姚勝昶

(蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215200)

可拆裝專業(yè)模型電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

姚勝昶

(蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215200)

隨著新建建筑物的高度越來越高,電梯的使用也越來越普遍,對從事電梯機(jī)構(gòu)設(shè)計、養(yǎng)護(hù)維護(hù)、銷售安裝等人員需求量也是越來越大.我國很多的大中專院校已經(jīng)廣泛開設(shè)了電梯專業(yè),每年都為社會輸送大批的電梯專業(yè)人才,現(xiàn)有的電梯教學(xué)模式已經(jīng)無法跟上時代的發(fā)展.本文探討一種新型三層電梯專業(yè)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,它采用可拆裝式的機(jī)械結(jié)構(gòu),主要包括井道機(jī)架、導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)、拖拽系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、電梯門系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)等,它可以仿真出電梯的所有實際功能,為了安裝方便廣泛采用螺栓連接方式,可以在教學(xué)過程中隨意進(jìn)行拆裝.經(jīng)過實際應(yīng)用測試和教學(xué)應(yīng)用測試,該電梯能達(dá)到非常好的工作狀態(tài),且可以非常方便的用于教學(xué)目的,明顯提升了電梯專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量.

模型電梯;機(jī)械結(jié)構(gòu);電梯行業(yè)

隨著城市當(dāng)中的新建建筑越建越高,電梯的應(yīng)用也是越來越普遍,對電梯專業(yè)人才的需求量也是越來越大.我國很多大中專院校已經(jīng)廣泛開展了電梯相關(guān)專業(yè)課程,但因為該專業(yè)的開設(shè)時間相對較短,教學(xué)過程中還存在很大的不足,學(xué)生往往可以掌握比較扎實的理論知識,但動手實踐能力普遍偏差,這主要是由于目前學(xué)校采用的電梯教學(xué)模型落后或者缺失所致,學(xué)生缺乏對電梯結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識,又缺乏真正動手實習(xí)的機(jī)會.為了全面的解決這個問題,研究可拆裝式的電梯模型已經(jīng)成為了提升電梯專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急.由于電梯屬于一種特種設(shè)備,危險因素很多,這都為用于教學(xué)的電梯模型的設(shè)計帶來了非常大的挑戰(zhàn),因此安全設(shè)計是電梯模型設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié).本文對電梯模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究,希望對設(shè)計出實用、可靠、安全的模型電梯能起到幫助作用.

該電梯模型可以用于教學(xué)需要,可以配合大中專院校的電梯專業(yè)完成相關(guān)課程的實訓(xùn)要求,在學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實訓(xùn)時,它主要可以起到下面的幾個作用.

(1)通過對電梯各部分結(jié)構(gòu)的觀察,掌握電梯的基本組成.

(2)可以實際動手完成對電梯結(jié)構(gòu)的拆裝,提高學(xué)生的動手能力.

(3)學(xué)生可以親自動手編寫電梯運行程序,并實際下載到電梯中進(jìn)行測試,大大提高電梯控制專業(yè)學(xué)生的動手能力.

(4)模擬各種電梯運行當(dāng)中的故障,并讓學(xué)生實際動手去解決,培養(yǎng)學(xué)生動手排除故障的能力.

(5)對電梯電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行裝配測試,培養(yǎng)電氣專業(yè)學(xué)生的實際動手能力.

(6)對電梯整機(jī)進(jìn)行調(diào)試,進(jìn)一步提高學(xué)生對電梯的認(rèn)識.

1 電梯模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

在進(jìn)行電梯模型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)該參照真實電梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,其應(yīng)該具備實際電梯的所有功能,同時應(yīng)該能夠適應(yīng)教學(xué)需要,使用可拆裝結(jié)構(gòu),便于學(xué)生觀察電梯結(jié)構(gòu)組成,便于他們實際動手進(jìn)行拆裝,同時應(yīng)該保證整個教學(xué)過程的安全性,不會給學(xué)生的生命安全帶來隱患,它應(yīng)該具備如下幾個特點.

(1)它應(yīng)該能仿真出真實電梯的所有系統(tǒng)功能,應(yīng)該包括轎廂拖拽系統(tǒng)、轎廂導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂乘坐和控制系統(tǒng)、電梯門開關(guān)系統(tǒng)、轎廂重量抵消系統(tǒng)和電梯安全保障系統(tǒng).

