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-1-第一章绪言随着人们生活水平的不断提高，经济的快速发展和生产生活的需要，城市高层建筑如雨后春笋拔地而起。与此相应，作为一种可以垂直升降运输的工具—电梯也得到迅猛的发展。现在，电梯已完全融入我们的生活、工作及学习中，人们越来越离不开它。因此，它的安全可靠性、迅速准确性、舒适性，对人们来说都是非常重要的。为了确保电梯正常运行、安全使用，一般电梯都有专业的维修管理人员。他们必须对电梯原理、性能、特点、控制、运行要全面认识和掌握，才能做到对电梯的正确使用、管理及维护。根据我国有关部门的规定，电梯作业属于特种作业，其作业人员必须经过专门培训，并经理论考试和实践考核合格后，发给《特种作业操作证》方可上岗操作。同时，对电梯操作人员定期考核，让他们定期参加安全技术学习，扎扎实实地做好电梯维护和保养工作。才能使人们平安长久的使用电梯。为了配合大中专院校、技校、职校、劳动就业培训中心及电梯维修物业管理部门等单位的有关电梯专业和工业自动化专业课程，使更多的人能够更好地了解电梯、使用电梯，培养出更多的电梯专业人才，适应电梯行业的发展。我公司经过深入探索研究,在原永磁感应器型的基础上终于研制成功旋转编码器型透明仿真教学电梯。采用旋转编码器提高了电梯的智能化水平，优化了线路，更有利于学生对PLC的了解与学习。如：怎样通过PLC的高速计数端口采集信号进行编程等。并根据实际情况，将电梯的工作电压由原380V改为220V。这样，更加方便了广大师生对电梯的操作使用。透明仿真教学电梯是根据最常见的升降式电梯结构，采用透明有机材料制成，其结构与实际电梯完全相同，且几乎具备实际电梯的全部功能。事实上可以把它看作是小型化了的电梯。由于其几乎所有部件均是采用透明有机材料，因此便于观察、了解整个电梯结构。同时，电梯运行过程中的每个动作也一目了然，还可以反复实际动手操作。使学生能够更直观、透彻地了解、掌握电梯的结构及其动作原理，达到事半功倍的效果。因而特别适合于教学。教学电梯的电气控制系统是采用PLC和交流调速（VVVF）控制，其硬件结构的组成及功能与实际电梯完全一样，具有自动平层、自动开关门、顺向响应轿内外呼梯信号、直驶、电梯安全运行保护等功能，以及电梯停用、急停、检修、慢上、慢下、照明和风扇等特殊功能。采用日本东芝VF-nC3型变频器作为220V交流曳引电动机的调速装置。该装置对电机具有加减速控制、正反转控制、点动控制及根据模拟输入控制等多种功能。系统逻辑控制则由PLC完成（可联机）。PLC采用的是日本三菱公司的FX2N-64MR型，其输出方式为继电器输出形式。通过主机上配有的RS422或RS232接口，可实现PLC与PC机的通讯。使用GX-Developer软件，可直接在PC机上用梯形图编程、调试，直观易学，便于初学者掌握；此外也可用FP编程器II进行指令编程，现场直接调试。电梯轿厢位置检测和电气选层信号由安装在轿厢顶上和曳引轮相连的旋转编码器得到,-2-从而摆脱了以往靠继电器和接触开关等有触点器件控制的庞杂线路系统，优化了线路，大大地提高了系统运行的可靠性，同时也便于检修。透明仿真教学电梯的软硬件均采用开放式结构。因此，院校也可以利用此套装置进行二次开发研究。如：1.群控电梯（统一调度多台集中并列的电梯）2.并联控制电梯：（2-3台电梯的控制线路并联，进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮）3.集选控制电梯4.信号控制电梯。采用此套设备进行配套教学，使广大学生对电梯的结构、关键部件以及电气控制、电梯的运作过程有了直观、形象的认识，易于加深对电梯相关知识的了解、掌握。此外，通过使用GX-Developer软件，直接在PC机上用梯形图编程，并进行现场实际操作调试，为学生了解、学习和掌握可编程控制器（PLC）及其应用以及工业过程自动化控制提供了很大的帮助。-3-第二章电梯的结构本公司生产的透明仿真教学电梯是根据最常见的升降式客梯结构，采用透明有机材料制成。其结构如图2-1所示，与实际电梯相同，电梯结构包括机房、井道、厅门、轿厢等几大部分。