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研究•开发曳引机机架谐响应分析与优化设计□罗富方□马晓奭甘肃省特种设备检验检测研究院兰州730050摘要：电梯曳引机机架的结构设计与安装质量直接影响电梯零部件的使用寿命、曳引系统的稳定性，以及电梯整体的运行情况。
建立曳引机机架的有限元模型，对曳引机机架进行模态分析与谐响应分 析，并在此基础上进行了优化设计。
通过对比优化前后曳引机机架的固有频率、最大变形、振幅，确认优 化设计的效果良好。
关键词：曳引机机架谐响应优化中图分类号：TH6:TU857文献标志码：A文章编号：1000 - 4998(2020)07 - 0027 - 05Abstract ：The structural design and installation quality of the traction machine frame of the elevatordirectly affect the service life of elevator parts, the stability of the traction system, and the overall operation of the elevator. The finite element model of the traction machine frame was established, and the modal analysis and harmonic response analysis of the traction machine frame were carried out, and optimum design was carried out on this basis. By comparing the natural frequency, maximum deformation and amplitude of the traction machine frame before and after optimization, the effect of the optimum design is confirmed to be good.Keywords ： Traction Machine Frame Harmonic Response Optimization1研究背景随着我国国民生活水准的提高，全国电梯保有量稳步提高。
曳引电梯轿架力学性能分析及结构优化发布时间：2022-01-10T01:01:33.746Z 来源：《工程建设标准化》2021年11月21期作者：陈成张彬奚鹏[导读] 随着国家对节能减排的要求的提升，电梯作为逐年增加的机电设备。
本陈成张彬奚鹏江苏省特种设备安全监督检验研究院 , 江苏泰州 225300摘要：随着国家对节能减排的要求的提升，电梯作为逐年增加的机电设备。
本文通过对其主要部件桥架的受力分析，并采用有限软件进行模拟，通过选择相关变量，寻找最优特征参数，希望为电梯制造企业优化电梯结构提供一定的思路。
关键词：电梯桥架有限元0 前言近年来随着城市化的快速推进，电梯作为楼宇建筑必不可少的设备，其数量也在突飞猛进。
根据智研咨询发布的《2021-2027年中国电梯行业市场全景调查及发展战略研究报告》数据显示：中国电梯的采购率不断提升，采购规模在不断扩大，电梯的需求量在逐年增加，人们对电梯质量的要求越来越高。
预计2020年中国电梯保有量为620万台，同比增长6.09%。
?近两年来部分优秀的中国电梯企业的电梯零部件的技术、质量水平已经处于世界领先地位，特别在中低速电梯零部件领域，中国企业已基本可以实现自主生产。
2020年前三季度中国电梯产量为89.3万台，同比下降23.87%，电梯厂家的内部竞争压力也亟剧增大，因此如何降低电梯本身的重量，在不影响电梯承载安全的同时又能减少电梯曳引主机的负荷，满足国家节能减排的发展要求，成为各大电梯厂家寻求的方向[1]。
本文通过对电梯轿厢主要承重部件电梯桥架的受力分析及有限元模拟，并对其进行了优化设计，希望能为电梯行业的节能优化提供一定的创新和思路。
1电梯轿架结构受力分析电梯的轿厢系统是电梯乘用或者装载货物的封闭式箱体结构，一般电梯的轿厢系统主要有轿厢体和轿厢架组成。
轿厢架是轿厢体的主要支承构件，电梯导靴、安全钳机构、轿厢门等部件安装在上面；轿厢体主要由轿壁、轿顶、轿底等结构组成通过轿底防震橡胶与电梯桥架相连，侧面通过电梯桥架立柱上的卡胶进行辅助定位。
摘要本次设计是以三菱FX2n 为核心的电梯控制系统的硬件组成及软件设计，采用PLC 来控制轿箱提升电机的起、停和正、反转。
这里主要是对电梯曳引机的参数进行设计、计算、（包括电动机、减速器、轴、轴承、联轴器、制动器）以及工艺的编排和相关图形的绘制，另外对PLC 控制系统的设计，主要是PLC 控制电路图、程序流程图以及PLC 编程。
其中对曳引机的设计重点是减速器的选择和箱体零件的设计和加工。
减速器选择的是蜗杆减速器，轴承是调心滚子轴承，联轴器选择的是弹性柱销联轴器。
PLC 控制程序设计是考虑到电梯的上升和下降逻辑，以及楼层显示，运作时的加速和减速。
现在电梯都采用传统的继电器群的控制方法，由于所用的继电器较多，控制柜体积庞大，控制系统成本高，而且众多继电器的动作会产生较大的噪音，污染环境。
采用PLC 配合接口进行控制，可将传统的继电器控制逻辑变为计算机程序控制逻辑，去掉所有用于逻辑控制的中间继电器，使电梯系统的成本和噪音大大降低，控制柜的体积也可大大缩小。
