電梯機(jī)械系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理

電梯機(jī)械系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)：

電梯可分成電氣系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)兩大部分，電氣系統(tǒng)主要是控制電梯的運(yùn)行過程，相當(dāng)于人的神經(jīng)，而機(jī)械系統(tǒng)則是作用于電梯的傳動(dòng)、減速器、制動(dòng)等，相當(dāng)于人的軀體。結(jié)構(gòu)如下圖。

機(jī)械系統(tǒng)可分為：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(dòng)系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等。

曳引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

功能：輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行

組成：主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪、反繩輪等組成

曳引機(jī)：電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速箱等組成，為電梯的運(yùn)行提供動(dòng)力，如無齒輪，則沒有減速箱。

曳引鋼絲繩：連接轎廂和對(duì)重，靠與曳引輪間的摩擦力來傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)轎廂升降。

導(dǎo)向輪：安裝在曳引機(jī)機(jī)架上或承重梁上，將曳引繩引向?qū)χ鼗蜣I廂的鋼絲繩輪。

反繩輪：設(shè)置在轎廂頂和對(duì)重架頂部的動(dòng)滑輪及設(shè)置在機(jī)房的定滑輪，根據(jù)需要曳引繩繞過反繩輪可構(gòu)成不同的曳引比

導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

功能：限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌上下作升降運(yùn)動(dòng)。

組成：由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴、導(dǎo)軌支架組成

導(dǎo)軌：在井道中確定轎廂與對(duì)重的相互位置，并對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用的組件，一般由鋼軌與連接板構(gòu)成。

導(dǎo)靴：安裝在轎廂和對(duì)重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)服從于導(dǎo)軌的部件。

導(dǎo)軌架：是支承導(dǎo)軌的組件，固定在井道壁上。

轎廂

功能：用以運(yùn)送乘客或貨物的電梯組件，是電梯的工作部件。

組成：由轎廂架與轎廂體（轎壁、轎頂、轎底及操縱箱等）構(gòu)成，對(duì)于客梯，轎底一般安裝有負(fù)載稱重裝置。

轎廂架：固定轎廂體的承重構(gòu)架，由上梁、立柱、底梁等組成

轎廂體：電梯的工作容體，具有與載重量和服務(wù)對(duì)象相適應(yīng)的空間，由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂?shù)冉M成。

門系統(tǒng)

功能：封住層站入口和轎廂入口

組成：由轎廂門、層門、開門機(jī)、門鎖裝置等組成。

轎廂門：設(shè)在轎廂入口的門，由轎門板、門導(dǎo)軌、轎廂地坎等組成。

層門：又稱廳門，設(shè)置在每個(gè)層站入口的門，由門、門導(dǎo)軌、層門地坎、層門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)及自復(fù)門機(jī)構(gòu)等組成。

開門機(jī)：使轎廂門及層門開啟或關(guān)閉的裝置。

門鎖裝置：設(shè)置在層門內(nèi)側(cè)，門關(guān)閉后將層門鎖緊，同時(shí)接通安全回路，使電梯方能運(yùn)行的機(jī)電連鎖安全裝置。

2.1.5重量平衡系統(tǒng)

功能：相對(duì)平衡轎廂重量，使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在某一個(gè)限額之內(nèi)，減少電梯曳引電動(dòng)機(jī)功率的損耗，減少鋼絲繩與曳引輪之間的曳引力（摩擦力），從而延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。

組成：對(duì)重和對(duì)重塊及重量補(bǔ)償裝置。

對(duì)重：由對(duì)重架和對(duì)重塊組成，其重量與轎廂滿載時(shí)的重量成一定比例，與轎廂間的重量差具有一個(gè)恒定的最大值，又稱平衡重。

對(duì)重重量=轎廂重量+K*額定載重量（K=0.4-0.5）

重量平衡裝置：補(bǔ)償轎廂與對(duì)重側(cè)曳引繩長(zhǎng)度變化對(duì)電梯平衡設(shè)計(jì)影響的裝置，一般有平衡鏈和平衡鋼絲繩。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)

