《模拟电梯实验装置的设计与研究》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

模拟电梯实验装置的设计与研究

范文

李俊杰林盛受李秋怡黄晓华

摘要：作为建筑物中最常用的垂直运输工具之一，电梯的诸多安全性检测是必不可少的，许多针对于电梯各部件的检测工具还在研究和完善当中。考虑到检测工具在实验阶段的便捷性，以及在教学等一些场合下的演示需要，本文借助SolidWorks辅助设计了一套模拟实际电梯的实验装置，并详细阐述其设计过程，对一些关键部分进行了分析和计算。

Abstract： As one of the most commonly used vertical transportation vehicles in buildings， many elevator safety inspections are indispensable， and many inspection tools for elevator components are still being researched and improved. Considering the convenience of the testing tool in the experimental stage， and the need for demonstration in teaching and other occasions， this article uses SolidWorks to assist in the design of a set of experimental devices that simulate actual elevators， and analyzes and calculates some key parts.

關键词：电梯;模拟实验装置;SolidWorks

Key words： elevator;simulation experiment device;SolidWorks

中图分类号：TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）10-0227-03

0? 引言

随着科技的发展，社会的进步，日常生活中出现了很多便捷的工具，电梯就是其中之一。但是电梯在给民众带来便利的同时，也隐藏着诸多隐患。由于一些制造误差或长期不间断的使用，电梯各部件会存在磨损或损坏，如电梯导轨出现不同程度的弯曲扭转、电梯导靴出现损坏、曳引系统的钢绳存在疲劳破坏等等，这些故障不仅会影响人们乘坐电梯的舒适性，甚至会产生安全问题。因此，对电梯部分零部件的质量性能、配合情况等进行全面检测十分必要。

电梯从开始制造到实际运行，需要进行检测的环节比较多，一般可以分为出厂检测、用前检测、型式检测、改造检测以及定期检测等几类[1]。考虑到型式检测和定期检测时的检测准确性，以及验证各种检测方法可靠性时的便利性，故需要一套能尽量模拟电梯实际的状况，并可进行多项检测的模拟电梯实验装置。

本文利用SolidWorks辅助设计了一组模拟电梯实验装置，对一些关键位置进行优化分析，得到最终的模拟实验装置方案。

1? 模拟电梯实验装置的设计思路

本文设计的模拟电梯实验装置旨在能够在室内进行检测电梯多项指标的模拟实验。该装置主要由机械机构和电气控制系统两大部分组成，机械结构主要有支架、轿厢、缓冲装置，电气控制系统包括曳引装置、控制装置[2]-[3]。最终只要用控制器控制曳引装置牵引轿厢沿T型轨在支架上往复运动，便能实现对电梯的模拟运行。

由于T型轨和轿厢的导靴之间存在配合关系，是实际电梯容易出现问题的部分，故需要对支架尺寸、T型轨间距以及导靴间距等进行详细设计与准确计算。本实验装置中轿厢运行速度较为缓慢，可不考虑运行速度对电梯产生的影响。另外由于装置使用的非长期性，对于安装以及零部件磨损（例如曳引绳、导靴的磨损）对模拟电梯实验装置的影响也不予以考虑[4]。

2? 模拟电梯实验装置的设计与优化

2.1 机械结构设计——支架

机械结构由三大部分组成：支架、轿厢、缓冲装置。支架起支撑作用，需要具有较好的刚性。考虑到支架需要与T型轨相互连接，故采用方便进行锯切、钻孔、攻丝的铝型材搭建支架。支架设计图如图1，尺寸为800mm×800mm×2000mm，采用20mm×20mm的铝型材，T型轨型号为T75-3/B（10mm）。为了方便调节T型轨和支架之间的间隙，用两块带槽的角钢叠加来连接T型轨和支架，角钢的尺寸为40mm×40mm。

铝型材越长，其刚度也就越差，支架的刚度也会相应变差。为了提高支架的刚性和稳定性，在支架的两侧腰部横向固定了两根20mm×20mm的铝型材。且为了增大铝型材与角钢的接触面积，在增加支架整体稳定性的同时，加固支架与T型轨的连接，故将支架两侧的铝型材全部替换为20mm×40mm的铝型材。

2.2 机械结构设计——轿厢

轿厢作为运动的主体，需要具备轻便、易拆卸、易调整的特质，采用20mm×20mm的铝型材搭建轿厢的主体部分。另外，为了让仪器与轿厢的连接面更加平整、便捷，选择用木板作为连接面，连接铝型材与导靴以及相关仪器，轿厢设计图如图2。轿厢尺寸为626mm×500mm×500mm。导靴作为移动装置，采用槽宽10mm的滑动导靴。

