磁悬浮电梯专业系统设计.doc

垂直电梯机械系统设计

班级:级机自07班
姓名:郑星原
学号:2352

1.1摘要
解释电梯机械系统基本构造和工作原理，进而对传动方案选取，拟定减速器和牵引方式，依照设计规定计算驱动功率，选取驱动电机，拟定减速器参数，对传动系统中各个部件进行受力分析，最后选取制动方式和制动力。
核心词:电梯、构造原理、功率、参数
1.1Abstract
Explain the basic constitution and operating principle of mechanical system which is in elevator. Then choose the rational transmission scheme to determine which are the most reasonable reducer and model of traction. Calculate the power of driving，select drive motor and determine the parameter of reducer in accordance with the design requirement. And then make force analysis of every part in the transmission system. Choose the rational brake method and braking force in the end.
Key words：elevator；principle and constitution；power；parameter

2.电梯机械系统基本构造与工作原理
2.1电梯机械系统基本构造：
电梯可提成电气系统与机械系统两大某些，电气系统重要是控制电梯运营过程，相称于人神经，而机械系统则是作用于电梯传动、减速器、制动等，相称于人躯体。构造如图2-1。
机械系统可分为：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、安全保护系统等。

2.1.1曳引系统构造及功能

功能：输出与传递动力，使电梯运营
构成：重要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等构成
曳引机：电动机、制动器、减速箱等构成，为电梯运营提供动力，如无齿轮，则没有减速箱。
曳引钢丝绳：连接轿厢和对重，靠与曳引轮间摩擦力来传递动力，驱动轿厢升降。
导向轮：安装在曳引机机架上或承重梁上，将曳引绳引向对重或轿厢钢丝绳轮。
反绳轮：设立在轿厢顶和对重架顶部动滑轮及设立在机房定滑轮，依照需要曳引绳绕过反绳轮可构成不同曳引比

2.1.2导向系统构造及功能
功能：限制轿厢和对重活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨上下作升降运动。
构成：由导轨、导靴、导轨支架构成
导轨：在井道中拟定轿厢与对重互相位置，并对它们运动起导向作用组件，普通由钢轨与连接板构成。
导靴：安装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重运动服从于导轨部件。
导轨架：是支承导轨组件，固定在井道壁上。
2.1.3轿厢

功能：用以运送乘客或货品电梯组件，是电梯工作部件。
构成：由轿厢架与轿厢体（轿壁、轿顶、轿底及操纵箱等）构成，对于客梯，轿底普通安装有负载称重装置。
轿厢架：固定轿厢体承重构架，由上梁、立柱、底梁等构成
轿厢体：电梯工作容体，具备与载重量和服务对象相适应空间，由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶等构成。
图2-2

2.1.4门系统

功能：封住层站入口和轿厢入口
构成：由轿厢门、层门、开门机、门锁装置等构成。
轿厢门：设在轿厢入口门，由轿门板、门导轨、轿厢地坎等构成。
层门：又称厅门，设立在每个层站入口门，由门、门导轨、层门地坎、层门联动机构及自复门机构等构成。
开门机：使轿厢门及层门启动或关闭装置。
门锁装置：设立在层门内侧，门关闭后将层门锁紧，同步接通安全回路，使电梯方能运营机电连锁安全装置。
2.1.5重量平衡系统
功能：相对平衡轿厢重量，使轿厢与对重间重量差保持在某一种限额之内，减少电梯曳引电动机功率损耗，减少钢丝绳与曳引轮之间曳引力（摩擦力），从而延长钢丝绳使用寿命，保证电梯曳引传动正常。
构成：对重和对重块及重量补偿装置。
对重：由对重架和对重块构成，其重量与轿厢满载时重量成一定比例，与轿厢间重量差具备一种恒定最大值，又称平衡重。
对重重量=轿厢重量+K*额定载重量（K=0.4-0.5）
重量平衡装置：补偿轿厢与对重侧曳引绳长度变化对电梯平衡设计影响装置，普通有平衡链和平衡钢丝绳。

2.1.6电力拖动系统

功能：提供动力，实行电梯速度控制。
构成：供电系统、曳引电动机、速度反馈装置、调速装置等
曳引电动机：电梯动力源，交流电梯使用交流电动机，直流电梯使用直流电动机或晶闸管。
供电系统：为电梯电机提供电源装置。
速度反馈装置：为调速装置提供电梯实际速度信号反馈装置，如测速发电机、速度编码器等，普通安装在曳引电动机尾部。
调速装置：对曳引电动机实行速度调节和控制装置。