功能：提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。

組成：供電系統(tǒng)、曳引電動(dòng)機(jī)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等

曳引電動(dòng)機(jī)：電梯的動(dòng)力源，交流電梯使用交流電動(dòng)機(jī)，直流電梯使用直流電動(dòng)機(jī)或晶閘管。

供電系統(tǒng)：為電梯的電機(jī)提供電源的裝置。

速度反饋裝置：為調(diào)速裝置提供電梯實(shí)際速度信號(hào)的反饋裝置，如測(cè)速發(fā)電機(jī)、速度編碼器等，一般安裝在曳引電動(dòng)機(jī)尾部。

調(diào)速裝置：對(duì)曳引電動(dòng)機(jī)實(shí)行速度調(diào)節(jié)和控制的裝置。

安全保護(hù)系統(tǒng)

功能：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生

組成：主要由限速器、安全鉗、緩沖器、端站保護(hù)裝置等

限速器：能反映電梯實(shí)際運(yùn)行速度，當(dāng)電梯速度超過允許值時(shí)，能發(fā)出電信號(hào)及產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)作，切斷安全回路或迫使安全鉗動(dòng)作，安裝在機(jī)房中。

安全鉗：能與限速器產(chǎn)生連動(dòng)，以機(jī)械動(dòng)作將轎廂強(qiáng)行制停在導(dǎo)軌上，安裝在轎廂或?qū)χ氐膬蓚?cè)。

緩沖器：當(dāng)轎廂或?qū)χ刈矒舻卓訒r(shí)吸收能量，保證轎廂安全制停，有彈簧式及油壓式之分。

端站保護(hù)裝置：一組防止電梯超越上、下端站的開關(guān)或強(qiáng)迫換速裝置，能在轎廂或?qū)χ嘏龅骄彌_器前，切斷控制回路或總電源，使電梯安全制停。

電梯工作原理

曳引繩兩端分別連著轎廂和對(duì)重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康?。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。常閉塊式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重來平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測(cè)速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂。

3電梯傳動(dòng)系統(tǒng)比較與選擇（包括提升方式與減速器）

 確定電梯參數(shù)

 本次選用的電梯型號(hào)為APG1000VF250C10/TX-2KS,即額定速度v=2.5m/s，額定載荷G=1000kg，開門寬度L=1000mm，維修時(shí)速度不能超過0.63m/s,三個(gè)平動(dòng)方向上的自由度的振動(dòng)加速度均不能超過0.25m/s2。

提升方式選擇

 常用的電梯提升方式如下：

  1、鋼絲繩驅(qū)動(dòng)式電梯

　　它可分成兩種不同的型式，一種是被廣泛采用的摩擦曳引式。另一種是卷筒強(qiáng)制式。前一種安全性和可靠性都較好，后一種的缺點(diǎn)較多，已很少采用。

2、齒輪齒條驅(qū)動(dòng)式電梯

　　它通過兩對(duì)齒輪齒條的嚙合來運(yùn)行；運(yùn)行振動(dòng)、噪聲較大。這種型式一般不需設(shè)置機(jī)房，由轎廂自備動(dòng)力機(jī)構(gòu)，控制簡(jiǎn)單，適用于流動(dòng)性較大的建筑工地。目前已劃入建筑升降機(jī)類。

3、鏈條鏈輪驅(qū)動(dòng)式電梯

　　這是一種強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)型式，因鏈條自重較大，所以提升高度不能過高，運(yùn)行速度也因鏈條鏈輪傳動(dòng)性能局限而較低。但它在用于企業(yè)升降物料的作業(yè)中，有著傳動(dòng)可靠，維護(hù)方便，堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)。

4、液壓驅(qū)動(dòng)式電梯

這種驅(qū)動(dòng)式電梯歷史較長(zhǎng)，它可分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)房設(shè)置部位較為靈活，運(yùn)行平穩(wěn)，采用直頂式時(shí)不用轎廂安全鉗及底坑地面的強(qiáng)度可大大減小，頂層高度限制較寬。但其工作高度受柱塞長(zhǎng)度限制，運(yùn)行高度較低。在采用液壓油作為工作介質(zhì)時(shí)，還須充分考慮防火安全的要求。