(2)采用的電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)要與真實電梯所類似,具有和真實電梯相同的機(jī)械運動原理和電梯控制原理,便于學(xué)生掌握真實的電梯運動和控制原理,且電梯的運動控制參數(shù)要與真實電梯相仿,避免實踐與現(xiàn)實脫節(jié)的情況產(chǎn)生.

(3)電梯模型在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)該采用便于拆裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計,且在多次拆裝的情況下能夠保證整個電梯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,不會出現(xiàn)運行過程中的晃動現(xiàn)象.在進(jìn)行電梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計中應(yīng)該大量采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu),便于學(xué)生進(jìn)行拆裝,同時增加了拆裝過程當(dāng)中的安全性.對于模型電梯中的易損部位,應(yīng)該采用便于維修、更換的設(shè)計,且應(yīng)該將其設(shè)計成通用零部件,便于零部件發(fā)生問題后能夠及時購買、更換.在對可拆裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,要將實際拆裝過程當(dāng)中的安全性作為第一考慮要素.

(4)要保證設(shè)計出來的電梯可以真正穩(wěn)定、可靠運行,具有比較低的能耗,能便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn),能便于對運動控制參數(shù)進(jìn)行改進(jìn),具有控制程序下載功能,便于電梯控制類專業(yè)的學(xué)生實際進(jìn)行上機(jī)測試.

該電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)該參照真實電梯進(jìn)行設(shè)計.

1.1 井道機(jī)架

模型電梯井道機(jī)架主要是為了模擬真實電梯環(huán)境中的井道,它對整個電梯結(jié)構(gòu)起框架作用,是整個電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),它要有足夠的強(qiáng)度,能夠?qū)φ麄€電梯系統(tǒng)起到支撐作用,不會發(fā)生運行過程中的垮塌現(xiàn)象,同時它應(yīng)該具備有較好的剛度,使模型電梯在運行過程中可以保持穩(wěn)定.我們推薦模型電梯采用三層結(jié)構(gòu),且應(yīng)該用型號合適的方鋼焊接而成,并在方剛上根據(jù)結(jié)構(gòu)需要開孔,以備連接其他電梯結(jié)構(gòu)需要.我們在此次的研究中采用的是900mmX1100mm的井道尺寸,三層架構(gòu)的底層高度設(shè)計為1100mm,中層設(shè)計為800mm,頂層高度設(shè)計為1500mm,整個結(jié)構(gòu)采用普通高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接,非常方便對其進(jìn)行拆裝和轉(zhuǎn)移,且對結(jié)構(gòu)零件的棱角處安排了打磨工序,避免了拆裝過程中對人員造成劃傷,具有較高的安全性.

1.2 電梯運行導(dǎo)向系統(tǒng)

電梯運行導(dǎo)向系統(tǒng)主要是對轎廂和配重的活動自動度進(jìn)行限定,使轎廂和配種只能沿著導(dǎo)軌上下進(jìn)行運動,使兩者在井道機(jī)架中平穩(wěn)運行,不會出現(xiàn)晃動和震動現(xiàn)象,同時保障轎廂和配種上下運動彼此分離,不會發(fā)生碰撞現(xiàn)象,還要保證轎廂與導(dǎo)軌接觸的運動光滑性,避免磨損的發(fā)生,可以采用輪式接觸導(dǎo)軌,來避免此類問題.模型電梯運動導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌安裝支架、導(dǎo)軌、導(dǎo)靴等機(jī)構(gòu)組成.導(dǎo)軌支架應(yīng)該穩(wěn)定固定在井道機(jī)架上,導(dǎo)軌、導(dǎo)靴安裝在導(dǎo)軌支架上.導(dǎo)軌、導(dǎo)靴要保證表面的光滑,各導(dǎo)軌銜接要平順,還要保證整個導(dǎo)軌的直線度和上下垂直度,最大程度的保障電梯運行過程中的穩(wěn)定性.其中導(dǎo)軌支架應(yīng)該設(shè)計成浮動調(diào)整型,可以很方便的對安裝精度進(jìn)行調(diào)整,適應(yīng)可拆裝的需要.為了進(jìn)一步減輕模型電梯的重量,我們可以在導(dǎo)軌、導(dǎo)靴結(jié)構(gòu)上采用塑料材質(zhì),它具有密度小的特點,且能有效降低導(dǎo)軌摩擦力,還具有造價低廉的優(yōu)勢.

