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

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、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)拖動和鋼絲繩拽引的形式來使電梯運(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力的作用。基于此，文章就曳引電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要的分析，希望可以提供一個有效的借鑒，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)動系統(tǒng)發(fā)展階段

1889年，第一臺以直流電動機(jī)為動力的升降機(jī)在美國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”，隨著平層微動裝置及信號控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用，電梯驅(qū)動與控制系統(tǒng)逐步進(jìn)入自動化、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，與之相對應(yīng)的電梯驅(qū)動技術(shù)也經(jīng)歷了由直流電機(jī)驅(qū)動到交流雙速驅(qū)動、交流調(diào)壓驅(qū)動、交流變頻變壓驅(qū)動的發(fā)展階段。

1.2 電梯曳引機(jī)主要部件

曳引機(jī)系統(tǒng)主要部件包括電動機(jī)和制動器，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，是整個電梯的動力來源，目前主要應(yīng)用永磁同步曳引機(jī)作為動力裝置。制動器是電梯安全的重要保障，目前電梯制動器主要采用電磁制動器來保障電梯的性能穩(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，無噪音，沖擊振動小，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三級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)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速器后將速度降到所需要的。

2.2 制動器的設(shè)計(jì)

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

2.3 主軸的設(shè)計(jì)

主軸在電梯工作時，其承受的載荷極其復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)時，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。基于上述四種工況的計(jì)算可以得知：當(dāng)電梯處于滿載上行時，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)各個模塊部件發(fā)出指令，使整個系統(tǒng)高效運(yùn)行。控制系統(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、編碼器信號調(diào)理電路、傳感器信號調(diào)理電路等組成部分。電源控制模塊對系統(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)動系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)的信號與命令，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。傳感器信號調(diào)理電路通過對傳感器信號的處理，將傳感器監(jiān)測到的運(yùn)行信息調(diào)理為DSP芯片可以識別的信號，便于主控制系統(tǒng)對系統(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)軸器是用來連接兩個不同機(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系統(tǒng)中，一些類型聯(lián)軸器還具有減振、緩沖和提高軸對中的性能。聯(lián)軸器一般分為兩部分，一部分連接到主動軸一部分連接到從動軸。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)時帶動蝸桿軸旋轉(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-減速器傳動比；

e-曳引比；

n-電動機(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，曳引電動機(jī)是電梯傳動系統(tǒng)中的驅(qū)動元件，曳引電動機(jī)電梯是傳動系統(tǒng)的一個重要組成部分，設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮電梯系統(tǒng)的高效性、安全性、可靠性，保障驅(qū)動控制系統(tǒng)性能的同時也保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，對電梯設(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.