電梯及其機械原理

1、電梯及其機械原理【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及城市化進程的加快，越來越多的高層樓房拔地而起，電梯這種便捷快速的代步工具應(yīng)運而生。電梯，是指動力驅(qū)動，利用剛性導(dǎo)軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯級（踏步），進行升降或者平行運送人、貨物的機電設(shè)備，包括人（貨）電梯、自動扶梯、自動人行道。本文主要對直升類電梯的機械結(jié)構(gòu)原理進行簡析，并簡單【關(guān)鍵字】電梯 機械原理【正文】1.電梯概述電梯是指用電力作為拖動動力，具有乘客或載貨轎廂，并運行于垂直或垂直方向傾斜角度不大于15度的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌之間，運送乘客和貨物的固定設(shè)備。（如圖1-1）圖1-1電梯有多種分類方式，如：按其運行速度的不同，可分為低速梯、中速梯

2、、高速梯以及超高速梯；按其用途不同，又可分為乘客電梯、載貨電梯、觀光電梯等。電梯是機、電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，它具有四大空間：機房部分、井道及底坑部分、轎廂部分、層站部分；八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)；以及兩種主要的傳動方式：鼓輪式傳動（如圖1-2）、曳引式傳動（如圖1-3）?！?】圖1-2 圖1-3本文以其八大系統(tǒng)為主線，著重探討了曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)中涉及到的機械原理相關(guān)知識。2.電梯具體部分機械原理簡析2.1電梯的曳引系統(tǒng)電梯曳引機（外觀如圖2.1-1 原理圖如圖2.1-2）是電梯的動力設(shè)備，又稱電梯主機。功能是輸送與傳遞

3、動力使電梯運行。圖2.1-1圖2.1-2其具體工作原理是：安裝在機房的電動機與減速箱、制動器等組成曳引機，是曳引驅(qū)曳引機動的動力。轎廂與對重裝置的相對運動是靠曳引繩和曳引輪間的摩擦力來實現(xiàn)的。這種力就叫曳引力或驅(qū)動力。曳引鋼絲繩通過曳引輪一端連接轎廂，一端連接對重裝置。為使井道中的轎廂與對重各自沿井道中導(dǎo)軌運行而不相蹭，曳引機上放置一導(dǎo)向輪使二者分開。轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪槽內(nèi)產(chǎn)生摩擦力，由于此摩擦力的存在，電動機轉(zhuǎn)動帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動轎廂和對重裝置作相對運動，即轎廂上升，對重下降；對重上升，轎廂下降。于是，實現(xiàn)了轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上、下往復(fù)運行的過程，從而

4、使電梯執(zhí)行垂直運送任務(wù)。曳引機可以實現(xiàn)多種傳送比。設(shè)置在轎廂頂和對重架頂部的動滑輪及設(shè)置在機房的定滑輪成為反繩輪，可根據(jù)需要使曳引繩以不同方式饒過反繩輪，從而得到不同的傳送比。具體比例及繞線方式如下：【2】圖2.1-3（假定記：曳引繩線速度為V1米/秒，轎廂升降速度V2米/秒,轎廂側(cè)曳引繩載荷力為T1，轎廂總重量為T2。）1:1傳動方式：轎廂與對重均無反繩輪，曳引繩直接拖動轎廂和對重。傳動特點：V1=V2, T1=T2 （如圖2.1-3）圖2.1-42:1傳動方式：轎頂和對重頂部均設(shè)有反繩輪。傳動特點V1=2*V2, T1=1/2T。（如圖2.1-4）圖2.1-53:1傳動方式：轎頂和對重頂部

5、均設(shè)有反繩輪和定滑輪。傳動特點：V1=3*V2, T1=1/3T2（如圖2.1-5）除傳動比之外，曳引繩在曳引輪上的包角也是曳引機的重要參數(shù)之一。包角是指曳引鋼絲繩經(jīng)過繩槽內(nèi)所接觸的弧度，包角越大摩擦力越大，即曳引力也隨之增大，提高了電梯的安全性。包角主要有兩種類型：半繞式傳動（最大包角180度，如圖2.1-6）和全繞式傳動（最大包角1+180度，如圖2.1-7） 圖2.1-6 圖2.1-7客梯一般采用1 :1半繞傳動，速度高，載重量?。回浱菀话悴捎? :1半繞傳動，速度低，載重量大；高速梯一般采用1 :1全繞傳動，速度高，載重量小。2.2電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)功能是限制轎廂和對重的活動自由度

