第2章-电梯系统组成

222电梯系统组成2.1电梯系统组成概述电梯品种繁多，结构各有不同但它们却有共同之处，都少不了机械、电气和安全装置三大部分。机械部分是电梯的骨架，电气则是拖动和控制，是电梯赖以运行的保障，安全装置有机地和机、电装置组为一体，互相制约，以保证电梯可靠、安全地运行。常见的有机房交流乘客电梯基本结构如图2-1所示。电磁制动器曳引电动机控制柜电源开关井道传感器开门机轿内操纵箱轿厢体随行电缆召唤箱层门液压缓冲器蜗轮蜗杆减速箱曳引轮曳引机底盘导轨支架限速器导向轮开关碰块曳引钢丝绳补偿链导轨对重轿厢门轿厢框架终端紧急开关补偿链导向轮限速缆张紧轮机座导靴绳头组合底坑楼层指示器安全钳机房轿厢井道井道层站图2-1电梯基本结构2.1.1电梯机械系统电梯的机械系统由曳引系统、轿厢与门系统、重量平衡与导向系统、机械安全保护系统等部分组成。曳引系统是输出和传递动力、实现电梯上下运行的驱动装置。它由曳引机、曳引钢丝绳及绳头组合的均衡装置等组成。23电梯的重量平衡系统包括对重和重量补偿装置，对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。导向系统包括轿厢引导系统和对重引导系统两种，是保证轿厢和对重在电梯井道中沿着固定的滑道——导轨运行的装置，由导轨与支架、导靴、导向轮和复绕轮等部件组成。轿厢是用来运送乘客或货物的电梯组件。轿厢由轿厢架和轿厢体两大部分组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。电梯的门有轿门和厅门两种，门系统由轿门、厅门、开关门机构、门锁等部件组成。轿门挂在轿厢上，和轿厢一起上下运动，厅门装在各楼层的井道进出口处，用以封住井道的进出口。2.1.2电梯电气系统电梯的电气系统包括电力拖动系统与运行控制系统两个部分组成。电气系统是电梯按照人们的意愿做功的动力，能使电梯按照人们的指令启动、加速、运行、换速平层、停车制动、开门关门等。这些都要依靠拖动装置和运行控制信号来完成。电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制组件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。2.1.3电梯安全保护系统电梯是频繁载人的垂直运输工具，必须有足够的安全性。电梯的安全，首先是对人员的保护，同时也要对电梯本身和所载物资以及安装电梯的建筑物进行保护。为了确保电梯运行中的安全，防止一切危及人身安全的事故发生，设置了多种机械保护、电气保护和安全防护装置。机械安全保护系统主要包括：机械保护有超速保护装置——限速器、安全钳；超越行程的保护装置——强迫减速开关、终端限位开关；冲顶（撞底）保护装置——缓冲器；门安全保护装置——厅门门锁与轿门电气联锁及门防夹人的装置；轿厢超载保护装置及各种装置的状态检测保护装置（如限速器断绳开关、钢带断带开关）。电气方面的安全保护首先要充分考虑电气拖动和运行控制的可靠性，还针对各种可能发生的危险，设置专门的安全装置。电气安全保护系统一般设有如下保护环节：超速保护开关、厅门锁闭装置的电气联锁保护、门入口的安全保护、上下端站的超越保护、缺相断相保护、电梯控制系统中的短路保护、曳引电机的过载、过流保护等。另外还须对电梯的电气装置和线路必须采取安全保护措施，以防止发生人员触电和设备损毁事故。安全防护主要有机械设备的防护，如曳引轮、滑轮、链轮等机械运动部件防护以及各种护栏、罩、盖等安全防护装置。这些装置共同组成了电梯安全保护系统，以防止任何不安全的情况发生。2.2电梯曳引系统电梯曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳及绳头组合的均衡装置等组成，如图2-2所示。