Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Объектом исследования является учебный корпус СПГУТД по адресу: Вознесенский пр., д. 46. Рассматривается возможность установки лифта с приставной шахтой и определение его характеристик

Цель работы: разработка проекта установки лифта с приставной шахтой в учебном корпусе СПГУТД.

В процессе работы произведен обзор типовых конструкций и кинематических схем лифтов. Дано описание конструкции и принцип работы базового лифта, общих требований к конструкции и параметрам лифтов. Проведен анализ пассажиропотока на объекте исследования для определения необходимой производительности лифтового узла. Выполнен кинематический и статический расчет механизма подъёма лифта, на базе которого выбраны основные конструктивные параметры лебедки. В динамическом расчете определены нагрузки, возникающие в узлах механизма подъема кабины с учетом возникающих сил инерции, а также проверены ускорения и точность остановки кабины на соответствие стандартам. В технологической части разработан технологический процесс изготовления детали «Штырь», содержащий все необходимые расчеты. В разделе охраны труда подобраны основные положения об охране труда, включающие в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические и реабилитационные мероприятия.

Результаты работы могут быть использованы для установки лифта с выносной шахтой в учебном корпусе университета.

Введение

Лифтом называется стационарная подъемная машина периодического действия, предназначенная для подъема и спуска людей и (или) грузов в кабине, движущейся по жестким прямолинейным направляющим, у которых угол наклона к вертикали не более 15%. [2]

В настоящее время лифтовое оборудование стало неотъемлемой функциональной частью жилых и общественных зданий средней и повышенной этажности. Эффективность использования зданий в значительной степени зависит от качества лифтового оборудования, которое определяется техническими характеристиками и схемой расположения лифтов.

В ряде случаев при проектировании сложных сооружений с интенсивным пассажиропотоком необходимость решения транспортных задач вносит существенные коррективы в архитектуру сооружений. Архитектурные строительно-технологические задачи органически связаны с рациональным размещением лифтов в здании и расчетным обоснованием их технических параметров.

При проектировании новых зданий и сооружений или реконструкции старых, в значительной мере, независимо от специалистов строительного профиля, решаются специфические вопросы проектирования и расчетного обоснования параметров его основных узлов и деталей, обеспечивающие надежную и безопасную работу лифта.

Учитывая то, что в настоящее время в Санкт-Петербурге порядка 70-75 % лифтов, находящихся в эксплуатации физически и морально устарели и требуют замены, вопросы реконструкции и модернизации существующего лифтового парка, а так же разработка технической документации на их проведение приобретают особо важное значение.

Данная выпускная квалификационная работа посвящена разработке проекта реконструкции лифта в учебном корпусе СПГУТД

1. Конструкторская часть

1.1 Устройство лифта и принцип работы

1.1.1 Классификация лифтов

По назначению можно выделить следующие типы лифтов:

а) пассажирский -- предназначен для подъема и спуска людей;

б) грузопассажирский -- предназначен для транспортировки пассажиров и грузов, имеет увеличенные размеры площади пола и дверного проема;

в) больничный -- предназначен для подъема и спуска больных, в том числе и на специальных транспортных средствах в сопровождении медперсоналом;

г) грузовой -- предназначен для подъема и спуска грузов;

д) грузовой малый -- для подъема и спуска небольших грузов с размерами кабины, исключающими возможность транспортировки людей;

е) специальный (нестандартный) -- предназначенный для особых условий применения и изготавливаемый по специально разработанным техническим условиям.

По типу привода подъемного механизма:

а) лифты электрические, с приводом от электродвигателя переменного или постоянного тока;

б) лифты гидравлические, с приводом в виде подъемного гидроцилиндра или лебедки с гидродвигателем вращательного типа.

По конструкции механизма передачи движения кабине:

а) лифты канатные, кабина которых перемещается посредством тяговых канатов лебедки;

б) лифты цепные, реечные и винтовые, в которых движение кабины осуществляется посредством тяговых цепей, системы винт-гайка или приводная шестерня-зубчатая рейка.

По способу передачи движения от канатоведущего органа лебедки тяговым канатам:

а) лифты с барабанной лебедкой;

б) лифты с канатоведущим шкивом (КВШ).

По способу воздействия канатов на кабину:

а) лифты с верхней канатной подвеской кабины;

б) лифты выжимные, в которых тяговые канаты охватывают кабину снизу.

По схеме запасовки тяговых канатов:

а) лифты с прямой подвеской кабины;

б) лифты с полиспастной подвеской кабины;

в) лифты с канатным мультипликатором.

