機(jī)轉(zhuǎn)軸抱緊，達(dá)到電梯靜止的目的；當(dāng)曳引電動(dòng)機(jī)接電瞬間，電磁制動(dòng)器中的線圈同時(shí)通電，則電磁制動(dòng)器的鐵芯迅速磁化吸合，電磁鐵的磁力將大于彈簧對(duì)制動(dòng)臂的作用力，使制動(dòng)閘瓦塊張開(kāi)，與電機(jī)轉(zhuǎn)軸輪分來(lái)，機(jī)電軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電梯正常運(yùn)行；當(dāng)電梯轎廂有運(yùn)動(dòng)變成停車(chē)的瞬間，曳引電動(dòng)機(jī)斷電，電磁制動(dòng)器中的線圈也同時(shí)斷電，電磁鐵的磁力馬上消失，制動(dòng)臂在彈簧力的作用下復(fù)位，使制動(dòng)閘瓦塊再次將電機(jī)轉(zhuǎn)軸抱死，電梯穩(wěn)定停車(chē)。

2.3 主軸的設(shè)計(jì)

主軸在電梯工作時(shí)，其承受的載荷極其復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，較難確定按照哪種工況下的強(qiáng)度計(jì)算是可靠的。因而本文結(jié)合工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)主軸處于空載上行、空載下行、滿載上行及滿載下行四種工況分別進(jìn)行計(jì)算，得出各工況下的受力分別為10604.55N、10831.35N、22561.35N以及13666.35N?；谏鲜鏊姆N工況的計(jì)算可以得知：當(dāng)電梯處于滿載上行時(shí)，主軸系統(tǒng)承受的載荷最大。因而本文利用ANSYS有限元軟件對(duì)滿載上行的工況進(jìn)行數(shù)值模擬，在主軸的靜力分析之中，材料采用40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，彈性模量為2.06×105MPa，泊松比為0.27，屈服強(qiáng)度為785MPa，抗拉強(qiáng)度為980MPa。為了優(yōu)化網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和提高計(jì)算速度，可以將不影響強(qiáng)度的螺紋孔與花鍵結(jié)構(gòu)忽略。此外，用其后處理程序?qū)χ鬏S系統(tǒng)處于滿載上行工況下的等效應(yīng)力及位移等進(jìn)行分析。

2.4 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

控制電路系統(tǒng)是電梯系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)向系統(tǒng)各個(gè)模塊部件發(fā)出指令，使整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)電路采用DSP芯片核心處理系統(tǒng)電路，還包括電源控制電路、編碼器信號(hào)調(diào)理電路、傳感器信號(hào)調(diào)理電路等組成部分。電源控制模塊對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行控制，為核心芯片提供穩(wěn)定電壓，保證芯片正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)需要降低電源電路的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可靠性。主控制電路以DSP芯片為核心，處理曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)與命令，DSP核心控制電路設(shè)計(jì)的合理性和高效性為電梯穩(wěn)定高效運(yùn)行提供保障。傳感器信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)對(duì)傳感器信號(hào)的處理，將傳感器監(jiān)測(cè)到的運(yùn)行信息調(diào)理為DSP芯片可以識(shí)別的信號(hào)，便于主控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。

2.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)

聯(lián)軸器是用來(lái)連接兩個(gè)不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸使它們達(dá)到相同旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)方向，并傳遞扭矩的機(jī)械裝置。在高速和重載的傳動(dòng)系統(tǒng)中，一些類(lèi)型聯(lián)軸器還具有減振、緩沖和提高軸對(duì)中的性能。聯(lián)軸器一般分為兩部分，一部分連接到主動(dòng)軸一部分連接到從動(dòng)軸。在本設(shè)計(jì)中蝸桿減速器的蝸桿軸和電機(jī)轉(zhuǎn)軸在同一軸線上，當(dāng)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)蝸桿軸旋轉(zhuǎn)。

2.6 曳引輪設(shè)計(jì)

曳引輪參數(shù)的計(jì)算

曳引輪直徑 D≥40d(d 為鋼絲繩直徑)。

i-減速器傳動(dòng)比；

e-曳引比；

n-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)；

D60=0.25×2×30/(3.14×2800)～100mm，所以取D=100mm＞40d =80mm。

總之，曳引電動(dòng)機(jī)是電梯傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)元件，曳引電動(dòng)機(jī)電梯是傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮電梯系統(tǒng)的高效性、安全性、可靠性，保障驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)性能的同時(shí)也保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，對(duì)電梯設(shè)計(jì)者、制造者和使用者都具有十分重要的意義。

[1]潘峰.電梯曳引鋼絲繩使用安全性能影響因素分析[J].金屬制品，2016，04：47-50.

[2]甘鋒.電梯曳引機(jī)封星技術(shù)的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，26：147.