电梯曳引系统的分析与设计研究

2022-09-13

电梯是一种重要的垂直方向上的交通工具, 尤其是在高层建筑和公共场所不可或缺, 而曳引系统则是驱动电梯运行的核心部件。蓬勃发展的房地产业给电梯曳引系统行业提供了广阔的应用市场。

一、电梯曳引系统的部分差异化分析

电梯曳引方式的设计是整个电梯曳引系统中非常重要的组成部分。不同的建筑物在选择电梯方式时往往不同, 其主要差异化表现在电梯的曳引机安放位置、曳引比及曳引绳缠绕方式三个方面。

1.1曳引机安放位置的差异化。可以在井道的上方以及下方放置曳引机, 而曳引形式主要能够分为两种:上置式传动以及下置式传动。上置式传动的主要优点在于大量节省井道建筑面积, 在相对较小的面积下可以正常安装运行;对建筑物施加较小的载荷量。因此, 目前电梯曳引机大部分使用这种安置方式。由于下置式传动对建筑物施加的载荷量较大, 并且对井道的建筑面积要求也高, 因此, 其一般用于船舶电梯。

1.2电梯曳引机用钢丝绳的差异化。因为电梯使用的钢丝绳的频率是比较高的, 而在实际的运行过程中, 其使用的环境也比较恶劣, 很容易出现问题, 所以为了保障电梯的安全, 就需要使用特级的钢丝。电梯用钢丝绳按照股和丝不同的制作方式其实际应用的场合也是不一样的。一般情况下如果钢丝运用的场合是需要两端固定的, 那么钢丝的就需要使用捻绳, 因为捻绳的耐磨性相对来讲是比较好的, 但是捻绳也存在一定的缺陷, 例如比较容易打结或者松散等。交互捻绳一般应用与电梯的悬挂式, 最常用的是右交互捻。因为天然纤维芯具有比较良好的挠性, 因此, 一般采用天然纤维芯作为电梯用钢丝绳绳芯。

1.3曳引比及曳引绳缠绕方式的差异化。电梯曳引钢丝绳的绕绳方式主要取决于曳引条件, 包括额定载重量和额定速度等因素。不同绕法也可看成是不同传动方式, 它们的曳引比不同。钢丝绳在曳引轮上绕的次数可分单绕和复绕, 单绕时钢丝绳在曳引轮上只绕过一次 (1:1绕法) , 其包角小于或等于180°, 而复绕时钢丝绳在曳引轮上绕过二次 (2:1绕法) , 其包角大于180°。1:1绕法, 在实际的操作过程中其轿厢和钢丝绳的速度一般保持一致, 而此时钢丝绳受力的大小一般就是悬挂物重量。而2:1绕法, 在实际的操作过程中轿厢是钢丝绳速度的二分之一, 而此时钢丝绳受力的大小一般就是悬挂物重量的二分之一。本文以客梯作为研究对象, 研究对象为1∶1绕法, 其曳引比i12=1, 曳引轮的运动状态同轿厢的运动状态相同, 曳引轮上钢丝所承受到的拉力与轿厢的重量相等。

二、曳引轮的设计

曳引机在设计的过程中需要考虑很多方面的内容, 主要包括:曳引轮的制作材料、曳引轮和导向轮的实际位置关系以及曳引轮相关的参数的确定等。

2.1曳引轮材料的选取。由于电梯轿厢的上升和下降的动力来源为曳引轮与钢丝绳之间的静摩擦, 因此, 它们之间的静摩擦力越大其有效载荷越大。为了获得更大的摩擦力, 对钢丝绳材料与曳引轮材料之间的摩擦系数f要求越来越高。除摩擦力外, 同样受人们重视的是曳引轮的使用寿命, 因此曳引轮的材料还应具备良好的耐磨与减磨性能。近几年, 由于相关技术条件的不断提高, 球墨铸铁由于本身所具有的特征而已经得到了比较广泛的应用, 比如球墨铸铁的强度是比较好的, 另一方面其耐磨性以及韧性已经满足了制造者的相关要求, 而曳引轮的设计工艺已经达到了一定的标准, 其实际的力学性能已经能够满足相关的要求, 同时其实际的制造成本也得到了足够的控制。虽然相对于球墨铸铁材料来说, 高强度的铜铬铸铁的相关性能更加适合于曳引轮的制造, 但由于其性价比较低, 目前电梯曳引机用曳引轮广泛采用球墨铸铁制造。

2.2曳引轮的结构参数设计。曳引轮在设计的过程中, 必不可少的需要对相关的参数进行设计, 而在此过程中主要需要考虑的两大方面的内容:曳引轮节圆直径设计和曳引轮绳槽结构参数。根据规定, 曳引轮的的直径需要大于钢丝绳直径的40倍, 在实际使用时, 取值通常在45-55之间, 在必要时取值大于60倍。通常选择适当大的曳引轮来减小曳引机体积和减速器减速比的增大。曳引轮直径会对轿厢的运行速度产生影响, 设电动机的输入转矩为T1, 蜗轮上的输出转矩为T2 (圆周力为F2) , 曳引轮上承受的曳引转矩为T2′ (曳引轮两侧曳引绳之间的拉力差为G) 。则:根据曳引轮力矩平衡则:即:假如曳引轮两侧的压力差G是已知量, 蜗轮上的输出转矩会产生的一定的变化, 具有的变化情况会随着D的变大而增加, 此时选择功率较大的电动机, 因为曳引轮的直径在不断变大的过程中, 其实际的制造的难度也在不断的增大, 进而使得实际制造出来的曳引轮的质量受到一定程度的影响, 也会使得制造成本变高。但是如果曳引轮的直径相对比较小的情况下就会使得钢丝绳的弯曲程度变大, 很容易造成钢丝绳出现疲劳的现象, 降低了钢丝绳使用寿命, 加大了钢丝绳损耗速度。

在进行电梯曳引绳设计时, 要保证安全, 电梯曳引轮直径要大于70do (do为曳引绳的直径) 根据GB7588-92曳引轮的直径D为:

式中:v为电梯额定速度, 单位 (m/s) ;

i12为电梯曳引机减速器传动比;

n1为电梯曳引机用电动机的额定转速, 单位 (r/min) ;

e为速度系数, 取值0.94-1.05, 此处e=1.006;

根据式 (2) , 将各相关系数代入可得曳引轮直径D=620mm, 其在数值上大于40do=520mm, 满足使用要求。

三、结语

电梯曳引系统在曳引方式上存在较大的差异且对电梯整个设计运行都有至关重要的作用。曳引轮与钢丝绳都是曳引电梯重要的易磨损部件, 又是电梯最重要的安全部件, 因此在电梯曳引系统设计的过程中, 曳引轮以及钢丝绳的制造发挥着非常重要的作用。本文主要分析了曳引方式各方面的不同, 主要包括曳引轮制造材料以及相关参数的设计方面进行了详细的研究。

摘要：本文从电梯曳引方式、曳引轮的类型两方面对电梯曳引系统进行了简单分析, 并在此基础上对曳引轮部分参数进行了优化设计。

关键词：电梯,曳引系统,分析,设计