电梯结构及原理

电梯介绍制作人：何骏伟黄烘辉电梯历史与发展很久以前,人们就已经开始使用原始的升降工具来运送人和货物,并大多采用人力或畜力作为驱动力,到19世纪初,随着工业革命的进程发展,蒸汽机成为了重要的原动机,在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力,并不断地得到创新和改进.1852年,美国纽约杨可斯(Yonkers)的机械工程师奥的斯先生(ElishaGravesOtis)在一次展览会上,向公众展示了他的发明,从此宣告了电梯的诞生!电梯从问世到今天已经有100多年了,由最早的简陋不安全,不舒适的升降机到今天,经历了无数的改进提高,其技术发展是永无止境的.21世纪,随着人口数量与可利用土地面积之间矛盾进一步激化,将会大力发展多用途,全功能的高层塔式建筑,超高速电梯继续成为研究方向.电梯的分类根据驱动方式的不同,电梯可以分为曳引驱动,强制(卷筒)驱动,液压驱动等几种驱动方式.其中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,其已成为电梯产品驱动方式的主流.在曳引式提升机构中,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.曳引轮利用其与钢丝绳之间的摩擦力,带动电梯钢丝绳继而驱动轿厢升降.下面,就以曳引驱动电梯作为介绍的对象.电梯八大系统电梯机械部分电气部分轿厢系统导向系统曳引系统门系统重量平衡系统电力拖动系统电气控制系统安全保护系统轿厢系统电梯轿厢是装载乘客或货物,具有方便出入门装置的箱形结构部件,是与乘客或货物直接接触的.轿厢由轿架和轿厢体组成.轿架是轿厢的承载结构,轿厢的负荷(自重加上载重)由它传递到曳引钢丝绳.当安全钳动作或蹲底撞击缓冲器时,还要承受由此产生的反作用力,因此轿厢架要有足够的强度.其一般由上梁、立柱、底梁和拉条(调节轿底水平度，防止底板倾翘)等组成.轿厢体是形成轿厢空间的封闭围壁,除必要的出入口和通风孔外不得有其他开口,轿厢体由不易燃和不产生有害气体和烟雾的材料组成.为了乘员的安全和舒适,轿厢入口和内部的净高度不得小于2米.为防止乘员过多而引起超载,轿厢的有效面积必须予以限制.轿厢体一般由轿底板、轿厢壁、轿厢顶.对边形轿厢架对角形轿厢架1-上横梁;2-立柱;3-底横梁;4-轿厢地板;5-斜拉杆;6-绳头组合轿架轿厢导向系统导向系统在电梯运行过程中,限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只沿着各自的导轨做升降运动,不会发生横向的摆动和振动,保证轿厢和对重运行平稳不偏摆.不论是轿厢导向还是对重导向均由导轨,导靴和导轨架组成.导轨架作为导轨的支撑件,被固定在井道壁上;导靴安装在轿厢架和对重架的两侧,导靴的靴衬与导轨工作面配合,使一部电梯在曳引绳的牵引下,一边为轿厢,另一边为对重,分别沿着各自的导轨作上、下运动.导轨导轨是电梯上下行驶在井道的安全路轨，导轨安装在井道壁上，被导轨架，导轨支架固定连接在井道墙壁。电梯常用的导轨是“T”字型导轨。刚性强、可靠性高、安全廉价等特点。导轨平面必须光滑，无明显凹凸不平表面。由于导轨是电梯轿厢上的导靴和安全钳的穿梭路轨，所以安装时必须保证其间隙。同时导轨在电梯出现超速事故时要承受制停电梯的要任，所以其刚性不可忽视。从导轨的定义可知，导轨是垂直电梯、自动电梯、自动人行道梯级的重要基准部件，它控制着电梯轿厢、自动扶梯和自动人行道梯级运行轨迹，保障操作信号的传递，它又是涉及电梯安全及运行质量的重要部件。导靴导靴分为滑动和滚动导靴两类,滑动导靴一般是由带凹形槽的靴头,靴体和靴座组成,在靴头凹槽部分中一般均镶有耐磨的靴衬.