关键词：PLC ; 曳引机;电动机; 减速器;联轴器;制动器AbstractThis design is take FX2n as the core elevator control system hardware composition and the software design, uses the PLC integrated circuit to control the sedan box to promote the electrical machinery, to stop with, the reverse. Here mainly is carries on the design, the computation to the elevator tractor parameter, (including electric motor, reduction gear, axis, bearing, shaft coupling, brake) as well as the craft arrangement and the correlation graph plan, moreover to the PLC integrated circuit control system design, mainly is the PLC integrated circuit control circuit diagram, the program flow diagram as well as the PLC integrated circuit programming.The most important of this design is changed huge parts of contents. The new version increases plenty of new technical contents and new calculation method.PLC integrated circuit control system design. Besides a few parts are changed according to the Chinse lift situations, this revised version is basically compliantNow the elevator all uses the method of traditional the relay group control, because of many relay have been used, control the cabinet volume huge, the cost of control system is high, most of the multitudinous relay movement have the big noise, the pollution environment. Uses the PLC integrated circuit coordination connection to carry on the control, may become the traditional black-white control logic the computer program control logic, removes all uses in the logical control intermediate relay, causes the cost of the elevator system and the noise reduces greatly, controls the cabinet the volume also to be possible to reduce greatly.Key words：PLC integrated circuit；Tractor;Electricmotor;Reduction gear;Shaft coupling;Brake目录1绪论 (1)1.1电梯的起源 (1)1.2电梯的种类 (1)1.2.1按用途分类 (1)1.2.2按速度分类 (2)123按拖动电动机类型分类 (2)1.2.4按驱动方式分类 (2)1.2.5按控制方式分类 (3)1.3电梯主要组成及结构 (3)1.3.1曳引机构的组成 (4)1.3.2曳引机构的减速器 (5)2有关参数的计算 (7)2.1曳引机的确定 (7)2.1.1选择曳引机 (8)2.1.2曳引机容量的计算 (8)2.1.3曳引力计算 (8)2.2减速器设计 (9)2.2.1 (9)2.2.2 .......................................................................................................................... 1 02. 2. 3 ................................................................................................................................ 1 2 2.3 ................................................................................................................................... 1 62.3. 1 (16)2. 3. 2 ................................................................................................................................. 1 62. 3. 3 ................................................................................................................................. 1 62.3.4轴的强度计算 (16)2.4 (20)2 . 5 ..................................................................................................................................... 