По расположению машинного помещения различаются лифты:

а) лифты с верхним машинным помещением;

б) лифты с нижним машинным помещением.

По конструкции привода лебедки:

а) лифты с редукторным приводом лебедки;

б) лифты с безредукторным приводом лебедки.

По величине скорости подъема кабины:

а) лифты тихоходные - при скорости кабины до 1 м/с;

б) лифты быстроходные - при скорости кабины с 1,4 до 2 м/с;

в) лифты скоростные - при скорости движения кабины 2 м/с и более.

По точности остановки кабины:

а) лифты с системой точной остановки;

б) лифты без системы точной остановки.

1.1.2 Кинематические схемы лифтов

Схема запасовки канатов, согласно принятой в лифтостроении терминологии, называется кинематической схемой лифта. [2]

На кинематических схемах приняты следующие обозначения: канатоведущий орган изображается окружностью с заштрихованной средней частью, отклоняющие блоки и контршкив - кружком малого диаметра без штриховки, кабина - большим прямоугольником, противовес - узким прямоугольником с поперечной штриховкой, подъемные канаты - прямой линией независимо от числа их параллельных ветвей.

Характерные кинематические схемы лифтов приведены на рисунке 1.1

а), б) схемы с барабанным канатоведущим органом; в) схема с прямой подвеской кабины и противовеса; г) схема с отводным блоком; д) схема с контршкивом, обеспечивающим двойной обхват КВШ канатами; е) схема с контршкивом, расположенным под КВШ; ж) схема с полиспастной подвеской кабины; з) схема с кабинным противовесом; и), к) схема с нижним машинным помещением

Рисунок 1.1 - Кинематические схемы лифтов

Разнообразие вариантов кинематических схем отражает тот факт, что каждая из них обладает специфическими преимуществами.

Схемы с барабанным канатоведущим органом (рисунок 1.1 а, б) применяются при небольшой высоте подъема, так как она лимитируется ограниченной канатоемкостью барабана. Их применение целесообразно в специальных лифтах повышенной грузоподъемности при небольшой высоте подъема и в тех случаях, когда по условиям установки размещение противовеса лифта практически невозможно.

Барабанный канатоведущий орган может применяться и при наличии противовеса и подвеске кабины на 1 или 2 канатах (рисунок 1.1 в, г), однако каких -либо преимуществ по сравнению с КВШ не имеет.

Неотъемлемой частью большинства кинематических схем лифта является противовес (рисунок 1.1 в - к).

Применение противовеса обусловлено экономией энергии за счет уравновешивания силы тяжести кабины и части массы груза и обеспечением достаточных сил сцепления канатов с ободом шкива в лебедках с КВШ.

Наилучшими технико-экономическими показателями обладают лифты с верхним машинным помещением (рисунок 1.1 б -з).

Преимущества верхнего машинного помещения:

- уменьшается нагрузка от подъемных канатов на несущие конструкции здания (или каркас шахты);

- уменьшается необходимая длина и увеличивается долговечность канатов;

- увеличивается КПД подъемного механизма;

- снижается стоимость лифта.

Схема с прямой подвеской кабины и противовеса (рисунок 1.1 в) является наиболее простой и целесообразной для лифтов с верхним машинным помещением. Она обеспечивает наиболее высокий КПД подъемного механизма и долговечность канатов, так как исключается их перегиб на отклоняющих блоках.

При больших габаритах кабины, для обеспечения свободы перемещения противовеса, со стороны противовесной ветви канатов устанавливается отводной блок (рисунок 1.1 г). Отводной блок позволяет устанавливать лебедку в лифтах с различными поперечными размерами кабин. Наличие отводного блока позволяет уменьшить размеры и массу КВШ ценой некоторого уменьшения угла обхвата КВШ канатом и, связанного с этим, снижения его тяговой способности.

Для компенсации этого недостатка применяется схема с контршкивом, обеспечивающим двойной обхват КВШ канатами и одновременно выполняющим роль отводного блока (рисунок 1.1 д). Однако дополнительный перегиб канатов на контршкиве снижает их долговечность.

Схема с контршкивом, расположенным под КВШ, применяется при небольших габаритах кабины и повышенной грузоподъемности лифта (рисунок 1.1 e).

Схема с полиспастной подвеской кабины применяется в тех случаях, когда, по соображениям унификации, одна и та же лебедка используется в лифтах различной грузоподъемности или при необходимости увеличения грузоподъемности лифта (рисунок 1.1 ж).