1.3 轎廂拖拽系統(tǒng)

轎廂拖拽系統(tǒng)的主要任務(wù)是為轎廂的上下運動傳遞所需的動力,是電梯產(chǎn)生運動的基礎(chǔ),同時又是模型電梯設(shè)計過程中的重點和難點.模型電梯的轎廂拖拽系統(tǒng)是由拖拽電機(jī)、牽引鋼絲繩、配重、滑輪組、繩頭固定裝置等組成.我們選用的拖拽電機(jī)為交流異步電機(jī),型號位YJ120,額定功率為10kW,在變頻器的控制下可以實現(xiàn)變頻調(diào)速.我們選用的拖拽用鋼絲繩為電梯專用鋼絲繩,可以承受的額定負(fù)載為300kg,在正常情況下可以連續(xù)使用5年不用進(jìn)行更換,具有較高的安全可靠性,其型號為8X19S+FC-8mm.配重由多塊方形鐵塊拼裝而成,可以方便的進(jìn)行拼裝和拆散,配重的重量根據(jù)如下公式計算得出:

式中:P為配重的重量,G為轎廂的重量,Q為額定負(fù)載的大小.

滑輪組由鑄鐵整體鑄造而成,且采用輪輻式的結(jié)構(gòu),大大減輕了重量,方便進(jìn)行搬運、拆裝.滑輪組兩頭固定在滑動軸承上,能大大減小滑輪滾動帶來的摩擦.因為行星輪變速箱具有承受負(fù)載高、減速比高的特點,且在同樣減速比的情況下具有較小的重量,因此我們選用行星輪變速箱作為電機(jī)和滑輪之間的傳動環(huán)節(jié),非常適合模型電梯對便于拆裝的需要.為了提高模型電梯的安全性,我們采用了雙抱閘結(jié)構(gòu),它給電梯裝上了雙保險,當(dāng)一個抱閘失效時,電梯可以依靠另一個抱閘進(jìn)行工作,大大降低了電梯墜落產(chǎn)生的可能性.

1.4 轎廂系統(tǒng)

轎廂由轎廂框架、轎廂底部、轎廂四壁、轎廂頂部組成.轎廂架是轎廂的整體框架,由上梁、下梁、四條立柱、加強(qiáng)鋼條組成,它對整個轎廂起支撐作用,并在其上配有懸吊裝置.在轎廂上下梁上固定有導(dǎo)靴,導(dǎo)靴和導(dǎo)軌緊密貼合,保證轎廂上下運動的平穩(wěn)性,并限制轎廂總是沿著電梯導(dǎo)軌上下運動.在導(dǎo)靴的旁邊配有安全鉗,當(dāng)電梯出現(xiàn)墜落情況時,能有效降低轎廂的滑落速度,避免造成電梯安全事故.在轎廂的頂部配備有拖拽繩吊板,主要用作固定拖拽繩之用,應(yīng)保證其與整個轎廂可靠連接,并將拖拽繩連接緊固在其上.轎廂四壁是由厚度為2mm的鋼板拼接而成.其中轎底是一塊700mmX600mm的鋼板,轎頂是一塊690mmX600mm的鋼板,轎廂周圍是由幾塊鋼板拼裝而成(圖1).

圖1

1.5 電梯門系統(tǒng)

電梯門系統(tǒng)是由層門、轎廂門、門開關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成,層門和轎門由電梯門、電梯門滑動導(dǎo)軌、滑塊、門框等結(jié)構(gòu)組成.門是由厚度為2mm的鋼板焊接拼裝而成,為了使門具有比較高的強(qiáng)度,我們在門上焊上了數(shù)根加強(qiáng)條,且為了降低門開關(guān)過程中帶來的噪音,我們在其后部貼覆了大量隔音棉.層門和轎門我們選用的尺寸為800mmX2000mm,為了增加門移動過程當(dāng)中的平順性,我們采用了導(dǎo)軌輪滑結(jié)構(gòu),使整個電梯門開關(guān)過程動作十分流暢.導(dǎo)軌采用塑料材質(zhì),有效降低了門結(jié)構(gòu)的重量,導(dǎo)向輪也同樣采用塑料材質(zhì),且在其中心配有滾動軸承.我們使用直流電機(jī)對門進(jìn)行牽引,整個門牽引系統(tǒng)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),能有效避免整個電梯門系統(tǒng)卡死現(xiàn)象.我們在電梯門上還安裝有光幕感知系統(tǒng),能對兩門之間的障礙物自動進(jìn)行感知,當(dāng)檢測到有障礙物時整個門系統(tǒng)停止關(guān)閉動作,至障礙物消失時才會進(jìn)行關(guān)門動作,有效避免了對人員的夾傷事故.