2 22.5.1 .......................................................................................................................... 2 22.5.2 (22)2.5.3主要尺寸计算 (23)2.6制动器的设计与计算 (23)2.7工艺 (24)2.7.1零件的分析 (24)2.7.2工艺规程设计 (26)........................................................................................................................................... 2 9 ........................................................................................................................................... 2 93 ........................................................................................................... 29 3.1.2 PLC 的特点 (30)3.1.3PLC与继电器控制系统的比较 (32)3.1.4 PLC的基本结构 (33)3.1.5 PLC的工作原理 (35)3.2 PLC控制系统的设计分析 (37)3.2.1 PLC控制系统的设计基本原则 (37)3.2.2PLC控制系统的设计的主要内容 (38)3.2.3. ..................................................................................................................................... P LC控制系统程序设计的步骤 . (39)........................................................................................................................................... 4 04 0 ..............................................................................................................................................4 1 ........................................................................................................................................ 4 2• •• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• •••43 .................................................................................................................................. 444 结论.. (46)5参考文献 (47)6翻译 (48)6.1外文资料 (48)6.2译文 (54)7致谢 (59)1 绪论1.1 电梯起源电梯是现代多层及高层建筑物中不可缺少的垂直运输设备。
曳引电梯结构的冲击和稳定性分析及优化设计房地产市场的蓬勃发展带动我国电梯市场的快速发展。
在电梯系统中,承载结构(如轿厢架)主要由钢材制造而成。
传统的电梯钢结构设计大都以结构力学等理论为基础进行结构框架的设计,再进行实验来验证设计的可行性。
随着市场的不断发展,原有的设计研发流程已经逐渐显示出一些弊端,如没有考虑蹲底事故对于轿厢架结构产生的影响;对结构的优化仍主要以工件的厚度为参数进行尺寸优化等。
为考虑动力学工况对电梯钢结构产生的影响和进行更深层次的优化设计,结合当下主流的商用有限元分析软件和优化设计软件对电梯的承载结构进行分析就显得很有必要。
本论文的主要工作及所得结论如下:(1)建立液压缓冲器蹲底工况的数学模型,结合MATLAB求解得出缓冲力-速度关系曲线。
利用ABAQUS中的连接器单元,建立简化的缓冲器有限元模型。
通过简化的缓冲器-轿厢架碰撞模型得到轿厢架在缓冲过程中的加速度-时间曲线,并与实验所得数据进行比对。
结果表明两组数据基本吻合,说明建立的数学模型与缓冲器的简化方法是正确的。
最后将所得的加速度-时间曲线以加载曲线的方式应用到轿厢架有限元模型中,完成蹲底动力学工况的分析。
分析结果表明,防撞梁和轿厢架上底板与防震橡胶接触的位置发生了塑性应变。
防撞梁发生塑性应变说明其在碰撞中吸收能量,起到保护作用。
而另一应力较大的位置则需要进行加劲肋的布置。
(2)对主机架结构的搁机梁进行Buckling分析与Riks分析。
分析结果表明搁机梁的失稳荷载为48 k N,远大于额定工况下所受载荷,结构不会发生失稳。
(3)结合ABAQUS对轿厢架和主机架进行静力学分析。
结果表明,轿厢架上底板与防震橡胶接触的位置应力值较大。
主机架结构的中间层槽钢与防震橡胶接触的位置发生应力集中现象,需要对发生应力集中的区域进行加劲肋的布置。
(4)基于静力学与动力学的分析结果,对轿厢架结构进行尺寸优化设计及对主机架结构进行拓扑优化设计。
电梯曳引机机座结构的优化设计探讨摘要：电梯曳引机机座是保证曳引机平稳运行的重要部件，要确保机座结构设计的合理性与可行性，就需要设计工作者利用特殊的建模软件，构建机座的立体模型，并在此基础上，获得相关的曳引应力。