图2-1电梯正面结构图-4-§2-1电梯的主要组成部分及其安装部位一、电梯机房里的主要部件1、曳引机：曳引机是电梯的驱动装置，它包括：1）驱动电动机：交流电梯为专用的双速或三速电机。直流电梯为专用的直流电机。2）制动器：在电梯上通常采用双瓦块常闭式电磁制动器。在电梯停止或电源断电的情况下制动抱闸，以确保电梯不致移动。3）减速箱：大多数电梯厂选用蜗轮蜗杆减速箱，也有行星齿轮、斜齿轮减速箱。无齿轮电梯不需减速箱。本教学电梯采用的是蜗轮蜗杆减速箱。4）曳引轮：曳引机上的绳轮称为曳引轮。两端借助曳引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重，并依靠曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降。5）导向轮：为保证轿厢端与对重端钢绳各自垂直于轿厢和对重，且保持平行，并保证曳引轮有足够大的包角，故一般常设置导向轮（俗称抗绳轮）。2.限速器：当轿厢运行速度达到限定值时，能发出电信号并产生机械动作的安全装置。3.控制柜：各种电子元器件和电器元件安装在一个防护用的柜形结构内，按预定程序控制电梯运行的电控设备。4.旋转编码器：给轿厢定位的装置。二、电梯井道里的主要部件1.轿厢：轿厢由轿厢架、桥厢体（包括轿厢门、门机系统、导靴、操纵箱）等组成。轿厢因用途不同，规格尺寸与外形设计也不同。2.导轨：导轨通过导轨支架被固定在井道壁上，导轨的位置限定了轿厢和对重的位置。导轨是轿厢上下运行的轨道。3.对重装置：对重装置由对重轮、对重架、对重砣、曳引绳、防护遮栏等组成。对重与轿厢相衬托起平衡作用。4.缓冲器：当轿厢向下运行时，由于断绳、超载、安全钳限速器不动作、曳引轮和钢丝绳打滑、制动器失效、无制动力矩以及极限开关不起作用等原因，会造成轿厢向底坑掉落，这时，装在轿厢下方底坑中的缓冲器，可以减缓轿厢与底坑间的冲击。5.限位开关：该装置可以装在轿厢上，也可以装在电梯井道上端站和下端站附近，当轿厢运行超过端站时，用于切断电源的安全装置。-5-6.计数复位感应器：使旋转编码器计数复位的装置。7.随行电缆：电梯随行电缆是电梯机房电气器件与轿厢、井道及厅门等处电气器件相连接的导线。三、轿厢上的主要部件1.操纵箱：操纵箱装在轿厢内靠近轿厢门附近（在本教学电梯中，是装在电梯底座上面）。用指令开关或按钮，操纵轿厢运行。2.轿内指层灯：轿内指层灯设置于轿厢内（在本教学电梯中，是装在电梯底座上面），用以显示电梯运行位置和运行方向。3.自动门机：自动门机装在轿厢顶的前部，以小型直流电动机为动力的自动开、关轿门和厅门的装置。4.轿门：轿门设置在轿厢入口的门。5.安全钳：安全钳由于限速器作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置卡停在导轨上，同时切断控制回路电源的安全装置。6.导靴：导靴设置在轿厢架和对重装置上，使轿厢和对重装置沿着导轨运行的装置。7.照明、风扇等装置。四、电梯层门口的主要部件1.层门：层门设置在层站入口的封闭门。2.门锁：层门门锁设置在层门内侧，门关闭后，将层门锁紧。3.层楼指示：层楼指示灯设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢运行层站位置和方向。4.召唤盒：召唤盒设置在层站门侧，当乘客按下需要的召唤按钮时，在轿厢内可显示或登记，令电梯运行停靠在召唤层站。-6-§2-2电梯的传动结构透明仿真教学电梯采用的是世界电梯行业广泛应用的提升式（曳引式）提升机构。在曳引式提升机构中，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，另一端与对重连接。曳引轮转动时，使曳引钢丝绳与曳引轮之间产生摩擦力，从而带动电梯轿厢上升或下降。由于悬挂轿厢和对重的曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间有足够的摩擦力来克服任何位置上的轿厢侧和对重侧曳引钢丝绳上的拉力差，因而保证了轿厢和对重随着曳引轮的正转和反转，而不断地上升和下降。