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1、河 北 科 技 大 学 学生个性化教育实训报告题 目：电梯轿厢和井道系统分析与设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 机械 指导教师： 日 期： 2016.12.122017.01.14 目录目录一、实训任务书3 二、任务分配4 三、绪论5 四、总体设计方案5 五、电梯的机械结构部分 6 5.1、曳引电动机的选择 .6 5.2、联轴器的计算与选用 .6 5.3、配重块的选择 .7 5.4、轴的选用及强度校核 .7 5.5、轴承的选用及寿命计算 .10 5.6、曳引钢丝绳的计算选用及强度校核11 5.7、导轨的选用.14 5.8、轿厢的结构设计 .15 5.9、轿门和层门的结构设计 .15 六、电
2、梯控制系统的设计 16 6.1、控制系统的设计 .17 6.2、软件的设置.18 6.21、电梯流程图 .18 6.22、PLC 的设计 18 七、程序调试35 八、谢辞36 九、参考文献37一、实训任务书一、实训任务书河北科技大学机械工程学院电梯轿厢和井道系统分析与设计任务 书专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 班级 机械 学生姓名 学号 一、内容简介一、内容简介 本设计以三层变频曳引式垂直升降电梯为例，设计电梯轿厢部分和井道部 分机械结构和控制系统，并通过实训装置进行调试练习。 二、任务要求：二、任务要求： (1)电梯载重 50Kg，要求实现轿厢平层自动开关门，具有手动调试和自动 运行
3、功能；设计合理的人机界面和操作按钮。 (2) 轿厢到指定楼层平层停止后，才能开门。开门后延时 10 秒后关门或者 按关门按钮后关门。具有开关门到位检测功能，并能实现故障报警。 (3)电梯运行速度为低速度电梯； (4)控制系统采用西门子系列 PLC； (5)要求控制系统有仿真和调试。 三、任务内容任务内容： （1）实训设计说明书 1 份； （2）机械结构三维模型图（电子版） ，二维设计装配图 1 张及主要零件图；（3）控制系统原理图 1 张； （4）程序框图及程序清单； （5）演示视频。 四、时间安排（四、时间安排（1616 周周-20-20 周）周） 2016.12.12-2016.12.17
4、 ：认识电梯，现场测绘，机械结构设计及强度的 计算与校核，三维建模，绘制机械结构装配图、 主要零件图； 2016.12.18-2016.12.24：熟悉控制元件、控制流程，绘制电梯控制系统原 理图； 2016.12.25-2016.12.31：编写 PLC 控制程序，编写力控触摸屏软件； 2017.1.3-2017.1.6 ：仿真、调试程序；编写设计说明书。 2017.1.7-2016.1.13：装置调试运行，答辩。二、任务分配二、任务分配1)编写设计说明书及强度的计算与校核王帅鹏、杨森2)三维建模白旭鹏3)绘制机械结构装配图任庆昭4)主要零件图常志鹏5)绘制电梯控制系统原理图徐建川6)编写
5、PLC 控制程序，编写力控触摸屏软件林子峰、白玉磊三、绪论三、绪论电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和输查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保
6、证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真的调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。日前，由可编程序控制器(PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展力向。四、总体设计方案四、总体设计方案本次设计的主要任务是设计出一个三层电梯模型，使之能达到设计要求。在本次设计中遵循的设计原则主要包
7、括：系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、适用、减小设备成本。在此原则之上该设计主要分为电梯机械结构部分和电梯控制系统部分。机械结构部分：1.电梯模型的长宽高分别为 880mm、500mm、1600mm，轿厢的长宽高分别为880mm、340mm、470mm，轿厢架采用 4040 铝型材。2.交流电机通过膜片联轴器与轴相连接，轴通过轴承座固定在轿架上，通过交流电机的正反转来使曳引钢丝绳拉动轿厢沿导轨上下移动。3.轿门和层门设计为联动控制。控制系统部分：由 PLC 进行控制，用涡流传感器来检测轿厢的实际位置并传递信号，用编码器来控制交流电机的停转，用继电器来控制交流电机的正
8、反转的开始与停止，用继电器来控制轿厢门的开和关五、电梯的机械结构部分五、电梯的机械结构部分5.1、曳引电动机的选择、曳引电动机的选择1、选用电动机类型根据工作要求选用三相交流步进电动机，电压为 380V。2、选择电动机的容量。电动机所需功率：Pd=Pwa=1000w根据工作机的类型，取电动机效率 w= 0.96根据机械设计课程设计第十章中表 10 2 机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率为：联轴器效率为，滚动轴承传动效率（一对）1= 0.99，代入得2= 0.99 = 0.99 * 0.99 = 0.98假设电机轴所受的拉力约为 1000N，速度为 0.5m/s所需电动机功率为Pd=F