基于此，文章基于电梯曳引机的主要结构与工作原理，分析了曳引机机座的安装控制要点，探讨了曳引机机座结构的优化设计方案，希望能够提高机座设计的质量，满足曳引机运行的稳定性要求。
关键词：曳引机；机座结构；优化设计前言:曳引机是电梯的动力系统，为电梯的运行提供源源不断的动力，曳引机性能的高低直接决定着电梯的启动、制动、速度控制等方面的功能。
永磁同步无齿轮曳引机是近年来发展比较迅速的新型曳引机，其脱离齿轮减速箱，能够直接通过电动机带动电梯轿厢的运行，进一步提升了曳引机的运行效率。
而机座是该曳引机的重要部件，其结构的可靠性直接影响着曳引机的运行，所以要对机座结构的优化设计给予高度关注。
1电梯曳引机机座结构与工作原理以永磁同步无齿轮曳引机为例，曳引机又叫电梯主机，主要包含：电动机（转子、定子）、制动器、曳引轮、机座、编码器等部件（如图一所示）。
曳引机利用曳引绳与动力曳引轮之间产生的摩擦力带动电梯轿厢的运行，在实际运行中，利用精准性极高的数据采集系统与高性能的传感器有效控制信息检测、数据收集、系统反馈与电流变频等操作。
牵引系统在实际运行中具有一定的线性结构，同直流电流动力装置类似，可以有效调整电动机的转子速度[1]。
图一电梯曳引机结构2电梯曳引机机座的安装控制在电梯安装施工中，若电梯内部起到承重作用的横梁处在机房楼板下侧时，通常要修建超过电梯主机机座3厘米、厚度在25到30厘米的钢筋砼结构底座，该底座结构要提前填埋固定的电梯主机设备螺栓零件。
位于砼材料底座的下侧，应该将具有减震功能的橡胶垫安装在承重横梁区域，然后把电梯主机固定在砼结构的底座上。
因此，电梯在运行中，若起到承重作用的横梁位于机房楼板结构的上侧时，就能够把电梯主机底座的钢材料与承重混凝土梁有效连接，不仅如此，若该区域有必要进行减震，就要将减震装置安装其中。
电梯曳引机及传动系统设计
电梯曳引机及传动系统是电梯运行的核心部件。
设计曳引机及传动系统时需要考虑以下因素：
1. 扭矩计算：电梯曳引机的扭矩要满足电梯的设计载荷以及运行速度等要求。
因此在设计曳引机时需要根据电梯的承重能力、行程和速度来进行扭矩计算。
2. 传动比计算：根据曳引机的扭矩，结合电机的转速和功率计算传动比，选取合适的减速器和传动轮来保证电梯的平稳运行。
3. 传动方式：包括带式传动、链传动、齿轮传动等多种方式。
根据实际情况选取合适的传动方式来确保电梯的运行平稳。
4. 轴承选型：选择合适的轴承来确保曳引机和传动系统的正常运行，同时要考虑轴承的寿命和维护成本。
5. 材料选择：根据曳引机和传动系统的工作环境和负载情况，选取合适的材料来确保系统的安全、稳定和寿命。
整个电梯曳引机和传动系统的设计需要充分考虑上述因素，确保电梯的运行平稳、安全可靠，并且在维护和维修方面也要具有一定的便利性。
新型电梯曳引机驱动与控制系统设计与实现探讨【摘要】电梯是一种特殊的设备，电梯的可靠性与安全性对核心部件曳引机及其控制的要求很高，永磁同步曳引机因为具有优良的控制性能、较高效率以及体积紧凑等特点，因为这些优点的存在，永磁同步曳引机在电梯领域中得到了广泛的推广和应用。
本文通过对电梯系统的整体结构进行了阐述，对永磁同步曳引机进行了深入的分析，在文章的最后，对控制系统电路进行了一定的研究，希望可以供相关的研究做一些参考。
【关键词】电梯；永磁同步曳引机；控制系统；驱动我国的电梯事业与世界上的发达国家相比始终不具有优势，普遍具有起步晚、起点低的特点。
随着我国经济的飞速发展，社会对电梯的需求量也逐渐增长起来，但是我国电梯的技术水平非常低，产量也非常少，所以，在我国目前只有通过大量的进口来满足国内对电梯的需求。
为了使这样的局面得到相应的改变，我国通过各种措施使电梯的相关产业得到相应的发展。
对于永磁同步曳引机的制造，国内出现了很多相关的制造企业。
下面让我么一同走进新型电梯曳引机驱动与控制系统设计与实现的探讨中。
一、电梯系统的整体结构电梯的使用在现阶段已经深入到了生活的方方面面，比方说，我们在高层建筑中安装电梯，在建筑工地和医院都安装了电梯，电梯已经深入到了我们的生活中。
电梯具有多种不同的类型，不同类型的电梯的设计也不相同，载人电梯和货运电梯在安全保护系统的设置上存在较大的区别。
就一般高层建筑中的载人电梯来说，主要的功能如图1所示。
图1向我们展示了一般电梯系统中的功能模块，如图2一般来说电梯的系统是非常复杂的，电梯厂商一般都会相应的建立自己的试验塔对设计完、没有投入使用的电梯进行整体上的测试。
二、对永磁同步曳引机进行分析曳引机是电梯中的一个系统，由制动器和电动机两个主要部分组成，另外其中还包括曳引轮和联轴器等部件。
电梯的关键部件就是曳引机电机，它是电梯的动力源泉。
现阶段市场上的曳引机电机种类非常复杂，有很多不同型号和类型的曳引机电机，永磁同步曳引机是新型的无轴承电动机。
现代化曳引电梯机械结构设计分析发布时间：2023-01-16T07:38:33.992Z 来源：《科学与技术》2022年第16期8月作者：滕启超[导读] 为探究现代化曳引电梯的机械结构组成，本文以曳引电梯为主要研究方向，依据曳引式电梯的基本工作原理，探究电梯的材料选择等设计，以期为现代化电梯设计与建设提供借鉴。
滕启超青岛市知识产权保护中心山东省青岛市 266000摘要：为探究现代化曳引电梯的机械结构组成，本文以曳引电梯为主要研究方向，依据曳引式电梯的基本工作原理，探究电梯的材料选择等设计，以期为现代化电梯设计与建设提供借鉴。
关键词：现代化电梯；曳引电梯；机械结构；电梯设计引言：曳引系统决定着电梯是否能够正常运转，是电梯的重要组成部分；曳引能力则是决定曳引系统，能否正常发挥功效的关键所在，占据着举足轻重的位置。
随着智能化数字信息时代的到来，因曳引系统投入资金较低、高效率、高质量等优点，被广泛用于现代化制造设计。
1基本工作原理与旧式电梯模块相仿，曳引机内部的钢丝系紧轿厢、定对重使其悬挂在电梯内部，曳引钢丝受重力的影响，反复摩擦曳引轮形成反作用的力，当电梯受感应控制转动曳引系统时，轿厢与定对重受曳引轮与曳引钢丝相互摩擦形成的力而与电梯做相对运动，促使轿厢依照感应而进行平移。