Схема с кабинным противовесом (рисунок 1.1 з) применяется в тех случаях, когда необходимо несколько уменьшить требуемое окружное усилие КВШ и, тем самым, исключить возможность проскальзывания канатов.

Схема с нижним машинным помещением (рисунок 1.1 а, и, к) облегчает эксплуатацию, ремонт лифтового оборудования и существенно снижает уровень структурного шума в несущих конструкциях здания.

К недостаткам схем лифта с нижним машинным помещением следует отнести необходимость в дополнительном блочном помещении, расположенном над шахтой; уменьшение долговечности канатов и увеличение их количества; повышение нагрузки на конструкцию здания и увеличение капитальных затрат. Поэтому, схемы с нижним машинным помещением не получили широкого распространения. Они используются в конструкции выжимных (тротуарных) лифтов и в тех случаях, когда необходимо снизить уровень шума в зданиях и сооружениях.

1.1.3 Устройство, компоновка и взаимодействие узлов лифта

Основу конструкции лифта составляет механизм подъема на основе применения лебедки или гидроцилиндра с канатной системой передачи движения кабине.

Пассажиры и грузы перемещаются в специально оборудованной кабине с закрываемыми дверями, которые имеют блокировочные устройства, исключающими возможность движения при открытых створках.

Для центрирования кабины (противовеса) в горизонтальной плоскости и исключения поперечного раскачивания во время движения, применяются направляющие, устанавливаемые на всю высоту шахты лифта.

Направляющие обеспечивают возможность торможения кабины (противовеса) ловителями при аварийном превышении скорости и удерживают ее до момента снятия с ловителей.

Пространство, в котором перемещается кабина и противовес ограждается на полную высоту и называется шахтой.

На погрузочных площадках обслуживаемых этажей шахта имеет автоматически запираемые двери с блокировками безопасности.

Помещение, в котором устанавливается подъемная лебедка и другое необходимое оборудование, называется машинным помещением.

При нижнем расположении машинного помещения и, в некоторых других случаях, над шахтой устанавливаются отводные блоки в специальном блочном помещении.

Часть шахты, расположенная ниже уровня нижней посадочной площадки, образует приямок, в котором размещаются упоры или буферы, ограничивающие ход кабины (противовеса) вниз и останавливающие с допустимым ускорением замедления.

Для предотвращения аварийного падения кабины (противовеса) лифт оборудуется автоматической системой включения ловителей от ограничителя скорости, срабатывающей при аварийном превышении скорости.

Ловители устанавливаются по боковым сторонам каркаса кабины (противовеса) и приводятся в действие канатом, охватывающим шкив ограничителя скорости.

В приямке устанавливается натяжное устройство ограничителя скорости.

Ограничитель скорости может устанавливаться в машинном, блочном помещении, на кабине и противовесе.

Срабатывание ограничителя скорости приводит к торможению каната ограничителя скорости и включению ловителей.

Станция управления работой лифта, приборы и аппараты находятся в машинном помещении.

Соединение электрического оборудования кабины со станцией управления обеспечивается посредством подвесного кабеля и жгута проводов, смонтированного в шахте.

Датчики замедления, шунты датчика точной остановки и устройства контроля шахтных дверей также устанавливаются в шахте.

Схема типовой конструкции пассажирского лифта приведена на рисунке 1.2.



1 - монорельс; 2 - ограничитель скорости; 3 - лебедка; 4 - станция управления; 5 - тяговые канаты; 6 - кабина; 7 - подвесной кабель; 8 - клемная коробка; 9 - направляющие противовеса; 10 - направляющие кабины; 11 - индикатор положения кабины; 12 - дверь шахты; 13 - вызывной аппарат; 14 - пружинный буфер кабины; 15 - пружинный буфер противовеса; 16 - вводное устройство; 17 - противовес; 18 - канат ограничителя скорости; 19 - натяжное устройство каната ограничителя скорости; 20 - шунт датчика точной остановки; 21 - датчик точной остановки; 22 - шунт датчика замедления; 23 - датчик замедления кабины; 24 - понижающие трансформаторы

Рисунок 1.2 - Общий вид пассажирского лифта

Приведенная выше типовая конструкция пассажирского лифта не является единственно возможным решением.

В зависимости от назначения, скорости передвижения кабины и типа привода конструктивные решения могут отличаться большим разнообразием.

Так для скоростных лифтов характерно наличие безредукторного привода КВШ от тихоходного двигателя постоянного тока и применение гидробуферов вместо пружинных.

При больших скоростях в кабине применяется принудительная система вентиляции, создающая в салоне небольшое избыточное давление.