5、磁懸浮電梯即直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯

其驅(qū)動(dòng)形式主要分為4 種，即筒形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、扁平形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、永磁直線同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和超導(dǎo)直線同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。磁懸浮電梯相對(duì)于傳統(tǒng)電梯最大的優(yōu)勢(shì)是無摩擦、低噪聲小、輕振動(dòng)、高舒適性，對(duì)其安全性和能否準(zhǔn)確控制其曳引電機(jī)是磁懸浮電梯實(shí)際應(yīng)用的核心所在。

由于我們選用的電梯為載客垂直電梯，樓層較高，速度較快，對(duì)于負(fù)載能力要求不大，綜合考慮，選用方案5。

磁懸浮電梯原理及結(jié)構(gòu)

磁懸浮電梯研究主要集中于筒形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和永磁直線同步電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)初級(jí)繞組設(shè)置位置不同，可分為“井道初級(jí)式”和“轎廂初級(jí)式”兩種，在此，曳引機(jī)可以采用直線電動(dòng)機(jī)來作為動(dòng)力源和 “井道初級(jí)式”結(jié)構(gòu)，即在井道上設(shè)置初級(jí)繞組，在轎廂上設(shè)置次級(jí)繞組，普通直線電動(dòng)機(jī)一般設(shè)計(jì)為短初級(jí)、長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，本文為雙邊形長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

本系統(tǒng)主要包括轎廂、對(duì)重裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)次級(jí)繞組、真空開關(guān)和VVVF 控制器。為了充分保障電梯使用者的安全，防止故障斷電后電梯出現(xiàn)突然降落或“蹲底”事故，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，電梯配置配重，即通過曳引鋼絲繩使對(duì)重裝置和轎廂分別處于曳引輪的兩側(cè)。為了降低系統(tǒng)成本，其中對(duì)重裝置采用和常規(guī)電梯一樣的滾動(dòng)導(dǎo)靴、T 形導(dǎo)軌和導(dǎo)軌架組成的導(dǎo)向系統(tǒng)。電梯轎廂側(cè)使用直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，具體包括直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)繞組、直線感應(yīng)電機(jī)次級(jí)繞組、切換開關(guān)和VVVF 控制器等，其中直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組安裝于電梯井道，直線感應(yīng)電機(jī)次級(jí)繞組安裝在電梯轎廂上。為使轎廂懸浮，電梯需設(shè)置輔助導(dǎo)靴，輔助導(dǎo)靴與轎廂的間隙一般設(shè)置為初級(jí)繞組與次級(jí)繞組氣隙值的一半。輔助導(dǎo)靴的另一作用是當(dāng)曳引機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)盤曳引輪，以使轎廂處于合適位置，便于檢修。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，首先給直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)兩個(gè)次級(jí)繞組通入大小相同的偏置電流，由位置傳感器檢測(cè)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組間的氣隙值，當(dāng)兩邊的氣隙不一樣大時(shí)，調(diào)整偏置電流大小，直至初級(jí)繞組和次級(jí)繞組間的氣隙達(dá)到設(shè)定值，即電梯轎廂實(shí)現(xiàn)懸浮。然后給直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組通入三相對(duì)稱正弦電流，在直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組和直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)次級(jí)繞組的氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，該行波磁場(chǎng)按照同步速度vs平移，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)次級(jí)繞組在行波磁場(chǎng)切割下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生使電梯上升或下降的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力。

電梯的等效電路圖可以如下表示

α為兩個(gè)電感的比值L?/L?,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻可以對(duì)直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由電工學(xué)知識(shí)可知：

初級(jí)輸入功率

接下來對(duì)磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性判斷：

國(guó)中Co為定子與轉(zhuǎn)子之間的距離。

得出該系統(tǒng)不穩(wěn)定。