与旧式电梯平衡配重类似，称重装置全天候管控轿厢内部的负载量，控制器依据轿厢内部的感应系统实时感应厢内的总承重量，并对比同厢内的平衡重量，进而决定电梯的运转速度，以达到曳引机在各种力、负载量的作用下渐趋为零的目的，促使曳引机能够利用最小的功率带动电梯运行。
2钢丝绳结构设计2.1依据安放位置可依据安置曳引机的位置将其划分为上、下两种装置，以便轿厢与电梯的正常运行。
上置式装置能够对电梯以及轿厢给予较小的负载量，并对电梯井内部的体积要求较低，是非常普遍的装置曳引电梯的方式。
此时，电梯内部的总重量＝曳引机＋内部显示屏＋内部控制装置＋轿厢重量（以及内部人、物的总重量）＋对重重量[1]。
㊀第３０卷㊀第５期２０１８年１０月浙江水利水电学院学报Ｊ.ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｏｆＷａｔ.Ｒｅｓ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗ.Ｖｏｌ.３０㊀Ｎｏ.５Ｏｃｔ.２０１８㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５￣７０９２.２０１８.０５.０１４电梯曳引机机座结构的优化设计曹鹏瑶ꎬ施高萍(浙江水利水电学院机械与汽车工程学院ꎬ浙江杭州㊀３１００１８)摘㊀要:曳引机机座是永磁同步无齿轮曳引机的关键部件.运用建模软件完成曳引机机座的三维模型ꎬ并对曳引力进行计算校核.将曳引力施加于机座ꎬ通过仿真计算发现曳引机机座的筋部位出现应力集中现象ꎬ其最大应力超出材料许用应力ꎬ不满足强度条件ꎬ因此需对曳引机机座进行结构优化.通过多种优化方案的分析㊁比选ꎬ确定出曳引机机座的最优方案.关键词:曳引机机座ꎻ有限元分析ꎻ结构优化ꎻ应力中图分类号:ＴＨ１２２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００８－５３６Ｘ(２０１８)０５￣００６８￣０５ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｖａｔｏｒＴｒａｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅＦｒａｍｅＣＡＯＰｅｎｇ￣ｙａｏꎬＳＨＩＧａｏ￣ｐｉｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｇｅａｒｌｅｓｓｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｔｒａｃｔｉｏｎｍａ￣ｃｈｉｎｅ.Ｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅꎬａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｖａ￣ｔｏｒ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｌｉｆｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄ.Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌｏｃａｌｈｉｇｈｓｔｒｅｓｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈａｖｅｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｓｔｒｅｓｓｆｏｃｕｓꎬｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｅｘｃｅｅｄｉｎｇｔｈｅａｌｌｏｗａｂｌｅｓｔｒｅｓｓ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬａｉｍｉｎｇｔｏｒｅｄｕｃｅｓｔｒｅｓｓｆｏｃｕｓꎬｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｂｙｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓꎬｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｌａｎｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｍｏｔｏｒｆｒａｍｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｍｏｔｏｒｆｒａｍｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻｓｔｒｅｓｓ收稿日期:２０１８￣０６￣２５作者简介:曹鹏瑶(１９９５－)ꎬ女ꎬ河北省邢台市人ꎬ主要从事机械设计制造及自动化研究.０㊀引㊀言电梯是一种由电气控制系统㊁电力拖动系统㊁曳引系统㊁门系统㊁轿厢系统等八大系统组成的垂直升降工具[１]ꎬ用于多层建筑乘人或载运货物.电梯曳引机为电梯提供运行所需的动力ꎬ是曳引系统的组成部分ꎬ它的性能直接影响电梯的起动㊁制动㊁加减速度等指标[２－３].电梯曳引机的发展大致经过了直流电机㊁交流感应电机和永磁同步曳引机三个阶段[４].永磁同步无齿轮曳引机直接使用电动机带动轿厢运行ꎬ取消了齿轮减速箱ꎬ使得曳引机效率更高ꎬ电梯运行性能更佳ꎬ已成为电梯的标准配置[５－６].永磁同步无齿轮曳引机由电动机㊁制动器㊁曳引轮及机座等零件组成(见图１).机座承载着电梯重量ꎬ是电机基体.机座是曳引机的关键部件ꎬ其结构可靠性影响着曳引机的可靠性ꎬ决定着电梯运行的可靠性.因此ꎬ机座的结构设计必须满足与承载能力相应的强度和刚度要求.① 曳引轮ꎻ② 曳引机机座ꎻ③ 电机转子ꎻ④ 电机定子ꎻ⑤ 编码器ꎻ⑥ 制动系统图１㊀永磁同步无齿轮曳引机的组成１㊀曳引机的工作原理１.１㊀永磁同步无齿轮曳引机的工作原理永磁同步无齿轮曳引机靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦力来驱动轿厢运行ꎬ其原理是通过高精度速度传感器的检测㊁反馈和快速电流跟踪变频装置的控制ꎬ以同步转速进行转动ꎬ有与直流电动机相同的线性㊁恒定转矩ꎬ可调节速度的电动机平稳地直接驱动曳引轮ꎬ具有结构紧凑㊁高效㊁节能㊁低噪音等优点[７].