Отличительные особенности имеет конструкция ограничителя скорости и ловителей скоростного лифта.

На конструкции лифта оказывает влияние и расположение машинного помещения.

Больничные лифты оборудуются глубокими кабинами и приводом, обеспечивающим повышенную точность остановки и плавность хода кабины.

Жесткая конкуренция ведущих лифтостроительных фирм стимулирует поиск новых прогрессивных решений не только в части совершенствования основных функциональных узлов, но и в решении задач компоновки и размещения лифтового оборудования.

1.1.4 Общие требования к конструкции и параметрам лифтов

Безопасность применения и надежность работы - основополагающие требования, на которых базируется проектирование, изготовление и эксплуатация лифтового оборудования. Эти требования нашли отражения в ГОСТ и технических условиях на проектирование лифтов.

Наряду с указанными, к лифтам предъявляются следующие дополнительные требования:

- точность остановки относительно уровня этажной площадки;

- плавность движения кабины при разгоне и торможении;

- комфортабельность условий транспортировки пассажиров;

- общедоступность пользования лифтом;

- бесшумность работы;

- допустимый уровень электромагнитных помех работе систем радиосвязи и телевидения.

Точность остановки кабины определяется величиной разности отметок пола кабины и пола этажной площадки. Порог, образующийся в результате неточности остановки, представляет опасность для пассажиров и затрудняет погрузо-разгрузочные работы с применением напольного транспорта или монорельсовой системы загрузки кабины.

Неточность остановки определяется зависимостью тормозного пути кабины от массы груза и направления движения в момент торможения.

При торможении поднимающейся груженой кабины, остановка произойдет несколько ниже порога разгрузочной площадки, тогда как порожняя кабина пройдет больший путь и остановится выше этого уровня. При движении вниз будет наблюдаться обратная картина.

Шунты датчика точной остановки кабины устанавливаются на таком расстоянии, чтобы разница уровней пола кабины и этажной площадки была одинаковой при остановке груженой и порожней кабины при ее движении в одном направлении. Схематически это показано на рисунке 1.3.



Кп, Кc - точка начала торможения при подъеме и спуске.

Рисунок 1.3 - Схема к определению точности остановки кабины

Точностью остановки принято оценивать величину полуразности тормозных путей кабины при движении в одном направлении с грузом и порожняком:

при движении вниз

(1.1)

при движении вверх

(1.2)

где hп, hг - тормозной путь порожней и груженой кабины, соответственно.

Согласно рекомендации Госгортехнадзора точность остановки кабины должна выдерживаться в пределах, не превышающих: для больничных лифтов и грузовых лифтов с монорельсом ±15 мм; для остальных - ±50 мм. При использовании управляемого привода переменного трехфазного тока и привода постоянного тока достигается значительно большая точность остановки.

Плавность движения кабины количественно определяется уровнем ускорения при разгоне и торможении подъемного механизма.

По нормам ГОСТ максимальная величина ускорения (замедления) кабины в нормальных эксплуатационных режимах не должна превышать следующих значений: для больничных лифтов - 1 м/с2; для лифтов других типов - 2 м/с2.

Максимальная величина замедления при остановке кабины нажатием кнопки «СТОП» - не должна превышать 9,81 м/с2.

При посадке кабины на ловители или буфер в аварийных ситуациях допускаются ускорения до 25 м/с2.

Эффект физиологического воздействия ускорений существенно зависит от времени их действия. Так, при времени действия ускорений менее 0,04 с, человеческий организм удовлетворительно переносит ускорения около 30-40 м/с2. Поэтому допускается кратковременное превышение ускорений замедления кабины.

Комфортабельность условий перевозки пассажиров определяется минимальной величиной времени ожидания лифта на посадочной площадке, плавностью и точностью остановки, отсутствием шума и вибрации в кабине, наличием хорошей вентиляции салона и достаточной освещенности.

Улучшение комфортабельности способствует красивая отделка кабины с хорошо продуманной гаммой цветов, создающей эффект увеличения объема салона кабины.

Общедоступность пользования лифтом предполагает наличие достаточно простой и понятной системы управления движением из кабины и этажных площадок, не требующей специальной подготовки пассажиров всех возрастных групп.

Бесшумность работы лифта обеспечиваются рядом мер по снижению уровня шума и предотвращению его распространения по несущим конструкциям здания. С этой целью, лебедка лифта и другие узлы оборудования лифта устанавливаются на амортизаторы и к их конструкции предъявляются повышенные требования относительно уровня шума и вибрации. Эти требования должны учитываться при проведении монтажных, профилактических и ремонтных работ.