考虑到检测时测量仪器等装置不一定能集中放置，为了方便接线与测量，仅在轿厢的上下左右四个面安置木板，使连接线能从轿厢的前后两个面通过。又因为此时两根T型轨的间距和轿厢的尺寸都是固定的，故将上下两块木板上与滑动导靴连接的孔设计为槽，以便调整导靴的水平位置，上下两块木板平面设计图如图2（b）。

木板和铝型材采用滑块螺母与螺栓的方式连接。通过在铝型材的槽内移动滑块螺母可调整木板位置，提高连接密闭性和轿厢刚性。

2.3 机械结构设计——缓冲装置

缓冲器的工作原理是将运行轿厢的动能转化成一种无害的或安全的能量形式。缓冲器安装在电梯的轿厢和对重的正下方。当电梯在运行过程中，发生曳引轮与钢丝绳曳引摩擦力不足、制动器抱闸制动力不足、钢丝绳或钢带断裂时，缓冲器会起缓冲作用，从而避免轿厢直接冲顶或墩底，保护乘客和设备安全[5]。

本实验装置选择市场常见的聚氨酯缓冲器作为缓冲装置。聚氨酯缓冲器是利用聚氨酯材料特殊的微孔气泡结构来吸收缓冲，在受冲击过程中相当于带有多气囊阻尼的弹簧，简单轻便、可靠且有效。

2.4 电气控制装置设计——曳引装置

2.4.1 电机输出安全负载的计算

曳引装置是驱动电梯运动的核心部件。根据曳引机有关额定参数，所得电梯的运行速度与电梯额定速度的关系应满足《GB7588-2003 电梯制造与安装安全规范》中12.6的速度要求，即：当电源为额定频率，电动机施以额定电压时，电梯的速度不得大于额定速度的105%，宜不小于额定速度的92%;电梯的直线运行部件的总载荷折算至曳引机主轴的载荷应不大于曳引机主轴最大允许负荷[6]-[7]。

本实验装置选用减速电机，额定电压为24V，额定功率P为250W，额定输出转速n为300r/min，故额定扭矩T额：

电机额定转速下的安全负载FL：

其中ζ是安全系数。

2.4.2 对曳引钢丝绳安全系数进行校核

①给定曳引系统钢丝绳安全系数实际值S的计算。

式中，T为钢丝绳最大承重，N;n为曳引绳根数;m为曳引钢丝绳倍率;P为轿厢自重，kg;Q为轿厢上的额定载荷，kg;H为电梯起升高度，m;q为钢丝绳单位长度质量，kg/m。

②钢丝绳许用安全系数Sf的计算。

等效的滑轮数量为

式中，Nequiv （t）为曳引轮等效数量，查表得数值5;Nequiv （p）为导向轮等效数量，取预估值1。又曳引轮直径D=50mm，钢丝绳直径d=1.2mm，。根据GB7588-2003的9.2.2条款规定，由以上结果查得Sf=15。

③校核结果

因为S>Sf，故曳引钢丝绳安全系数校核通过。

2.5 电气控制装置设计——控制装置

控制装置用来控制电机的启停、正转反转。根据电机参数，选择额定电压24V，额定电流40A的PWM直流有刷电机马达调速器。

2.6 模拟电梯实验装置实物

模拟电梯实验装置实物图如图3。

3? 总结

根据标准的电梯制造规范，同时考虑实际应用环境下，电梯各机组的使用重要性、参与度和检测时装置对真实状况下的还原度，设计了面向实验阶段或教学阶段的模拟电梯实验装置。主要研究了电梯各部件的简化方案，改进了一些不便于实验的缺陷，并对一些关键组件进行了分析和计算，实现了安装的灵活简便性，并能满足一般检测实验的基本要求。

参考文献：

[1]高昱.关于电梯检测与检测技术的研究[J].机械管理开发，2016（4）：43-44，87.

[2]吴永祥.电梯模拟实验装置的设计与应用[J].实验室研究与探索，1997：40-41.

[3]刘纬东.电梯机械设计合理化分析[J].科技创新与应用，2016（17）：132.

[4]韩树新，李东洋，金樟民，等.便携式电梯智能检测仪的研发与应用[J].中国特种设备安全，2014（10）：26-29.

[5]崔闯，赵鹏飞.浅析新型电梯缓冲器的发展趋势[J].中国电梯，2019，30（22）：34-35，37.

[6]房文娜.电梯曳引机制动系统的设计与研究[D].江苏：東南大学，2015.

[7]GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范[S].

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。