曳引电梯机械结构设计

2017-06-23温敏

环球市场 2017年15期

关键词：曳引机曳引蜗杆

温敏

广东广立电梯有限公司

曳引电梯机械结构设计

温敏

广东广立电梯有限公司

电梯是现代建筑的重要组成部分，是高层建筑、大型商场、民用住宅楼等必不可少的电气设备。根据电梯结构的不同，电梯的划分也很多，但是大多数的电梯组成都是靠电机拖动和钢丝绳拽引的形式来使电梯运行的。例如，主轴作为电梯曳引机承载的重要零件，主要起到承载和传递动力的作用。基于此，文章就曳引电梯机械结构设计进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴，从而更好的促进电梯设计水平的提升。

曳引电梯；机械结构；设计方法

1.电梯曳引机概况

1.1 电梯曳引机驱动系统发展阶段

1889年，第一台以直流电动机为动力的升降机在美国纽约市成功安装使用，电力首次应用于升降机系统，成为名副其实的“电梯”，随着平层微动装置及信号控制系统的设计使用，电梯驱动与控制系统逐步进入自动化、智能化控制阶段。电梯的曳引机系统大致经历三个发展阶段：直流电机阶段、交流感应电机阶段和永磁同步曳引机阶段，与之相对应的电梯驱动技术也经历了由直流电机驱动到交流双速驱动、交流调压驱动、交流变频变压驱动的发展阶段。

1.2 电梯曳引机主要部件

曳引机系统主要部件包括电动机和制动器，系统其他部件包括曳引轮、联轴器等。曳引机电机是电梯最为关键的部件，是整个电梯的动力来源，目前主要应用永磁同步曳引机作为动力装置。制动器是电梯安全的重要保障，目前电梯制动器主要采用电磁制动器来保障电梯的性能稳定。

2.曳引电梯机械系统结构设计

2.1 减速器的设计

蜗杆减速器的主要优点是：结构紧凑，体积小巧，运行稳定，无噪音，冲击振动小，具有一定的自锁功能。它的缺点是：与齿轮减速器相比传动效率低，并且需要使用贵重的有色金属。

行星齿轮减速器的优点是：体积小巧、重量轻、传动效率高可以实现很大的减速比，现实中在许多情况下行星减速器可代替二级三级的普通齿轮减速器和蜗杆减速器使用。

综合上述，蜗杆减速器更适合作为本次设计的电梯曳引机的减速器。蜗杆减速器传动效率一般在18～120范围内，要求齿轮齿数大于30。蜗杆减速器的减速比是指蜗杆的转速与蜗轮的转速比也就是蜗轮齿数Z2与蜗杆Z1头之比。实现电动机的转速经过减速器后将速度降到所需要的。

2.2 制动器的设计

制动器是一个使运动机构减速、停止或让其保持静止状态功能的装置，俗称刹车、闸。制动器一般是由制动架、制动电磁铁、拉杆、制动臂及闸瓦机构组成。设计选择电磁制动器。电梯处于停车状态时，电磁制动器的线圈及曳引电动机都没有电流通过，此时电磁铁芯间没有电磁力的作用，制动闸瓦在制动弹簧力的作用下，将电机转轴抱紧，达到电梯静止的目的；当曳引电动机接电瞬间，电磁制动器中的线圈同时通电，则电磁制动器的铁芯迅速磁化吸合，电磁铁的磁力将大于弹簧对制动臂的作用力，使制动闸瓦块张开，与电机转轴轮分来，机电轴开始旋转带动电梯正常运行；当电梯轿厢有运动变成停车的瞬间，曳引电动机断电，电磁制动器中的线圈也同时断电，电磁铁的磁力马上消失，制动臂在弹簧力的作用下复位，使制动闸瓦块再次将电机转轴抱死，电梯稳定停车。

2.3 主轴的设计

主轴在电梯工作时，其承受的载荷极其复杂，实际设计时，较难确定按照哪种工况下的强度计算是可靠的。因而本文结合工程师的实践经验，对主轴处于空载上行、空载下行、满载上行及满载下行四种工况分别进行计算，得出各工况下的受力分别为10604.55N、10831.35N、22561.35N以及13666.35N。基于上述四种工况的计算可以得知：当电梯处于满载上行时，主轴系统承受的载荷最大。因而本文利用ANSYS有限元软件对满载上行的工况进行数值模拟，在主轴的静力分析之中，材料采用40Cr合金结构钢，弹性模量为2.06×105MPa，泊松比为0.27，屈服强度为785MPa，抗拉强度为980MPa。为了优化网格划分的质量和提高计算速度，可以将不影响强度的螺纹孔与花键结构忽略。此外，用其后处理程序对主轴系统处于满载上行工况下的等效应力及位移等进行分析。

2.4 控制系统电路设计

控制电路系统是电梯系统的指挥中心，负责向系统各个模块部件发出指令，使整个系统高效运行。控制系统电路采用DSP芯片核心处理系统电路，还包括电源控制电路、编码器信号调理电路、传感器信号调理电路等组成部分。电源控制模块对系统电源进行控制，为核心芯片提供稳定电压，保证芯片正常运行，设计时需要降低电源电路的复杂性，提高系统的可靠性。主控制电路以DSP芯片为核心，处理曳引机驱动系统和安全保护系统的信号与命令，DSP核心控制电路设计的合理性和高效性为电梯稳定高效运行提供保障。传感器信号调理电路通过对传感器信号的处理，将传感器监测到的运行信息调理为DSP芯片可以识别的信号，便于主控制系统对系统的运行状态进行判断。

2.5 联轴器的设计

联轴器是用来连接两个不同机构中的两根轴使它们达到相同旋转速度旋转方向，并传递扭矩的机械装置。在高速和重载的传动系统中，一些类型联轴器还具有减振、缓冲和提高轴对中的性能。联轴器一般分为两部分，一部分连接到主动轴一部分连接到从动轴。在本设计中蜗杆减速器的蜗杆轴和电机转轴在同一轴线上，当电机轴旋转时带动蜗杆轴旋转。