Техническими условиями на проектирование лифтов регламентируется также предельно допустимый уровень шума в помещениях, расположенных рядом с лифтом. Соответствующие нормативные данные зависят от назначения и технологии использования соответствующего здания.

Снижение уровня электромагнитных помех может быть гарантировано хорошим качеством экранировки источников помех электрооборудования лифта и установкой высокочастотных фильтров во вводном устройстве электрической силовой цепи питания лифта.

1.1.5 Общая характеристика механизмов подъема и требования, предъявляемые к конструкции

Основу механизма подъема современного лифта составляет канатная система передачи движения кабине (противовесу) в виде лебедки и устройства привода перемещения канатов в виде лебедки или гидроцилиндра с блоком на концевой части штока.

Наибольшее распространение в нашей стране и за ее пределами получили электрические лифты с канатными лебедками различного конструктивного исполнения.

В целях обеспечения безопасности применения лифта к лифтовым лебедкам предъявляется ряд специфических требований:

- Конструкция лебедки должна быть рассчитана на нагрузки, действующие в эксплуатационных, испытательных и аварийных режимах;

- В качестве лебедки лифта не допускается использование электрической тали;

- Между канатоведущим органом лебедки и тормозом должна быть неразмыкаемая кинематическая связь;

- Лебедка должна оборудоваться автоматически действующим нормально-замкнутым колодочным тормозом;

- Тормозной момент должен создаваться при помощи пружин или груза;

- Не допускается применение ленточных тормозов;

- Допускается применение одного двухколодочного тормоза, состоящего из двух независимых систем торможения, каждая из которых состоит из тормозной колодки, пружины (груза) и растормаживающего электромагнита, тормозной момент, создаваемый каждой колодкой, должен обеспечивать удержание кабины с расчетным грузом;

- Свободные концы вращающихся валов должны быть ограждены от случайного прикосновения;

- Лебедка должна быть оборудована системой ручного привода движения кабины с помощью штурвала постоянно закрепленного на валу или съемного;

- В конструкции лебедки должно содержаться устройство ручного отключения тормоза с самовозвратом в заторможенное состояние после прекращения ручного воздействия;

- На лебедке должно быть указано направление вращения штурвала для подъема и спуска кабины лифта;

- Усилие ручного воздействия на штурвал не должно превышать 235 Н при подъеме кабины с расчетным грузом;

- При снятии кабины с ловителей с помощью ручного привода прикладываемое усилие не должно превышать 640 Н;

- Лебедка с КВШ должна комплектоваться приспособлением, позволяющим прижимать канаты к рабочей поверхности шкива с усилием, достаточным для подъема кабины с грузом без учета разгружающего действия противовеса. Приспособление должно обеспечивать возможность подъема противовеса без учета разгружающего действия силы тяжести кабины.

1.1.6 Лифтовые лебедки

Лебедки лифтов имеют конструкцию в значительной степени аналогичную конструкции электрореверсивных лебедок грузоподъемных машин производственного назначения. Их конструкция традиционно включает канатоведущий орган, редуктор, тормоз и электродвигатель, смонтированные на опорной раме. Однако конкретная реализация конструкции узлов лифтовой лебедки может иметь особенности, связанные со спецификой применения и назначением лифтового оборудования.

Конструкция лифтовой лебедки должна обеспечивать:

- безопасность применения, надежность и безотказность работы;

- бесшумность и низкую виброактивность;

- допустимый уровень ускорений и требуемую точность остановки кабины.

В целях снижения трудоемкости технического обслуживания и ремонтных работ конструкция лебедки должна иметь минимальную массу и габариты.

Разнообразие условий применения и широкий диапазон параметров эксплуатационных характеристик лифтов предопределяет и значительное разнообразие конструктивных решений лебедок.

Лифтовые лебедки можно классифицировать по следующему ряду характерных признаков.

По типу канатоведущего органа:

- барабанные;

- с канатоведущими шкивами (КВШ).

По характеру кинематической связи приводного двигателя с канатоведущим органом:

- редукторные;

- безредукторные.

По типу применяемого редуктора:

- с глобоидными и цилиндрическими червячными передачами;

- с планетарными передачами;

- с волновыми передачами.

По наличию системы точной остановки:

- с системой точной остановки;

- без системы точной остановки.

По типу привода:

- с электроприводом переменного или постоянного тока;

- с приводом от гидродвигателя вращательного типа

Требования компактности делает целесообразным использование быстроходных электродвигателей в лебедках обыкновенных лифтов массового применения.