1.6 電梯的安全保護(hù)系統(tǒng)

模型電梯的主要安全保護(hù)裝置有轎廂限速器、安全鉗、轎廂限位保護(hù)裝置、層門鎖、轎頂逃生窗等.限速保護(hù)裝置是當(dāng)傳感器檢測到轎廂運動速度過快時啟動安全鉗,增加轎廂運動的阻力,有效降低轎廂的運動速度,防止轎廂運動過快所產(chǎn)生的安全事故.緩沖裝置安裝在轎廂的頂部和底部,主要在轎廂發(fā)生碰撞時起到緩沖作用,有液壓式和彈簧式,因為液壓式有體積質(zhì)量小、緩沖作用大的特點,我們在設(shè)計中采用了液壓式.轎廂限位開關(guān)安裝在轎廂兩端,當(dāng)轎廂運動超過正常行程后,就會觸發(fā)限位開關(guān),強(qiáng)制切斷拖拽電機(jī)的電源,并啟動安全鉗,使轎廂以最快速度停下來,避免轎廂運動超行程帶來安全事故.我們還在轎廂的頂部設(shè)計有安全逃生窗,可以方便教學(xué)過程中開展電梯緊急逃生演練工作.安全系統(tǒng)所采用的裝置都是一些標(biāo)準(zhǔn)電梯備件,非常易于購買和進(jìn)行更換.

2 樣機(jī)測試

在我們加工好模型電梯的各部件并裝配完成后,我們就進(jìn)行了對樣機(jī)的可行性、可靠性、抗疲勞性測試,并進(jìn)行了多次拆裝實驗.我們使用計算機(jī)控制方式,模擬電梯真實使用情況,讓電梯自動往返上千次.實驗過程中電梯平穩(wěn)運行,沒有出現(xiàn)什么特殊狀況,整個拖拽系統(tǒng)能夠非常好的完成對轎廂的拖拽,起、停過程安全、可靠、定位準(zhǔn)確,且轎廂在運動過程中,運動十分平穩(wěn),沒有出現(xiàn)晃動和震動.我們還對模型電梯進(jìn)行十多次的拆裝實驗,在模型電梯進(jìn)行了多次拆裝后,依然可以穩(wěn)定工作,整個電梯結(jié)構(gòu)并沒有出現(xiàn)松散、安裝精度降低等情況,且各零件的疲勞性也沒有出現(xiàn)明顯的降低.我們還模擬真實環(huán)境對模型電梯的安全系統(tǒng)進(jìn)行了測試,我們用模擬障礙物法對模型電梯門的防夾系統(tǒng)進(jìn)行了上萬次測試,結(jié)果表明整個系統(tǒng)工作十分可靠,測試過程中沒有發(fā)生過電梯門夾持現(xiàn)象.我們還采用突然斷電法對電梯的減速系統(tǒng)進(jìn)行測試,結(jié)果表明在電梯系統(tǒng)斷電后,安全鉗就會立即啟動,讓電梯安全、可靠的停止下來.

從整個測試過程中我們可以得出整個模型電梯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,轎廂上下運動平穩(wěn)、可靠,和真實電梯十分相像,且因為大量采用了框架結(jié)構(gòu),非常適合在教學(xué)中使用.我們還對電梯的可拆裝功能進(jìn)行了實際驗證,結(jié)果表明模型電梯非常便于拆裝,且多次拆裝后并沒有對電梯的實際運行產(chǎn)生非常大的影響.我們還對電梯的安全系統(tǒng)進(jìn)行了測試,表明該模型電梯的安全性完全有保證,能夠在教學(xué)活動中保證教學(xué)人員和學(xué)員的人身安全.

3 結(jié)語

隨著電梯使用越來越普遍,對從事電梯設(shè)計和維護(hù)人員的需求量也在日益增多,一些大中專院校開設(shè)了電梯專業(yè).電梯專業(yè)是一門實踐要求比較高的專業(yè),電梯模型的出現(xiàn),能很好提高該專業(yè)學(xué)生的動手實踐能力,使其走向工作崗位后,能更快適應(yīng)工作需要.

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TU857

A

1671-0711(2017)11(下)-0147-03

江蘇省高等職業(yè)教育產(chǎn)教深度融合實訓(xùn)平臺項目-quot;智能電梯制造與維護(hù)實訓(xùn)平臺quot;階段性研究成果.