6、，起到減少其自由度的作用，使轎廂和對重只沿著各自的導(dǎo)軌作升降運動，使兩者在運行中平穩(wěn)，不會偏擺。導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌架、導(dǎo)軌和導(dǎo)靴組成。圖2.2-1導(dǎo)軌架：導(dǎo)軌架固定在電梯井道壁上，上面固定導(dǎo)軌，用扁鋼或角鋼制成。導(dǎo)軌：導(dǎo)軌是為電梯轎廂和對重提供導(dǎo)向的構(gòu)件，在井道中確定轎廂和對重的相互位置。最常用T型導(dǎo)軌，其具有良好的抗彎性能以及良好的可加工性能。導(dǎo)靴：導(dǎo)靴是引導(dǎo)轎廂和對重沿導(dǎo)軌運行的裝置，固定在轎廂架和對重架上，運行時導(dǎo)靴夾住導(dǎo)軌，保證轎廂和對重沿導(dǎo)軌作升降運動?！?】導(dǎo)軌與導(dǎo)靴的配合如圖圖2.2-2 1導(dǎo)靴；2導(dǎo)軌；3轎架或?qū)χ丶埽?導(dǎo)靴凹凸槽；5導(dǎo)軌凸形工作面導(dǎo)靴按其功能特性不同分為固定滑動導(dǎo)

7、靴、彈性滑動導(dǎo)靴（如圖2.2-3）和滾動導(dǎo)靴（如圖2.2-4）圖2.2-3 彈簧式滑動導(dǎo)靴1靴頭；2彈簧；3尼龍靴襯；4靴座；5導(dǎo)軌；6靴軸；7調(diào)節(jié)套圖2.2-4 滾動導(dǎo)靴(上為立面圖，下為俯視圖)【4】1滾輪；2彈簧；3搖臂；4靴座其中固定滑動導(dǎo)靴有較高的強度和剛度，承載能力強。但由于固定滑動導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間存在的間隙，運動時會產(chǎn)生較大的震動和沖擊，因此適用于低速電梯。而彈簧式滑動導(dǎo)靴與固定式滑動導(dǎo)靴的不同之處就在于靴頭是浮動的，在彈簧力的作用下，靴襯的底部始終壓貼在導(dǎo)軌端面上，因此能使轎廂保持較穩(wěn)定的水平裝置，同時在運行中具有吸收振動與沖擊的作用。需要注意的是，彈簧式彈性滑動導(dǎo)靴的導(dǎo)靴頭只能

8、在彈簧的壓縮方向上作軸向浮動，因此又稱單向彈性導(dǎo)靴。滾動導(dǎo)靴以三個滾輪代替了滑動導(dǎo)靴的三個工作面。三個滾輪在彈簧的作用下，壓貼在導(dǎo)軌三個工作面上，電梯運行時，滾輪在導(dǎo)軌面上作滾動。滾動導(dǎo)靴以滾動降擦代替廠滑動摩擦，大大減少了摩擦損耗，節(jié)省了能量；同時還在導(dǎo)軌的三個工作面方向，都實現(xiàn)了彈性支承，從而對Fx及Fy力都具有良好的緩沖作用。其在高速電梯上有廣泛應(yīng)用。2.3電梯的其他組成部分轎廂：運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。門系統(tǒng)：其主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。重量平衡系統(tǒng)：主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作

9、中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。電力拖動系統(tǒng)：提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。電氣控制系統(tǒng)：對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。安全保護系統(tǒng)：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由電梯限速器、安全鉗、夾繩器、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關(guān)裝置組成?！?】3.電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景隨著科技的不斷進步，電梯的技術(shù)水準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。許多新技術(shù)

10、和新產(chǎn)品的出現(xiàn)大大提高了電梯的使用性能，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，為我們的生活帶來了極大便利。電梯速度越來越高，超高速電梯成為了未來電梯技術(shù)革新的主要關(guān)注點。21世紀(jì)將會發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，因而極大地催化了超高速電梯的研究進程。其中，曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動機、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進?！?】采用直線電機驅(qū)動的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會有明顯提高。經(jīng)過本文對電梯相關(guān)機械原理的簡析，深刻理解了實際生產(chǎn)中精密機械制造原理理論知識的應(yīng)用，從而對書本知識有了更加靈活的掌控和把握。而通過對電梯行業(yè)發(fā)展前景的展望，我們也有理由相信，未來的電梯一定會更進一步地為我們的生活提供更多的便捷?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】 電梯電氣設(shè)計（M） 劉劍 中國電力出版社，2006【2】 電梯曳引機設(shè)