Для передачи движения от быстроходных двигателей к канатоведущим органам применяются зубчатые или более компактные червячные передачи.

Зубчатые передачи планетарного типа могут составить конкуренцию червячным по компактности и КПД, несомненно уступая им по уровню шума, виброактивности и стоимости изготовления.

В условиях применения, где не предъявляются жесткие требования по минимизации уровня шума, но необходима повышенная компактность и КПД, успешно используют лебедки с планетарными редукторами, встроенными в КВШ или выполненные в виде отдельного редуктора.

В мировой и отечественной практике лифтостроения наибольшее распространение получили конструкции лебедок с червячными передачами и КВШ.

КВШ может устанавливаться на тихоходном валу консольно, на трехопорном или двухопорном валу с выносной опорной стойкой.

Пролетная схема установка КВШ возможна в случае применения цилиндрической зубчатой передачи или червячного редуктора с цилиндрическим червяком. При применении глобоидного червячного редуктора пролетная установка КВШ практически невозможна из-за чрезвычайно высокой чувствительности этого редуктора к точности сборки.

При использовании глобоидных червячных передач, консольная установка КВШ является единственно возможным решением.

В настоящее время отмечается устойчивая тенденция использования лебедок с отводным блоком, позволяющим существенно уменьшить диаметр и массу КВШ.

Наличие отводного блока позволяет проще приспосабливать лебедку к лифтам с различным соотношением размеров кабины в плане.

Заметному снижению массы и габаритных размеров лебедки способствует применение высокооборотных электродвигателей и системы мотор - червяк с верхним расположением червяка.

Верхнее расположение червяка исключает возможность утечки масла, но ухудшаются условия смазки в зацеплении при пуске после длительного бездействия лебедки. Этот недостаток частично компенсируется применением двигателя с повышенной частотой вращения ротора

В конструкции скоростных лифтов преимущественно применяются безредукторные лебедки с приводом от тихоходного двигателя постоянного тока. Основное достоинство заключается в возможности обеспечения высокой точности остановки и плавности хода кабины при любых номинальных значениях скорости ее передвижения.

1.1.7 Тяговый шкив и отводной блок

В соответствии с требованиями стандартов EN 81-1 и А17.1 соотношение между расчетным диаметром шкива или блока и номинальным диаметром подвесных канатов, независимо от числа прядей, должно быть не менее 40. Тяговые шкивы обычно отливаются из серого чугуна с твердостью по Бринеллю 220-230 на поверхности ручьев шкива, отводные блоки также изготавливаются методом литья из серого чугуна или из стали.

Отводные блоки производятся литьем без размерных ограничений. Они могут опираться на роликовые подшипники или втулки.

Тяговые шкивы изготавливаются с окончательно готовыми ручьями для подвесных канатов. Применение КВШ в лифтовых лебедках позволяет существенно повысить безопасность пассажиров, практически исключая опасность обрыва канатов, так как кабина может быть подвешена на нескольких параллельных ветвях канатов, а высота переподъема ограничивается проскальзыванием канатов из-за посадки противовеса на буфер. Независимость параметров лебедки с КВШ от высоты подъема открывает широкие возможности унификации лебедок с соответствующими технико-экономическими преимуществами.

Внешняя нагрузка КВШ, определяемая разностью натяжения канатов подвески кабины и противовеса, уравновешивается действием сил сцепления канатов с ободом. Эти силы зависят от угла обхвата шкива канатами и формы профиля поперечного сечения канавок. Для обеспечения работы КВШ без проскальзывания канатов применяются канавки специального профиля (рисунок 1.4).

а) полукруглая канавка; б) полукруглая с подрезом; в) клиновая; г) клиновая с подрезом; ? - центральный угол зоны контакта каната и поверхности канавки; ? - угол подреза (угол клина); k, m, n - точки наибольшего напряжения смятия в материале канавки

Рисунок 1.4 - Профиль поперечного сечения канавки обода КВШ

Выбор конкретной формы канавки производится с учетом требуемой силы сцепления и технологических ограничений.

Наибольшую силу сцепления обеспечивают канавки клинового профиля, однако их существенным недостатком является зависимость силы сцепления от степени износа опорной поверхности.

В результате износа клиновая канавка преобразуется в полукруглую с подрезом с заметно меньшей силой сцепления.

Канавка полукруглая с подрезом, при несколько более сложной технологии изготовления, обеспечивает более стабильную величину силы сцепления независимо от степени износа канавки. Однако величина силы сцепления меньше чем при клиновой форме профиля канавки.