１.２㊀曳引机曳引力计算１.２.１㊀计算选用参数案例所选电梯额定载客人数为１３人ꎬ速度为１.６ｍ/ｓꎬ最大提升高度为８０ｍꎬ采用单通轿厢.根据文献[８]ꎬ曳引机计算参数(见表１).表１㊀曳引机计算原始参数参数名称参数代号单位数值空轿厢及其支承的部件的质量Ｐｋｇ１１００.０额定载重量Ｑｋｇ１０００.０电梯的运行速度Ｖｍ/ｓ１.６０紧急制停最小减速度ａｍ/ｓ２０.５０平衡系数ψ/０.４５０电梯的行程高度Ｈｍ８０.０钢丝绳在绳轮上的包角αʎ１６０.０钢丝绳的倍率(曳引比)ｒ/２钢丝绳的数量ｎｓ/６钢丝绳单位长度重量ｑｍｓｒｋｇ０.３４７补偿绳的数量ｎｃ/２补偿绳/链单位长度重量ｑｍｃｒｋｇ１.４９补偿绳/链涨紧装置重量Ｍｃｏｍｐｋｇ０.０随行电缆数量ｎｔ/１随行电缆单位长度重量ｑｍｔｒａｖｋｇ１.２５０系统静载荷Ｍ计算方法如式(１):Ｍ＝２Ｐ＋Ｑ＋Ｑˑψ＋ｎｓˑＨˑｑｍｓｒˑ２＋ｎｃˑｑｍｃｒˑＨ＋Ｍｃｏｍｐ＋ｎｔˑｑｍｔｒａｖˑＨ/２２(１)㊀㊀计算得系统静载荷Ｍ＝２１３５.７６ｋｇꎬ考虑到电梯曳引机在实际工作过程中所承受的偏载㊁冲击载荷等附加载荷ꎬ载荷系数取１.３ꎬ并综合考虑其它因素ꎬ确定曳引力为３０ｋＮ.１.２.２㊀曳引力校核分别考虑轿厢装载㊁紧急制停和滞留三种工况条件下ꎬ计算出曳引轮两侧曳引绳中的拉力Ｔ１和Ｔ２ꎬ当量摩擦系数ｆꎬ对曳引力进行校核[８]ꎬ校核结果(见表２).表２㊀曳引力校核工况轿厢载荷最不利情况Ｔ１/ｋＮＴ２/ｋＮ当量摩擦系数ｆ校核条件校核结果装载紧急制动滞留１２５％额定载荷额定载荷空载空载轿厢在底层轿厢在顶层轿厢在底层轿厢在顶层轿厢在顶层ꎬ对重压缓冲器１３.１５１２.９３１２.６１６.４６６.８０８.７６９.２３８.３２９.７８１.６３０.１９８０.１５００.３９６Ｔ１/Ｔ２ɤｅｆ１αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２α符合符合符合符合２㊀曳引机机座的仿真计算分析２.１㊀三维建模利用三维建模软件ꎬ通过拉伸㊁旋转㊁切除㊁镜像㊁筋㊁阵列等操作ꎬ完成曳引机机座的三维模型.㊀１.２节中计算出的３０ｋＮ曳引力作用在曳引轮上ꎬ通过主轴㊁轴承传递到曳引机机座ꎬ通过力学平衡方程ꎬ得到作用于机座处的受力大小分别为４０.９１ｋＮ㊁１０.９１ｋＮ.９６㊀第５期曹鹏瑶ꎬ等:电梯曳引机机座结构的优化设计２.２㊀仿真计算分析曳引机机座材料为球墨铸铁ＱＴ４５０１０ꎬ其力学性能参数(见表２).在仿真软件中添加材料性能参数㊁网格划分和载荷施加ꎬ得到曳引机机座的变形图和应力图(见图２ ３).表２㊀材料力学性能材料弹性模量Ｅ/ＧＰａ密度ρ/(ｋｇ/ｍ３)泊松比μ屈服强度σｓ/ＭＰａＱＴ４５０－１０１６０７.０６１０３０.２５７３１０㊀㊀图２㊀曳引机机座的变形图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀曳引机机座的应力图㊀㊀由图２知ꎬ曳引机机座最大变形为０.３８ｍｍꎬ在允许变形１ｍｍ范围内ꎬ满足刚度条件.曳引机机座为ＱＴ４５０１０ꎬ其许用应力为:[σ]＝σｓｓ＝８８.６０ＭＰａ式中:σｓ 屈服强度ꎬＭＰａꎻｓ 安全系数ꎬ取３.５.由图３知ꎬ曳引机机座最大应力σ为１２８.１７ＭＰａꎬ超出材料的许用应力ꎬ因此曳引机机座不满足强度条件ꎬ需对机座进行结构优化.３㊀曳引机机座的优化３.１㊀优化设计方案由图２分析知ꎬ曳引机机座最大应力在两侧筋处ꎬ筋处的应力分布(见图４).图４㊀机座筋处的应力图㊀㊀分析图４知ꎬ由于筋上㊁下表面与外表面不共面ꎬ且有一定距离ꎬ所以在筋处出现应力集中ꎬ应力值达到最大ꎬ最大值为１２８.１７ＭＰａ.原设计方案下ꎬ筋厚度为２０ｍｍꎬ位于机座支撑板前侧.因此ꎬ优化方案拟从加厚筋的厚度㊁筋与外表面共面和移动筋的位置等方面着手进行优化.３.２㊀优化方案比较分析３.２.１㊀筋加厚方案原设计方案中筋厚度为２０ｍｍꎬ拟考虑将筋加厚ꎬ使筋厚度分别为２５ｍｍ㊁３０ｍｍ㊁４０ｍｍ和５０ｍｍ.通过仿真计算ꎬ计算得到该４种方案下曳引机机座的应力(见图５)ꎬ其最大应力值和最大变形(见表３).０７浙江水利水电学院学报第３０卷图５㊀筋加厚方案下筋处的应力图表３㊀筋加厚方案筋厚度/ｍｍ最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件２５１２０.４２０.４０４８２不符合符合３０１１８.９８０.３９６０８不符合符合４０１１６.０１０.３８１５４不符合符合５０１１５.４１０.３１３３７不符合符合由表３可知ꎬ采用筋加厚方案ꎬ可以减小曳引机机座的最大应力值ꎬ但是其最大应力值仍超过材料的许用应力.且随着筋的厚度增加ꎬ最大应力值下降并不明显ꎬ因此筋加厚方案不予采用.３.２.２㊀筋与外表面共面方案由图４知ꎬ曳引机机座应力最大位于筋的上表面ꎬ该表面存在应力集中.因此ꎬ拟考虑将筋与外表面共面作为优化思路ꎬ通过仿真计算得到该方案下曳引机机座的应力(见图６).图６㊀筋与外表面共面筋时的应力图(筋厚２０ｍｍ)㊀㊀由图６知ꎬ筋与外表面共面下ꎬ此时曳引机机座的最大应力值为１０４.８７ＭＰａꎬ与原设计方案相比ꎬ最大应力值已减小ꎬ但仍超过材料的许用应力.因此ꎬ在筋与外表面共面的基础上ꎬ将筋厚度分别设计为３０ｍｍ和４０ｍｍꎬ得到最大应力和最大变形(见表４).１７㊀第５期曹鹏瑶ꎬ等:电梯曳引机机座结构的优化设计表４㊀筋与外表面共面方案方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件共面且筋厚２０ｍｍ１０４.８７０.４０６２９不符合符合共面且筋厚３０ｍｍ８３.４００.３１５０７符合符合共面且筋厚４０ｍｍ１０１.２００.３７３４４不符合符合由表４知ꎬ当筋与外表面且筋厚度为３０ｍｍ时ꎬ最大应力值为８３.４ＭＰａꎬ满足其强度条件.３.２.３㊀筋位于支撑板中间方案由图４知ꎬ原设计方案中筋位于支撑板前侧ꎬ前侧支承板的应力值大于筋后侧支承板的应力值.因此ꎬ重新设计筋位置ꎬ使筋位于支撑板中间.此外ꎬ结合３.２.