9、v1000w=1000 * 0.5 1000 * 0.96 * 0.98= 0.53Kw3、确定电动机转速n =60 * 1000 =60 1000 0.5 15= 637/综合考虑学校现有情况， 因此选用型号为 SLPU 5GU 7.5K，其功率为7.5kw,额定转速为 1400r/min，可见完全符合前面计算出的电动机的所需功率和所需的电动机转速。5.2、联轴器的计算与选用、联轴器的计算与选用1、类型选择考录到电机转矩的变化及载荷的影响，为隔离减震选用膜片联轴器2、计算转矩工作转矩 T=9549Pk/n=9549*7.5/1400=51.15N.m工作情况系数 K=1.8计算转矩 Tc=K
10、T=1.8*51.15=92.08N.m3、型号选择由机械设计手册查得型号 5-C68 膜片联轴器，最大扭矩 110N.m，许用最大转速为 10000r/min，轴颈在 14mm24mm。因为一般联轴器可不必进行强度计算，故选用。5.3、配重块的选择、配重块的选择这个要看电梯的速度，载重，和对重块的数量，还有电梯的差动平衡系数。一般厂家是按标配给电梯配了配重块的。公式如下对重块的重量=轿厢的自重+电梯平衡系数*额定载重量-对重架重量。由实物图可知配重块大约为 20kg。5.4、轴的选用及强度校核、轴的选用及强度校核1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 40MnB，调质处理，根据机械设计手册查
11、得 C=85，于是得d=C3Pk= 85 37.51400= 14.88所以选轴的直径为 15mm，因为轴与联轴器相连接，所以联轴器的孔径为15mm。2、求轴上的载荷首先根据电梯上轴的结构图做出轴的计算简图（图一）F1为载重及轿厢自重对轴产生的拉力，使轴在铅锤面产生弯曲变形，载重为 50kg，轿厢自重约为 5kg，故产生的拉力 F1=550N。F2为电梯的配重对轴产生的拉力，使轴在水平面产生弯曲变形，由实物图可知，配重是由四块 34cm*5cm*4cm 的长方体钢块组成，钢的密度 7.85g/cm3，故配重的重量 M=34*5*4*7.85*4/1000=21.352kg，因配重上开有槽，故取
12、M=20kg，所以 F2=200N。M 为电动机输出的转矩，由公式 Me=9549Pk/n，由电机参数可知Pk=7.5kw，n=1400r/min，代入公式得 Me=51.15N.m，传动效率 =0.98 由截面法可知 MT=0.98*51.15=50.13N.m。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图一） ，其中（b）为扭矩图，（c）为轴在铅锤面的受力简图和弯矩图， （d）为轴在水平面的受力简图和弯矩图。3、判断危险界面由弯矩图和扭矩图可知，危险界面肯定为 C、D 两截面之一，在 C 截面，其合成弯矩 M1=，在 D 截面上，其合成弯矩 M2=18.752+ 3.3752= 19.05.
13、，故危险截面为 C 截面。8.442+ 6.462= 10.63.现将计算出的截面 C、D 处的 MH、MV及 M 值列于下表表一：截面 C、D 处的 MH、MV及 M 值汇总表载荷水平面铅锤面支反力FH1=56.25N、FH2=143.75NFv1=344N、Fv2=206N弯矩 MMH1=3.375N.mMH2=6.46N.mMV1=20.6N.mMV2=9.27 N.m总弯矩M1=20.62+ 3.3752= 20.87.M2=9.272+ 6.462= 11.30.扭矩 MTMT =50.13 N.m4、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（如危
14、险界面C）的强度。根据公式及上表中的数据，由轴是双向旋转，按两班制工作，得其扭转剪应力为脉动循环变应力，取 =0.6，则轴的计算应力为ca=M2+ （ * MT）2W=20.872+ （0.6 * 50.13）20.1 * 0.0153= 108.47MPa式中 W=/32，d=0.015md3前已选定轴的材料为 40MnB，调制处理，由设计手册查得-1=142Mpa，因此 cae，由表 136 插值法查出X=0.56，Y=1.731表 13 6 径向载荷系数 X 和轴向载荷系数 YFa/FreFa/Fre 轴承类型相对轴向载荷 Fa/Core XYXY0.0140.192.300.0280.
15、221.990.0560.261.71深沟球轴承0.0840.280.561.55104.由电梯运行平稳可知年电梯在运行时无冲击或轻微冲击查表 137 确定载荷系数 fp=1.01.2，取 fp=1.1表 13 7 载荷系数 fp载荷系数fp举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机等中等冲击1.21.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、机床等强大冲击1.83.0破粹机、轧钢机、钻探机、振动筛5.计算当量动载荷P=fp（XFr+YFa）=1.1*(350*0.56+200*1.731)=596.42N6.计算轴承实际寿命Lh=（） （ ）=（）3=25122（h）10660nCrP1666714007650596.42式中 为寿命指数，对于球轴承 =3由计算可知轴承实际寿命 25122（h）大于轴承预估寿命为 Lh=20000，因此选用深沟球轴承 6202 符合要求。5.6、曳引钢丝绳的计算选用及强度校核、曳引钢丝绳的计算选用及强度校核1、曳引钢丝绳的选择目前电梯曳引轮主要用 V 型和半圆 U 型下切口两种槽型。V 型