Максимально возможная тяга ограничена углом обхвата ? и коэффициентом трения канатов в ручьях и, поэтому, максимальная тяга получается, когда результат произведения ? принимает максимальное значение.

Большая тяговая способность за счет увеличения коэффициента трения может быть достигнута путем использования неметаллических вкладышей для ручьев обода.

1.2 Анализ пассажиропотока на объекте исследования

Загрузка лифтового оборудования зданий и сооружений изменяется во времени по случайному закону.

В зависимости от типа и назначения здания загрузка в течение дня может иметь характерные всплески интенсивности.

В жилых домах массовой застройки утренние и вечерние всплески интенсивности пассажиропотоков менее четко выражены.

Величину пассажиропотока принято определять числом пассажиров, следующих в одном направлении в расчетную единицу времени.

Для сравнения интенсивности пассажиропотоков в зданиях различного назначения служит показатель интенсивности 5 минутного потока, выражаемый в % от общего количества людей, пользующегося лифтом.

Принимаются следующие усредненные показатели интенсивности 5 минутного пассажиропотока: жилые дома массовой застройки - 3-6%; гостиницы - 7-15%; административные здания - 14-20%; здания и сооружения общественного назначения - 15-20%; учебные заведения - 20-35%.

Расчет вертикального транспорта в жилых, административных зданиях и гостиницах производится для условия двустороннего пассажиропотока с учетом характера размещения лифтового оборудования и наличия экспрессных зон (часть высоты здания, где кабины движется без остановок) лифтового обслуживания.

В зданиях административного назначения и учебных заведениях график работы и расписание учебных занятий предопределяет характерные всплески интенсивности пассажиропотоков в начале и конце рабочего дня (рисунок 1.5).



Рисунок 1.5 - Гистограмма пассажиропотока учебного корпуса СПГУТД (Вознесенский пр, 46)

После статистической обработки полученных данных расчетный пятиминутный пассажиропоток составил чел/ 5 мин

1.3 Расчет производительности и необходимого количества лифтов

Качество, эффективность, функционирование жилых, административных и общественных зданий и сооружений в значительной мере определяется степенью рациональности решения задач внутренних перевозок на основе применения лифтов.

Основными параметрами, определяющими эксплуатационные возможности и технические характеристики лифтов, являются грузоподъемность, скорость и высота подъема. Производительность лифта является величиной производной, которая зависит от технических параметров и условий применения лифта.

Для зданий малой этажности дополнительная потеря времени на остановки кабины составляет значительную долю времени кругового рейса. Поэтому увеличение производительности за счет повышения скорости является нецелесообразным. Рекомендуется выбирать скорость кабины в общественных и административных зданиях до 10 эт. - 1,0 м/с, 11-20 эт. - 1,2-2 м/с, более 20 эт. - 2-4 м/с.

При расчете вертикального транспорта используются следующие понятия и определения:

а) Круговой рейс - путь кабины лифта от основной посадочной площадки до возвращения на этот же этаж;

б) Время кругового рейса - время, затрачиваемое кабиной на совершение кругового рейса с учетом затрат времени связанных с пуском и остановками лифта, открыванием и закрыванием дверей, входом и выходом пассажиров;

в) Число возможных остановок - число этажных площадок, на которых лифт может останавливаться;

г) Число вероятных остановок - математическое ожидание случайной величины числа остановок по приказам и числу вызовов пассажиров;

д) Вероятная высота подъема - математическое ожидание случайной величины высоты подъема по приказам и вызовам пассажиров.

На выбор необходимого количества лифтов в здании, помимо грузоподъемности, высоты подъема и скорости подъема, существенное влияние оказывают также:

а) назначение здания;

б) характер интенсивности пассажиропотока в заданном здании, поскольку загрузка лифтового оборудования изменяется во времени по случайному закону.

Производительность лифта при двустороннем пассажиропотоке определяется по формуле:

,пас/час (1.3)

где Е - номинальная вместимость кабины, чел; - коэффициент заполнения кабины при движении на подъем; - коэффициент заполнения при спуске кабины; Т - время кругового рейса кабины.

Номинальная вместимость кабины лифта определяется делением номинальной грузоподъемности на расчетную массу груза с последующим округлением полученного результата до ближайшего целого числа

(1.4)

где Q - грузоподъемность лифта, кг; Qп = 80 кг - расчетная масса 1 пассажира, кг.

