电梯工作原理与运动分析

第三章电梯工作原理与运动分析要点1.曳引式提升原理2．曳引传动型式3．曳引系统受力分析4．电梯运动的舒适性要求3.1曳引式提升原理电梯的驱动系统有曳引驱动、强制（卷筒）驱动、液压驱动等几种驱动方式。3.1.1卷筒驱动电梯的主要缺点1.提升高度低。由于受卷筒尺寸的限制，卷筒式电梯的行程不能很高，其行程很少超过20m的。如果采用叠绕方式，钢丝绳之间互相挤压，磨损严重。因此只允许绕一层钢丝绳。2.额定载重量低。电梯的钢丝绳安全系数一般要求很高，卷筒驱动用的钢丝绳安全系数应不小于12，3.1曳引式提升原理3.1.1卷筒驱动电梯的主要缺点这样随着额定载重的增加，势必选用粗大的钢丝绳，卷筒尺寸相应也增大。3.电梯行程不同，必须配用不同的卷筒。4.导轨承受的侧向力大。如果卷扬机是上置式，卷筒在提升轿厢过程中，钢丝绳在卷筒上的卷绕位置不断变化，轿厢从底层提升至顶层钢丝绳自然形成一个偏角，由此会造成轿厢导靴对导轨产生侧向力。一般规定，这个偏角不应大于4°。3.1曳引式提升原理3.1.1卷筒驱动电梯的主要缺点5.轿厢有冲顶的危险。当轿厢或对重由于某种原因冲击底坑中的缓冲器时，此时如果曳引机继续运转，会使轿厢或对重继续向上运行，造成冲顶。6.能耗大。由于上述这些因素，卷筒驱动方式主要在杂物梯以及曳引电梯不适用的非标设计的货梯中使用。而且限定，不得载人，额定速度不超过0.25m/s。3.1曳引式提升原理3.1.2液压驱动电梯液压驱动电梯具有提升力大、运转平稳、无须将机房设置在井道上方等特点。机房设置灵活。液压传动系统是依靠油管来传递动力的，因此机房位置可设置在离井道20m内的范围内，且机房占有面积也仅4～5㎡。低楼层建筑物采用液压电梯的总费用较低。3.1.3曳引式提升原理曳引驱动方式具有安全可靠、提升高度基本不受限制、电梯速度容易控制等优点，在电梯产品中得到极为广泛的应用。曳引式提升机构中，钢丝绳悬挂在曳引轮绳槽中，一端与轿厢连接，另一端与对重连接。曳引轮在曳引电机驱动下旋转时，利用钢丝绳和曳引轮绳槽之间产生的摩擦力形成曳引驱动力，带动电梯钢丝绳继而驱动轿厢、对重升降。3.1曳引式提升原理1、电动机；2、制动器；3、减速器；4、曳引绳；5、导向轮；6、绳头组合；7、轿厢；8、对重3.1曳引式提升原理3.1.3曳引式电梯的优势1、安全可靠：当轿厢或对重由于某种原因冲击底坑中的缓冲器时，曳引钢丝绳作用在曳引轮绳槽中的压力消失，曳引力随即消失，此时即使曳引机继续运转，也不致使轿厢或对重继续向上运行，减少人员伤亡事故和财产损失的发生。3.1曳引式提升原理3.1.3曳引式驱动电梯的优势2、提升高度大：采用曳引式提升机构则曳引钢丝绳的长度几乎不受限制，因此可以适用于高层建筑的电梯。3.1曳引式提升原理3.1.3曳引式驱动电梯的优势3、结构紧凑：采用曳引式驱动形式，避免了在卷筒方式中因曳引钢丝绳在卷筒上缠绕导致卷筒直径过大、因卷筒直径变化导致曳引绳速度变化等问题（尤其在提升高度很大时），而且采用多根钢丝绳保证高的安全系数得以实现，作到了曳引轮直径的减少和整个提升机构更加紧凑。3.1曳引式提升原理3.1.3曳引式驱动电梯的优势4、可以使用高转速电动机当电梯额定速度一定的情况下，曳引轮直径越小，则曳引轮转速越高，采用曳引式提升机构便于选用结构紧凑、价格便宜的高转速电动机。3.1曳引式提升原理（一）曳引比曳引比是指电梯运行时曳引钢丝绳槽处线速度与轿厢运行速度的比。3.2曳引传动形式（二）常见电梯的曳引型式及特点abc曳引比=1：1曳引比=2：1曳引比=3：1曳引机上置式曳引机下置式3.3曳引系统受力分析一、电梯的曳引力力是物体间相互的机械作用。在国际单位制中，力的单位为N或kN，1kN=1000N。实践证明，力对物体的效应取决于力的三要素，即力的大小、方向和作用点。以最简单的单个力我们先来进行分析：力是一个既有大小又有方向的量，线段AB的起点（或终点）表示力的作用点，线段AB的方位和箭头指向表示力的方向，沿力的方向画出的直线，称为力的作用线，而线段AB长度则按一定的比例表示力的大小。