靴头可以固定的,也可以活动(浮动)的;滚动导靴则用三个滚轮沿导轨滚动运行.滚动导靴弹性滑动导靴刚性滑动导靴曳引系统曳引机导向轮反绳轮曳引绳曳引系统曳引系统的作用是向电梯输送与传递动力,使电梯运行.主要由曳引机,曳引钢丝绳,导向轮和反绳轮等组成,是电梯运行的根本,是电梯中的核心部分之一.曳引机曳引机是电梯的动力设备，又称电梯主机。功能是输送与传递动力使电梯运行。它由电动机、制动器、联轴器、减速箱、曳引轮、机架和导向轮及附属盘车手轮等组成。导向轮一般装在机架或机架下的承重梁上。盘车手轮有的固定在电机轴上，也有平时挂在附近墙上，使用时再套在电机轴上。曳引机按有无减速器分类为:有齿轮曳引机,无齿轮曳引机.有齿轮曳引机：拖动装置的动力，通过中间减速器传递到曳引轮上的曳引机，其中的减速箱通常采用蜗轮蜗杆传动（也有用斜齿轮传动），这种曳引机用的电动机有交流的，也有直流的，一般用于低速电梯和高速电梯上。如果曳引机的电动机动力是通过减速箱传到曳引轮上的，称为有齿轮曳引机，一般用于2．5m／s以下的低中速电梯.无齿轮曳引机：拖动装置的动力，不用中间的减速器而是直接传递到曳引轮上的曳引机。以前这种曳引机大多是直流电动机为动力，现在国内已经研发出来有自主知识产权的交流永磁同步无齿轮曳引机，如许昌博玛曳引机。若电动机的动力不通过减速箱而直接传动到曳引轮上则称为无齿轮曳引机，一般用于2．5m／s以上的高速电梯和超高速电梯。有齿轮曳引机行星齿轮曳引机下置式蜗轮蜗杆曳引机上置式蜗轮蜗杆曳引机减速器种类斜齿轮减速器行星齿轮减速器蜗轮蜗杆减速器特点:传动比大噪音小传动平稳具有自锁能力特点:效率高寿命长发热少外型较大特点:减速比大传动效率高结构紧凑加工精度高无齿轮曳引机一系列永磁同步曳引机这几年电梯行业中最新驱动技术就是永磁同步电动机调速系统，其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置；其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，适合在无机房电梯中使用。永磁同步电动机驱动系统很快得到各大电梯公司青睐，与其配套的专用变频器系列产品已有多种牌号上市。可以预见，在调速驱动的场合，将会是永磁同步电动机的天下。曳引钢丝绳曳引钢丝绳一般采用圆形股状结构,主要由钢丝,绳股和绳芯组成.钢丝绳股由若干根钢丝捻成,钢丝是纲丝绳的基本强度单位.曳引绳绳头组合纲丝绳的两端必须与有关的构件连接,端接装置是纲丝绳绳头与有关构件间的过度连接装置.它也叫绳头组合,其联接方法有多种形式,安全可靠的方法有合金固定法(巴氏合金填充锥套简法),自锁楔形绳套法和绳夹固定法.自锁楔形绳套绳夹巴氏合金导向轮,反绳轮,曳引轮其实,导向轮,反绳轮和曳引轮都只是搭载曳引绳的一个圆轮,但它们因为使用地方和使用效果的不同,所以它们的名称也就此区分.曳引轮:就是安装在曳引机上的轮,如果说曳引机的电动机为输入轮,则曳引轮为通过减速机构的输出轮.导向轮:顾名思义,就是为曳引绳导向的轮子,让钢丝绳分别连接轿厢和对重的两头引到其适当的位置.反绳轮:它与曳引轮和导向轮不同,它不是所有的电梯中都一定有安装,它不会出现在曳引比1:1的电梯中.它一般装在轿顶,其作用是减小曳引机的输出功率和力距.各种形状的轮槽重量平衡系统重量平衡系统的作用是使对重与轿厢能达到相对平衡,在电梯运行中即使载重量不断变化,仍能使两者间的重量差保持在较小限额之内,保证电梯的曳引传动平稳,正常.重量平衡系统一般由对重装置和重量补偿装置两部分组成.1.随行电缆;2.轿厢;3.对重;4.补偿链对重对重相对于轿厢悬挂在曳引绳的另一侧,起到相对平衡轿厢的作用,并使轿厢与对重的重量通过曳引绳作用于曳引轮,保重足够的驱动力.由于轿厢的载重量是变化的,因此不可能做到两侧的重量始终相等并处于完全平衡状态.