如图2-2所示，即为该教学电梯的曳引式提升机构——曳引传动结构示意图。电梯的曳引传动方式为2:1，其比值表示电梯在运行时，曳引钢丝绳的线速度与轿厢升降速度之比，称为电梯的曳引比。若曳引钢丝绳的线速度等于轿厢的升降速度的2倍，我们即称其曳引比为2:1。图2-2电梯曳引钢丝绳绕法（2:1）轿厢曳引钢丝绳曳引轮导向轮对重吊轮对重轿厢架-7-§2-3电梯的曳引系统及定位装置一、曳引机是驱动电梯上下运行的动力装置。一般分为无齿轮曳引机和有齿轮曳引机两种。1、无齿轮曳引机（无减速器曳引机）：无齿轮曳引机用在运行速度V2.0m/s的高速电梯上。这种曳引机的曳引轮紧固在曳引电动机轴上，没有机械减速机构，整机结构比较简单。该曳引机制动时所需的制动力矩要比有减速器曳引机大得多，因此无齿轮曳引机的制动器比较大。同时由于无齿轮曳引机没有减速器等有利因素，所以使用寿命比较长。2、有齿轮曳引机：有齿轮曳引机广泛应用在运行速度V2.0m/s的各种电梯上。本教学电梯即采用有齿轮曳引机，其一般采用蜗轮减速传动机构。这种曳引机主要由曳引电动机、蜗轮、蜗杆、制动器、曳引绳轮等构成，其外形如图2-3所示。图2-3有齿轮曳引机结构图图2-4即为本教学电梯所采用有齿轮曳引机外形结构。曳引电动机通过联轴器与蜗杆联接，蜗轮与曳引绳轮共同装在一根轴上。由于蜗杆与蜗轮间有啮合关系，曳引电动机能够通过蜗杆驱动绳轮作正反向运动，同时驱动轿厢和对重上下运行。图2-4电梯的曳引机构-8-制动器是电梯非常重要的安全装置，其结构如图2-5所示。其工作特点是：电动机通电时制动器松闸，电梯失电或停止运行时抱闸。图2-5电磁制动器、联轴器制动器在工作时要做到：（1）能够使运行中的电梯在切断电源时自动把电梯轿厢掣停住。电梯正常使用时，一般都是在电梯通过电气控制使其减速停止，然后再机械抱闸。（2）电梯停止运行时，制动器应能保证在125%～150%的额定载荷情况下，电梯保持静止直到工作时才松闸。制动器一般都是装在电动机和减速器之间，即装在高转速轴上。因为高转速轴上所需的制动力矩小，这样可减小制动器的结构尺寸。制动器的制动轮就是电动机和减速器之间的联轴器圆盘。制动轮一般装在蜗杆一侧，以保证联轴器损断时，电梯仍能制动被掣停住。二、定位装置此电梯的定位装置为增量型旋转编码器。其特点是：只有在旋转期间会输出对应旋转角度脉冲，它是利用计数来测量旋转的方式，通过PLC采集旋转编码器旋转时产生的脉冲信号将电梯定位。图2-6即为本教学电梯所使用的旋转编码器的组装位置。图2-6电梯的定位装置旋转编码器的中心轴通过弹性联轴器与曳引轮的中心轴相连，当曳引轮带动轿厢及对重上下运行的同时也带动了与之相连的旋转编码器作相应的正反转。电梯每上升或下降一段距离，旋转编码器的脉冲信号数就相应的增加或减少来控制轿厢的平层位置。-9-§2-4导轨、导靴和对重一、导轨电梯中的导轨，是轿厢和对重在垂直方向运动时的导向，限制轿厢和对重在水平方向的移动，防止由于轿厢的偏载而产生的倾斜。同时当安全钳动作时，导轨作为被夹持的支承件支承轿厢和对重。电梯工作时轿厢和对重借助于导靴沿着导轨上下运行。在电梯井道中，导轨起始段一般都支承在底坑中的支承板上，每个压道板每隔一定的距离就有一个固定点，借助于螺栓、螺母与压道板，将导轨固定在井道壁上。如图2-7所示。导轨螺栓螺母压道板导轨支架图2-7压导示意图二、导靴导靴是使轿厢和对重装置沿导轨运行的装置。轿厢导靴安装在轿厢上梁和轿厢底部安全钳座下面，对重导靴安装在对重架上部和底部。导靴按其在导轨工作面上的运动方式，分为滑动导靴和滚动导靴。本教学电梯采用的是弹性滑动导靴，如图2-8所示。弹性滑动导靴主要由靴座、靴衬、靴头、靴轴、压缩弹簧及调节丝杆等组成。弹性滑动导靴的靴头是浮动的，在弹簧力的作用下，靴衬的底部始终压贴在导轨端面上，因此能使轿厢保持较为稳定的水平位置，同时在运行中具有缓冲振动和冲击的作用。图2-8弹性滑动导靴图2-9对重装置三、对重-10-对重又称为平衡重，其作用在于减少曳引电动机的功率和曳引轮、蜗轮上的力矩。对重的结构没有固定的形式，但不论何种形式，在对重的四个角上都应设置四只导靴以保证对重在电梯运行时沿着对重导轨垂直运行。如图2-9所示。对重铁块放入对重架内，对重铁块应便于搬运。对重