２优化方案ꎬ在此方案基础上ꎬ考虑增加方案ꎬ使筋与外表面共面.仿真计算上述两种方案ꎬ得到最大应力值和最大变形(见表５).表５㊀筋位于支撑板中间方案(筋厚２０ｍｍ)方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件筋位于支撑板中间８７.６００.４４９１符合符合筋位于支撑板中间ꎬ外表面共面８４.３３０.４１９９符合符合３.３㊀最优方案综合上述所有方案ꎬ满足强度和刚度条件的方案(见表６).表６㊀符合条件的方案方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件筋与机座外表面共面且筋厚３０ｍｍ８３.４００.３１５０７符合符合筋位于支撑板中间筋厚２０ｍｍ８７.６００.４４９１符合符合筋位于支撑板中间ꎬ与外表面共面ꎬ筋厚２０ｍｍ８４.３３０.４１９９符合符合对比上述符合条件的方案ꎬ从节约材料㊁减小应力集中等方面综合考虑ꎬ最终选择第三种方案ꎬ即筋位于支撑板中间ꎬ与外表面共面且筋厚２０ｍｍꎬ其优化方案的曳引机机座三维模型(见图７).图７㊀曳引机机座优化方案４㊀总㊀结曳引机机座的设计直接影响曳引机的工作性能.在额定工况下ꎬ曳引机机座的最大应力出现在筋处.由于该处筋设计时ꎬ筋位于机座支撑板前侧ꎬ且上㊁下表面均与外表面有一定距离ꎬ导致出现应力集中ꎬ不满足强度条件.因此ꎬ对筋处结构进行优化ꎬ通过对优化方案进行仿真分析ꎬ发现将筋上㊁下表面与外表面共面且移至机座中间是最优方案ꎬ且满足刚度㊁强度条件.参考文献:[１]㊀聂英选ꎬ段忠清.物业设施设备管理[Ｍ].武汉:武汉理工大学出版社ꎬ２０１０.[２]㊀«电梯安装维修工快速入门»编委会.电梯安装维修工快速入门[Ｍ].北京:北京理工大学出版社ꎬ２０１１.[３]㊀周㊀卫.永磁同步无齿轮曳引机测试系统的设计[Ｄ].南京:东南大学ꎬ２０１４.[４]㊀郑飞航ꎬ王志刚.曳引电梯机械结构设计[Ｊ].建筑工程技术与设计杂志社ꎬ２０１７ꎬ８(３):１.[５]㊀陈晓燕.电梯控制与拖动技术及其发展趋势[Ｊ].机械研究与应用ꎬ２０１１(４):１２－１５.[６]㊀段晨东ꎬ张彦宁.电梯控制技术[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２０１４.[７]㊀刘㊀勇ꎬ于㊀磊.电梯技术[Ｍ].北京:北京理工大学出版社ꎬ２０１６.[８]㊀中国标准化委员会.ＧＢ７５８８ ２００３(２０１５)电梯制造与安装安全规范[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０１６.２７浙江水利水电学院学报第３０卷。
电梯曳引机主轴系统的设计分析与优化发表时间：2017-11-10T14:25:04.133Z 来源：《防护工程》2017年第13期作者：梁志雄[导读] 本文以某型号的电梯曳引机主轴系统为例，对其主轴系统的设计进行分析，并提供相应的优化方案。
广东高菱电梯有限公司摘要：电梯曳引机做为整个电梯的动力设备，其性能直接影响着电梯的安全等级和电梯的舒适度，甚至直接影响着搭乘电梯的乘客的生命安全。
而电梯曳引机的主轴系统又是曳引机的核心组成部分之一，直接决定者电梯曳引机承载的优劣程度。
本文以某型号的电梯曳引机主轴系统为例，对其主轴系统的设计进行分析，并提供相应的优化方案，期望能在节约成本的同时优化电梯曳引机主轴系统的性能，并且为相关研究提供一定的借鉴。
关键词：电梯曳引机；主轴系统；设计分析；优化Design, analysis and optimization of main shaft system of elevator tractorLiang ZhixiongGuangdong High Lift Elevator Co., Ltd.Abstract: Elevator traction machine as the whole elevator power equipment, Its performance directly affects the elevator safety level and elevator comfort, Even directly affect the lives of passengers taking the elevator. And the main shaft system of elevator tractor is one of the core components of the tractor, Directly determine the quality of the elevator traction machine. In this paper, the elevator spindle system of a certain type of elevator is taken as an example, The design of the spindle system is analyzed, And provide the corresponding optimization scheme, It is expected to optimize the performance of the main shaft system of the elevator tractor while saving the cost, And provide some reference for related research.Keywords: Traction machine; Spindle system; Design analysis；Optimization前言随着经济快速发展，带动城市建设高速推进，电梯的数量正在快速地增加，覆盖面迅速扩大。
目前，电梯已经成为人们日常生产生活中必不可少的交通工具。
然而随着电梯保有量的持续快速增长，电梯发生事故的频率也越来越高，电梯关人、故障停梯、运行不正常等事例不断增多，甚至损害到乘客生命安全的恶性事故也时有发生，电梯的安全与质量越来越受到人们的关注。
电梯故障多数因为电梯控制系统或者机械零件的某部分元器件工作异常，导致电梯不能正常运行，影响乘坐的舒适程度甚至产生严重的安全隐患，造成设备故障和对乘客的人生安全威胁。