一般情况下,只有轿厢的载重量达到50%的额定载重量时,对重一侧和轿厢一侧才处于完全平衡,这时的载重量称电梯的平衡点,此时由于曳引绳两端的静荷重相等,使电梯处于最佳状态.对重装置一般由对重架,对重块,导靴等组成.如图对重的布置对重在轿厢后面对重在轿厢侧面W=G+KQW–对重的总重量G–轿厢自重Q–轿厢额定载重量K–电梯平衡系数(一般取0.4~0.5)重量补偿装置重量补偿装置是悬挂在轿厢和对重底面的补偿链条,补偿绳等.在电梯运行是,其长度的变化正好与曳引绳长度变化趋势相反,当轿厢位于最高层时,曳引绳大部分位于对重侧,而补偿链(绳)大部分位于轿厢侧;当轿厢位于最底层时,情况与上述正好相反,这样轿厢一侧和对重一侧就有了补偿的平衡作用.补偿装置补偿装置的种类门系统电梯门系统可以分为两种，装在井道入口层站处的为层门，装在轿厢入口处的为轿厢门。层门和轿厢门按照结构形式可分为中分门、旁开门，垂直滑动门、铰链门等。中分式门主要用在乘客电梯上，旁开式门在货梯和病床梯上用得较普遍，垂直滑动门主要用于杂物梯和大型汽车电梯上。铰链门在国内较少采用，在国外住宅梯中采用较多。电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块，门框、地坎等部件组成。门一般由薄钢板制成，为了使门具有一定的机械强度和刚性，在门的背面配有加强筋。为减小门运动中产生的噪声，门板背面涂贴防振材料。门导轨有扁钢和C型折边导轨两种;门通过滑轮与导轨相联，门的下部装有滑块，插入地坎的滑槽中;门的下部导向用的地坎由铸铁、铝或铜型材制作，货梯一般用铸铁地坎、客梯可采用铝或铜地坎。轿、层门应是无孔的门，净高度不得小于2m。自动层门的外表面不应有大于3mm的凹进或凸出部分。（三角形开锁处除外）。这些凹进或凸出的部分边缘应在两个方向上倒角。装有门锁的层门应具有一定的机械强度。在水平滑动门的开启方向，以150N的人力（不用工具）施加在一个最不利点上时，门扇之间及门扇与立柱、门楣之间的间隙不得大于30mm。层门净进口宽度比轿厢净入口宽度在任何一侧的超出部分均不应大于0.05m。轿门异步电机旁开门异步电机中分门同步电机旁开门同步电机中分门层门旁开式层门中分式层门井道中的层门轿门门刀与层门门锁滚轮的配合轿门门刀层门门锁轿厢平层停站后，安装在轿门上的门刀将装于层门上的门锁滚轮夹在中间，并与此两滚轮保持一定间隙。当收到电控柜的开门信号时，门电机驱动门机，当门刀夹住门锁滚轮移动距离超过开锁行程时，锁壁与锁钩脱离啮合，此时开锁完成，并由轿门门刀带动层门门锁滚轮继续走完整个开门过程。电力拖动系统电梯的电力拖动系统的功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。如下图：电力拖动系统直流电动机拖动交流电动机拖动永磁同步电动机拖动调压调速系统变频变压调速系统变极调速系统直流电动机工作原理：大致应用了“通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线同有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理。特点：(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。桥式整流电路整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，然而我们只对桥式整流电路作介绍。单相整流电路交流电动机三相异步电机(Triple-phaseasynchronousmotor)是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在