安24装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重在井道中沿导轨上、下往复运行，执行垂直运送任务。机箱对重曳引轮导向轮绳头钢丝绳反绳轮图2—2电梯曳引传动系统2.2.1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。如果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称为有齿轮曳引机，如图2-3（a）所示，它由电动机、制动器、减速器和曳引轮组成并固定在底座上。有齿轮曳引机用的电动机有交流电动机也有直流电动机，广泛应用于速度小于或等于2.5米/秒以下的低中速电梯。如果拖动装置的动力不用中间的减速箱，而直接传到曳引轮上的曳引机称为无齿轮曳引机，如图2-3（b）所示。无齿轮曳引机的电动机转子同制动轮和曳引轮同轴直接相连。由于没有减速箱这一中间传动环节，所以传动效率高、噪声小、传动平稳。但是存在能耗大、造价高、维修不便等缺点。无齿轮曳引机大多是直流电动机或者交流永磁同步电机，一般用于2.5米/秒以上的高速电梯和6米/秒以上的超高速电梯。（a）有齿轮曳引机（b）无齿轮曳引机图2-3曳引机实物曳引电动机是驱动电梯上下运行的动力源，而电梯则是典型的位能性负载，在运行中每25小时起制动次数常超过100次，最高可达到每小时180～240次，根据电梯的工作性质，电梯曳引电动机应具有以下特点：1.能够频繁起、制动，其工作方式为断续周期性工作制；2.能够适应一定电源电压波动，有足够的启动力矩；3.起动电流较小；4.有发电制动特性，能由电动机本身性质来控制电梯在满载下行和空载上行时的速度；5.较硬的机械特性，不会因为电梯负载变化造成运行速度变化；6.良好的调速特性；7.运转平稳、工作可靠、噪声小、维护简单。2.2.2减速器有齿轮曳引机在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装有减速器（箱），其作用是降低电动机输出转速，提高电动机的输出转矩，以适应电梯的运行要求。减速器常采用蜗轮蜗杆传动，也可使用斜齿轮传动或行星齿轮传动。蜗轮蜗杆减速器（蜗杆减速器）是由带主动轴的蜗杆与安装在壳体轴承上带从动轴的蜗轮组成，如图2-4所示。蜗轮和曳引轮同轴，电动机能通过蜗杆驱动涡轮和绳轮做正反向运动，从而通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力驱动轿厢和对重上下运动。蜗杆减速器传动比大，噪音小、传动平稳，而且当由蜗轮传动蜗杆时，反效率低，有一定的自锁能力；可以增加电梯制动力矩，增加电梯停车时的安全性。电动机蜗杆蜗轮曳引绳轮曳引钢丝绳对重轿厢轿厢吊轮对重吊轮图2-4蜗轮蜗杆传动示意图在减速器内，凡蜗杆安装在蜗轮上面的称为蜗杆上置式，其特点是减速箱内蜗杆、蜗轮齿的啮合面不易进入杂物，安装维修方便，但润滑性较差；凡蜗杆安装在蜗轮下面的称为蜗杆下置式，其特点是润滑性能好，但对减速器的密封要求高，否则很容易向外渗油。斜齿轮减速器于20世纪70年代应用于电梯传动，斜齿轮减速器相比蜗轮蜗杆减速器传动效率可提高约15%，以及可降低电能消耗15%，但是对机件的疲劳强度、可靠性和质量的稳定性要求较高。行星齿轮减速器具有效率高（可达98%）、体积小、重量轻、精度较高、无污染、使用寿命长、额定输出扭矩可以做的很大，但价格较贵。2.2.3曳引轮26曳引轮是嵌挂曳引钢丝绳的轮子，也称曳引绳轮或驱绳轮，绳的两端分别联接轿厢和对重装置。当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力（也叫曳引力），驱动轿厢和对重装置上下运动，因此说曳引轮是电梯赖以运行的主要部件之一。