100NABF电梯的曳引力就是曳引绳与曳引轮间的摩擦力，也叫做驱动力，它是通过曳引绳使轿厢和对重运行的动力。曳引力的大小为轿厢侧曳引绳上的载荷力T1与对重侧曳引绳上的载荷力T2之差。此载荷力与轿厢的载重量有关，同时随电梯的运行阶段和运行工况而变化，曳引力的具体分析如下：-=TTP21曳引系统受力分析式中：G—轿厢自重（㎏）Q—额定载重量（㎏）W—对重重量（㎏）a—电梯加速度（m/s2）,乘客电梯起动加速度和制动减速度最大值均不应大于1．5m／s2。g—重力加速度（9.8m/s2）1、电梯轿厢上行加速阶段的曳引力P1此阶段电梯向上作加速运动，T1、T2受轿厢和对重惯性力的影响，这时的载荷力为：左侧：右侧：曳引力：1TGQga=2TWga=---=-=gWaQGTTP×(g211a)×()二、电梯的运行阶段和运行工况对曳引力的影响2、电梯轿厢匀速上行阶段的曳引力P2此阶段电梯匀速运行，无加速度，载荷力T1、T2只与轿厢和对重的重量有关，载荷力为：左侧：右侧：曳引力：1TGQg=2TWg=212PTTGQWg=-=-3、电梯轿厢上行减速阶段的曳引力P3此阶段电梯减速制动，载荷力（T1、T2）受轿厢与对重惯性力的影响，但作用方向与前面加速时相反，载荷力为：左侧：右侧：曳引力：1TGQga=-2TWga=312PTTGQgaWga=-=--4、电梯轿厢下行加速阶段的曳引力P4此阶段电梯向下作加速运动，惯性力的作用方向与上行减速阶段相同，因此曳引力T4与前面T3是一样的。曳引力：43PPGQgaWga==--5、电梯稳定下行阶段曳引力P5此阶段与电梯稳定上行阶段相同，电梯作匀速运动。曳引力：6、电梯下行减速阶段的曳引力P6此阶段电梯惯性力作用方向与上行加速阶段相同，曳引力P6与P1相同。曳引力：52PPGQWg==-61PPGQgaWga==--当轿厢半载运行时，轿厢上行为驱动状态，轿厢下行为制动状态；电梯在轻载运行时，轿厢上行为制动状态，轿厢下行为驱动状态。由此可见，电梯运行时，有相当多的工况是将轿厢的运动能量消耗掉来制动。小结二、对重匹配分析1、对重重量W的计算公式为：W=G+kQ式中：W—对重重量；G—轿厢自重；k—电梯平衡系数，一般客梯k=0.4～0.5，货梯k=0.45～0.55；Q—额定载重量。2、当挂上对重后，作用在曳引轮上的驱动转矩M为：M=（G+T－W）×R式中：M—驱动转矩；T—轿厢实际载重量；W—对重的重量；R—曳引轮半径；G—轿厢自重。3.2影响曳引力的因素如设计算时平衡系数K取0.5当轿厢满载时：即T=Q驱动转矩M满=（G＋T－W）×R=〔G＋Q-（G＋0.5Q）〕×R=0.5QR当轿厢半载时：即T=0.5Q驱动转矩M半=0当轿厢空载时：即T=0驱动转矩M空=－0.5QR3.2影响曳引力的因素电梯平衡系数K=0.5时，电梯在满载和空载的情况下，曳引机驱动转矩绝对值相等，但作用方向相反。电梯在半载时，曳引机的转矩为零，这时轿厢侧和对重侧处于完全平衡状态，使电梯处于最佳工作状态。采用对重装置后，电梯负载由零（空载）至额定值（满载）之间变化时，反映到曳引轮上的曳引驱动转矩变化只有±50%，很大程度上减轻了曳引机的驱动负荷，节省了能源。小结轿厢与对重的运动依靠曳引绳和曳引轮间的摩擦力来实现。要使电梯运行，曳引力T必须大于或等于曳引绳中较大载荷力T1与较小载荷力T2之差，即P≥T1－T2。θ：曳引轮包角三、曳引条件验算研究曳引力时，事先做出如下假设。假设此时曳引钢丝绳在曳引轮绳槽中处于即将打滑但还未打滑的临界状态，这时曳引钢丝绳悬挂轿厢侧的拉力为T1，悬挂对重一侧的拉力为T2，此时T1与T2之间存在的关系，我们可以用欧拉公式来描述。曳引力分析欧拉公式如下：feTT=21式中：f—曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的当量摩擦系数；α—包角，曳引钢丝绳与曳引轮相接触的圆弧对应的圆心角，单位为弧度；e—自然对数底数，e=2.71828。