2.1.7安全保护系统

功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全事故发生
构成：重要由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等
限速器：能反映电梯实际运营速度，当电梯速度超过容许值时，能发出电信号及产生机械动作，切断安全回路或迫使安全钳动作，安装在机房中。
安全钳：能与限速器产生连动，以机械动作将轿厢强行制停在导轨上，安装在轿厢或对重两侧。
缓冲器：当轿厢或对重撞击底坑时吸取能量，保证轿厢安全制停，有弹簧式及油压式之分。
端站保护装置：一组防止电梯超越上、下端站开关或逼迫换速装置，能在轿厢或对重遇到缓冲器前，切断控制回路或总电源，使电梯安全制停。

2.2电梯工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生牵引力，实现轿厢和对重升降运动，达到运送目。固定在轿厢上导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运营中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电状况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货品出入。轿厢是运载乘客或其她载荷箱体部件，对重来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以精确停靠。电气系统实现对电梯运动控制，同步完毕选层、平层、测速、照明工作。批示呼喊系统随时显示轿厢。
3电梯传动系统比较与选取（涉及提高方式与减速器）
3.1拟定电梯参数
本次选用电梯型号为APG1000VF250C10/TX-2KS,即额定速度v=2.5m/s，额定载荷G=1000kg，开门宽度L=1000mm，维修时速度不能超过0.63m/s,三个平动方向上自由度振动加速度均不能超过0.25m/s²。
3.2提高方式选取
惯用电梯提高方式如下：
1、钢丝绳驱动式电梯
　　它可提成两种不同型式，一种是被广泛采用摩擦曳引式。另一种是卷筒强制式。前一种安全性和可靠性都较好，后一种缺陷较多，已很少采用。
　　2、齿轮齿条驱动式电梯
　　它通过两对齿轮齿条啮合来运营；运营振动、噪声较大。这种型式普通不需设立机房，由轿厢自备动力机构，控制简朴，合用于流动性较大建筑工地。当前已划入建筑升降机类。
　　3、链条链轮驱动式电梯
　　这是一种强制驱动型式，因链条自重较大，因此提高高度不能过高，运营速度也因链条链轮传动性能局限而较低。但它在用于公司升降物料作业中，有着传动可靠，维护以便，结实耐用长处。
　　4、液压驱动式电梯
这种驱动式电梯历史较长，它可分为柱塞直顶式和柱塞侧置式。长处是机房设立部位较为灵活，运营平稳，采用直顶式时不用轿厢安全钳及底坑地面强度可大大减小，顶层高度限制较宽。但其工作高度受柱塞长度限制，运营高度较低。在采用液压油作为工作介质时，还须充分考虑防火安全规定。
5、磁悬浮电梯即直线电动机驱动电梯
其驱动形式重要分为4 种，即筒形直线感应电动机驱动、扁平形直线感应电动机驱动、永磁直线同步电动机驱动和超导直线同步电动机驱动。磁悬浮电梯相对于老式电梯最大优势是无摩擦、低噪声小、轻振动、高舒服性，对其安全性和能否精确控制其曳引电机是磁悬浮电梯实际应用核心所在。
由于咱们选用电梯为载客垂直电梯，楼层较高，速度较快，对于负载能力规定不大，综合考虑，选用方案5。
3．3磁悬浮电梯原理及构造
磁悬浮电梯研究重要集中于筒形直线感应电动机驱动和永磁直线同步电机机驱动，依照初级绕组设立位置不同，可分为“井道初级式”和“轿厢初级式”两种，在此，曳引机可以采用直线电动机来作为动力源和 “井道初级式”构造，即在井道上设立初级绕组，在轿厢上设立次级绕组，普通直线电动机普通设计为短初级、长次级构造，本文为双边形长初级短次级直线感应电动机，其构造如图所示。