有齿轮曳引机的曳引轮装在减速器中的蜗轮轴上，无齿轮曳引机的曳引轮装在制动器的旁侧，与电动机轴、制动器轴在同一轴线上。曳引轮分成两部分构成，中间为轮筒（鼓），外面是在轮缘上开有绳槽的轮圈，外轮圈与内轮筒套装，并用铰制螺栓连结在一起成为一个曳引轮整体，其曳引轮的轴就是减速器内的蜗轮轴。由于曳引轮要承受轿厢、载重量、对重等装置的全部动静载荷，因此要求曳引轮强度大、韧性好、耐磨损、耐冲击，其材料多用球墨铸铁。为了减少曳引钢丝绳在曳引轮绳槽内的磨损，除了选择合适的绳槽槽型外，对绳槽的工作表面的粗糙度、硬度应有合理的要求。曳引轮靠钢丝绳与绳槽之间的摩擦力来传递动力，当曳引轮两侧的钢丝绳有一定拉力差时，应保证曳引钢丝绳与绳槽之间不打滑。摩擦力（即曳引力）的大小以及曳引钢丝绳的寿命与曳引轮绳槽的形状有直接关系。在电梯中，常用的曳引轮绳槽的形状有半圆槽、带切口半圆槽（又称凹形槽）、V形槽，如图2-5所示。（a）半圆槽（b）带切口半圆槽（c）V形槽图2-5曳引轮绳槽形半圆槽与曳引绳接触面积大，曳引绳变形小，有利于延长曳引绳和曳引轮寿命，但这种绳槽的当量摩擦系数小，因此曳引能力低，多用在高速无齿轮曳引机直流电梯上。V形槽的两侧对曳引绳产生很大的挤压力，曳引绳与绳槽的接触面积小，接触面的单位压力（比压）大，曳引绳变形大，曳引绳与绳槽间具有较高的当量摩擦系数，可以获得很大的驱动力，但这种绳槽的槽形和曳引绳的磨损都较快，只在轻载、低速电梯上应用。凹形槽（带切口的半圆槽）是在半圆槽的底部切制一条凹槽，曳引绳与绳槽接触面积减小，比压增大，曳引绳在凹槽处发生弹性变形，部分楔入沟槽中，使当量摩擦系数大为增加，使曳引能力增加。这种槽形既使当最摩擦系数大，又使曳引绳磨损小，广泛应用在各类电梯中。2.2.4制动器为了提高电梯的安全可靠性和平层准确度，电梯上必须设置制动器，当电梯的动力电源失电或者控制电路电源失电时，制动器应自动动作，制停电梯。电梯不工作时制动器抱闸制动，电梯运转时松闸。电梯制动时，依靠机械力的作用，使制动带与制动轮摩擦而产生制动力矩；电梯运行时，依靠电磁力使制动器松闸。根据制动器产生电磁力的线圈工作电流，分为交流电磁制动器和直流电磁制动器。直流电磁制动器主要由制动线圈、电磁铁芯、制动臂、制动瓦、制动轮、抱闸弹簧等构成，如图2-6所示。由于制动平稳，体积小，工作可靠，电梯多采用直流电磁制动器。电梯采用的是机—电摩擦型常闭式制动器，如图2-6所示。27制动线圈线圈铁芯调节螺母拉杆制动臂制动瓦制动衬料制动轮制动弹簧螺杆手动松闸凸轮弹簧图2-6电磁式直流制动器当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁制动器的线圈中均无电流通过，这时因电磁铁芯间没有吸引力、制动瓦在制动弹簧压力作用下，将制动轮抱紧，保证电机不旋转；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈同时通上电流，电磁铁芯迅速磁化吸合，带动制动臂使其制动弹簧受作用力，制动瓦张开，与制动轮完全脱离，电梯得以运行；当电梯轿厢到达所需停站时，曳引电动机失电、制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁芯中的磁力迅速消失，铁芯在制动弹簧的作用下通过制动臂复位，使制动瓦再次将制动轮抱住，电梯停止工作。制动器必须设置两组独立的制动机构，即两个铁芯、两组制动臂、两个制动弹簧，若一组制动机构失效时，另一组仍能有效的制停电梯。有齿轮曳引机的制动器安装在电动机与减速器之间，即在电动机轴与蜗轮轴相连的制动轮处；无齿轮曳引机制动器安装在电动机与曳引轮之间。对电梯制动器的基本要求是：能产生足够的制动力矩，而且制动力矩大小应与曳引机转向无关；制动时对曳引电动机的轴和减速箱的蜗杆轴不应产生附加载荷；当制动器松闸或制