式中efα的称为曳引系数，曳引系数与f、α有关，确定了T1/T2的比值。efα越大，说明T1/T2的比值就大，或者说（T1-T2）的值越大，此时的曳引能力越大。所以一台电梯的曳引系数就代表该电梯的曳引能力或载重能力。曳引系数越大，电梯的载重能力越大；反之，曳引系数越小，电梯的载重能力就越小。电梯的曳引条件国标GB7588-2003中的规定：电梯在如下两种工作状态应保证曳引钢丝绳在曳引轮绳槽中不出现打滑现象：1、空载电梯在最高停站处处于上升制动状态（或下降起动状态）；2、装有125%额定载荷的电梯，在最低停站处处于下降制动状态（或上升起动状态）。为满足上述的曳引条件，在设计曳引系数时应按以下公式进行：式中，T1/T2—在载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站及空载轿厢位于最高层站的情况下，曳引轮两边曳引钢丝绳中的较大静拉力与较小静拉力之比；feccTT2121电梯额定速度（m/s）c1电梯额定速度（m/s）c1V≤0.631.101.00＜V≤1.601.200.63＜V≤1.001.151.60＜V≤2.501.25c1—与加速度、减速度有关的动力系数，c1=（g＋a）/(g－a)，g是重力加速度，g=9.8m/s2；a为轿厢的制停减速度（或起动加速度）。GB7588-2003的规定，c1取值见表所示。C1最小取值说明：当额定速度V超过2.5m/s时，c1值应按照各种具体情况计算，但不得小于1.25。c2—与因磨损而发生的绳槽形状改变有关的系数，对于曳引绳槽为半圆形或半圆形下部开切口的c2=1，对于曳引轮绳槽为V形的，c2=1.2。（一）、曳引轮绳槽与曳引力的关系曳引力受曳引轮绳槽的形状、材质、表面状态及润滑情况等影响，其中最主要是槽型和润滑状态两个因素。1、曳引轮绳槽形状对曳引力的影响目前常用的曳引轮绳槽形状，主要有三种型式：半圆槽、半圆形带切口槽、V形槽，见图所示。四影响曳引力的因素半圆形槽半圆形带切口槽V形槽（1）、V形槽的摩擦系数最高，半圆形带切口槽次之，半圆形槽最小。（2）、通常V形槽的楔角γ为35°，减小楔角能提高曳引能力，但钢丝绳与绳槽间的磨损严重，同时还容易使钢丝绳在绕入绕出曳引轮时产生卡绳现象。（3）、半圆形槽的摩擦系数比V形槽小很多，但对曳引轮绳槽和曳引绳的磨损最小，多用于复绕结构中曳引轮，更多用于反绳轮、轿顶轮和对重轮。V形槽（4）、半圆形带切口槽的切口角β多为90～100°且不超过120°，国产曳引机切口角β多为90°。切口角大则曳引能力大，但钢丝绳与绳槽间的磨损会加剧。这种槽形的摩擦系数比半圆形槽明显增大，磨损却比V形减小，在绳槽发生磨损后仍能够保持较高的摩擦系数，所以在电梯曳引机上得到广泛应用。半圆形带切口槽2、润滑状态与曳引力的关系曳引钢丝绳为避免与曳引轮绳槽磨损，对绳槽和绳之间作适当的润滑处理是必要的。据研究得知，曳引钢丝绳与绳槽间：轻微润滑时，其摩擦系数μ=0.09～0.1；当两者表面充分润滑时，摩擦系数μ=0.06；当两者表面基本是于燥状态时μ=0.15。•钢丝绳在绳槽中的磨擦系数f与曳引轮绳槽有关，f指的是当量的摩擦系数，而不是材料表面之间的实际摩擦系数。•V形槽的磨擦系数/sin/2f=/sin/2f=•带切口的半圆槽的磨擦系数sinsin224sinsinf-=--•半圆槽的磨擦系数1.273f=•——钢丝绳与绳槽之间的实际摩擦系数，当绳槽为钢或铸铁时，通常取•——槽形夹角，电梯V形槽一般取，半圆槽=180°•β——曳引轮上带切口槽的切口角32~400.09=（二）润滑状态与曳引力的关系通常采用轻微润滑状态。润滑通常依靠钢丝绳芯部所含的油在运行时被挤出，由内向外润滑钢丝绳各根钢丝，以达到防锈和轻度的内部润滑目的。旧钢丝绳由于芯部含油太少