而电梯曳引机是整个电梯运行的动力系统，曳引机主轴系统又是电梯曳引机的核心部件，一旦出现问题，例如发生断裂或者是轴承部位的损坏，就会使整个电梯曳引机发生故障，导致十分严重的安全事故甚至人员伤亡。
同时由于电梯建设的数量增长速度加快，有些不法企业为了获取利益，降低成本，利欲熏心，在建设电梯时只是一味的考虑如何节省成本，忽略电梯建设的安全因素，这就导致电梯的质量安全得不到保障，严重影响着人们的人身财产安全。
因此，在实际工作当中，对电梯曳引机主轴系统要进行分析，采取科学合理有效的优化解决方案，在保证电梯曳引机乃至整个电梯建设的安全前提下，有效降低成本，是当前电梯设计和建设关注的重点。
一、电梯曳引机主轴系统设计分析（一）电梯曳引机及其工作原理电梯曳引机又被叫做电梯主机，作为电梯的动力系统，电梯曳引机的作用是传送运输动力从而使电梯上下运行。
电梯曳引机由电动机、制动器、曳引轮、联轴器、减速器等部分组成，根据其减速器的减速方式不同，分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机两种类型[1]。
电梯曳引机的安装地点一般都在电梯机房。
钢丝绳经过曳引轮连接轿厢和对重，轿厢和对重的重力会使钢丝绳压紧曳引轮的内槽不会滑出，同时产生摩擦力来驱动曳引轮在电动机的动力下转动，带动钢丝绳来使得轿厢和对重两部分做相对运动。
当电梯运行时，轿厢会沿着井道里面的内置轨道上升（或下降），而对重部分就会沿着井道下降（或上升）[2]。
（见图1）如图2，其中A点为前轴承的支撑点；B点为后轴承的支撑点；C点为曳引轮的中点；D点为转子的的中点。
A点的轴径Da为75 mm，D 点的轴径Dd为70mm，制动花键部分最小直径dmin为44.3 mm，主轴的材质选择40 Cr。
曳引轮处受力F为2200 kg，A支点到D点距离L1为168mm，D点到B支点的距离L2为184 mm，曳引轮中点到A支点距离L3为59 mm，支点A的的作用力RA为2489.34 N，支点B的作用力RB为419.34 N，主轴运行状态时的转矩为250 N·m，制动状态时的转矩为660 N·m，A 点的弯矩为1697.64 N·m，D点的弯矩为763.05 N·m，B点的弯矩为0。
A点运行状态时的弯扭组合力矩为1690.19 N·m，制动状态时的转矩为1648.44 N·m，D点运行状态时的弯扭组合力矩为750.36 N·m，制动状态时的转矩为966.33 N·m。
A点抗弯截面模量为52200 mm3，D点的抗弯截面模量为46387.5 mm3，花键部分抗扭截面模量为19790.57mm3，A点的弯曲应力为30.71 MPa（制动状态），D点的弯曲应力为22.81 MPa（制动状态），花键部分的抗扭应力τ为30.74 MPa（制动状态），材料的许用弯曲极限［σ］为65MPa，材料的许用扭转极限［τ］为35 MPa。
过上述的计算可以得知主轴的强度是满足要求的。
C点的轴径DC为79 mm，D点的轴径Dd为75 mm，C点的惯性矩Ic为1 911 957.59 mm4，D点的惯性矩Id为1 659.52mm，材料的弹性模量E为206 000 MPa。
C点的挠度为-0.0374 mm方向向下，D点的挠度为0.0475 mm（方向朝下）。
许用挠度应不大于电机气隙的0.1倍，即0.1 mm。
通过上述的计算可以得知主轴的刚度是满足要求的。
当仅弯矩作用时，A点与D点的弯曲疲劳极限为300；A点与D点的弯矩分别为1367.64 MPa和715.05 MPa；A点与D点的抗弯截面模量分别为512400 mm3和427887.5 mm3；A点与D点的弯曲应力分别为28.06 MPa和16.65 MPa；A点与D点的平均应力为0；因而A点与D点仅考虑弯曲时的安全系数分别为11.23和28.49。
当仅扭转作用时，A点与D点的弯曲疲劳极限为250；A点与D点的弯矩分别为1587.64 MPa和763.05 MPa；A点与D点的抗弯截面模量分别为51 300 mm3和45 15.5 mm3；A点与D点的弯曲应力分别为28.06 MPa和17.95 MPa；A点与D点的平均应力为0；因而A点与D点仅考虑弯曲时的安全系数分别为11.43和32.49。
A点与D点的弯矩为600 MPa；A点与D点的抗扭截面模量分别为113400 mm3和85635 mm3；A点与D点的扭转应力分别为6.87MPa和7.63MPa；A点与D点的平均应力为0；因而A点与D点仅考虑扭转时的安全系数分别为13.85和12.69。
通过上面的计算得知，A点与D点的疲劳安全系数分别为8.96与11.77，其数值远大于1，故主轴的疲劳强度满足要求。
二、电梯曳引机主轴系统优化电梯的主轴系统在电梯运行时，承载情况和承载负荷十分复杂，因此在实际设计时，缺乏同一有效的标准来衡量主轴结构计算的可靠程度[3]。
因此本文结合本人多年实际工作经验，对电梯运行情况分为空载上行、空载下行、满载上行和满载下行四种情况。
众所周知，当电梯处于满载上行时，其主轴系统负荷最大，经计算此时受力为22561.35N。
对电梯主轴系统的优化为：将主轴的直径从80mm减少到74mm，优化后的主轴最大等效应力为58.631MPa，小于材料的许用应力169MPa，因此优化后的电梯曳引机主轴系统符合要求。
优化后的主轴系统最大位移为0.0136428mm，小于电机气隙的0.1倍，符合刚度满足设计要求。
此外，在满足强度刚度疲劳度的要求下，单根主轴节省1.45kg，节省成本15.92元。
三、结语电梯系统是一个十分复杂的交通机电系统，对电梯的曳引机这个电梯系统的核心，进行不断地优化主轴系统的设计，不仅能节约成本，提高企业经济效益，还能优化电梯的质量安全性能，提高社会效益。
参考文献：[1] 王洪如.电梯曳引机主轴断裂原因分析[J].起重运输机械,2013,(3):104-107.[2] 周健.电梯曳引机主轴系统结构动态分析与优化设计[D].东南大学,2014.[3] 唐文斌.浅析曳引式电梯平衡系数[J].中国特种设备安全,2016,32(6):71-73.。