图3-1

本系统重要涉及轿厢、对重装置、导向系统、直线感应电动机初级绕组、直线感应电动机次级绕组、真空开关和VVVF 控制器。为了充分保障电梯使用者安全，防止故障断电后电梯浮现突然降落或“蹲底”事故，同步实现节能目，电梯配备配重，即通过曳引钢丝绳使对重装置和轿厢分别处在曳引轮两侧。为了减少系统成本，其中对重装置采用和常规电梯同样滚动导靴、T 形导轨和导轨架构成导向系统。电梯轿厢侧使用直线感应电动机，详细涉及直线感应电机初级绕组、直线感应电机次级绕组、切换开关和VVVF 控制器等，其中直线感应电动机初级绕组安装于电梯井道，直线感应电机次级绕组安装在电梯轿厢上。为使轿厢悬浮，电梯需设立辅助导靴，辅助导靴与轿厢间隙普通设立为初级绕组与次级绕组气隙值一半。辅助导靴另一作用是当曳引机浮现故障时，可以手动盘曳引轮，以使轿厢处在适当位置，便于检修。当系统正常工作时，一方面给直线感应电动机两个次级绕组通入大小相似偏置电流，由位置传感器检测初级绕组和次级绕组间气隙值，当两边气隙不同样大时，调节偏置电流大小，直至初级绕组和次级绕组间气隙达到设定值，即电梯轿厢实现悬浮。然后给直线感应电动机初级绕组通入三相对称正弦电流，在直线感应电动机初级绕组和直线感应电动机次级绕组气隙中产生行波磁场，该行波磁场按照同步速度vs平移，直线感应电动机次级绕组在行波磁场切割下，产生感应电动势并产生电流，从而产生使电梯上升或下降驱动力和制动力。【1】
电梯等效电路图可以如下表达

α为两个电感比值L₁/L₂,通过调节滑动电阻可以对直线电动机进行调节。由电工学知识可知：
初级输入功率
接下来对磁悬浮系统进行稳定性判断：

如图为等效图：C0为定子与转子距离。

由此可得等效电感，其中为常数。

有麦克斯韦方程：

由受力平衡，可得：

可得<0
因此该系统不稳定。

如图为电梯轿厢受力分析：

最后可得：

由式子可知，通过变化电流强度可变化轿厢提高加速度

3.4对直线电机控制
为防止人体不适，最大加速度变化率
在此可设j=1.0
因而加速度a=jt,其中t在0~0.5s。

由此可得其中
而其中
得其中t
v,a,j图形如下：

若控制电磁频率，使相应曳引力F与a成正有关，即可是速度线图如上，让人在乘坐电梯时可以有舒服感觉。
要想使电梯具备较高舒服性，必要实现对电梯运营速度精确控制，即尽量使速度曲线如图3 所示曲线。电梯速度即次级移动速度:v = ( 1 － s) vs，vs = 2fτ ( 6)式中：f 为输入频率，τ 为绕组极距。均匀且持续地变化初级绕组供电频率，可平滑地变化直线感应电动机同步速度。依照电梯曳引力在稳定运营过程中大小基本保持不变规定，在变频调速时需
进给系统均方根有效推力f可用下式计算：
= ；
Fi为在一种时间间隔内系统规定推力
ti为时间间隔，若时间间隔划分越细，则传动更精准。
3.5电梯轿厢模态分析
接下来对电梯轿厢进行模态分析，测试电机振动与否会引起轿厢共振。
通过查询国标GB6067-85起重机械安全规程 GB7588-电梯制造与安装安全规范 GB10060-1993电梯安装验收规范 GB 16899-1997自动扶梯和自动人行道制造与安装 安全规范 GBT-10058-1997电梯技术条件GBT-10059-1997电梯实验办法 GB-T 7024-1997电梯、自动扶梯、自动人行道术语 JG 5009—92电梯操作装置、信号及附件 电梯曳引机GB／T 13435—92 
GB／T 7025．1—1997电梯主参数及轿厢、井道、机房型式与尺寸 GB 12974—91交流电梯电动机通用技术条件 液压电梯JG 5071—1996  杂物电梯JG 135— 
对于额定载荷1000kg载人电梯，选用宽深高为1400x1600x2300电梯轿厢，为了保证使用安全，轿壁必要有足够强度，国内电梯制造与安装安全规定，轿厢内任何部位垂直向外，在5cm圆形或方形面积上，施加均匀分布为300N力，使弹性变形不不不大于15mm，且无永久变形。普通公司上取厚度1.2到1.5钢材做轿厢。
1一方面用UGS进行建模，如图：

2导入igs格式，用ANSA进行网格划分：
效果如图：

3.导出cdb格式，用ANSYS进行模态分析：

以上只有某些阶振动图（总共20阶，一一画图太费篇幅）
4 得出电梯轿厢共振频率：

由此可知，一阶频率为630.21,由于本文所讲为直线电机电梯，而对于普通曳引式电梯，则应当考虑此问题。