Время кругового рейса кабины при двухстороннем пассажиропотоке

, с (1.5)

где - вероятная высота подъема лифта, м; - путь движения кабины с неустановившейся скоростью при разгоне и замедлении, м; число вероятных остановок лифта при подъеме и спуске соответственно; - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени при работе лифта;

- затраты времени на ускорение, замедление и пуск лифта, на открытие и закрывание дверей кабины, с; - затраты времени на вход и выход пассажиров, с.

Величина вероятной высоты подъема

, м (1.6)

м

Величина пути разгона, замедления кабины и технических затрат времени зависит от грузоподъемности и скорости движения кабины. Для пассажирского лифта грузоподъемностью 320-1000 кг при скорости от 0,71 до 1 м/с м; с.

Время входа и выхода пассажиров при движении вверх и вниз

, с (1.7)

где - время входа и выхода одного пассажира, зависящее от ширины дверного проема (меньшие значения соответствуют ширине проема 1000 и более мм, а большие соответствуют ширине дверного проема меньше 1000 мм), с.

с

Число вероятных остановок при подъеме и спуске кабины

(1.8)

(1.9)

где - число возможных остановок кабины на этажных площадках.

с

пас/час

Необходимое число лифтов

(1.10)

где - коэффициент, учитывающий нерегулярность пассажиропотока.

1.4 Кинематический и статический расчет механизма подъема

1.4.1 Определение массы и уравновешивание подвижных частей механизма подъема

Работа механизма подъема лифта связана с перемещением массы кабины, противовеса, тяговых канатов и подвесного кабеля.

Работа по преодолению сил тяжести подвижных частей может быть существенно снижена, если добиться равновесия сил тяжести, действующих на канатоведущий орган лебедки со стороны кабины и противовеса.

Так как полезный груз в кабине не остается величиной постоянной, полное уравновешивание кабины с грузом практически исключается. Если силу тяжести конструкции кабины можно полностью уравновесить с помощью противовеса, то груз в кабине - только частично.

Влияние неуравновешенности канатов становится весьма ощутимым при значительной высоте подъема лифта. Основную роль в системе уравновешивания играет противовес. При небольшой высоте подъема масса противовеса выбирается из условия уравновешивания кабины и среднестатистического значения массы полезного груза. Это обеспечивает существенное снижение окружной нагрузки КВШ и необходимой мощности привода лебедки. При высоте подъема кабины более 45 м приходится учитывать влияние силы тяжести неуравновешенной части тяговых канатов и применять для их уравновешивания дополнительные гибкие уравновешивающие элементы в виде цепей или уравновешивающих канатов.

Определение массы противовеса требует предварительного определения массы кабины лифта по исходным данным или по приближенным соотношениям, устанавливающим зависимость между площадью пола и массой кабины.

Исходные данные

Масса кабины пассажирского и грузопассажирского лифтов отечественного производства приближенно определяется по формуле:

, кг (1.11)

где А, В - ширина и глубина кабины соответственно, м.

кг

Масса противовеса определяется по формуле:

, кг (1.12)

где ?- коэффициент уравновешивания номинального груза кабины; Q - масса груза, кг.

Величина коэффициента уравновешивания принимается ?=0,5.

кг

Определение массы 1 метра тягового каната и подвесного кабеля с учетом числа параллельных ветвей:

Масса 1 метра тягового каната

, кг/м (1.13)

Масса 1 метра подвесного кабеля

, кг/м (1.14)

где qк - масса 1 метра ветви тягового каната, кг/м; qпк1 - масса 1 метра одного подвесного кабеля, кг/м; m, mпк - число параллельных ветвей тягового каната и число подвесных кабелей.

qк = 0,6 кг

qпк1 = 0,15 кг

m = 4

 кг/м

кг/м

Определяется масса:

а) тяговых канатов

, кг (1.15)

где Н - высота подъема кабины лифта.

кг

б) подвесного кабеля

, кг (1.16)

кг

1.4.2 Определение силы аэродинамического сопротивления движению кабины и противовеса

В скоростных лифтах возникают существенные по величине силы аэродинамического сопротивления, зависящие от аэродинамического качества и скорости движущихся частей.

Сила аэродинамического сопротивления движению кабины и противовеса:

, кН (1.17)

где с - коэффициент аэродинамического сопротивления обтеканию движущегося объекта (с=0.8?1.2) в зависимости от конструкции объекта и наличия обтекателя для улучшения аэродинамического качества кабины. А, В - поперечные размеры кабины (противовеса), м; V - скорость установившегося движения, м/с; ? - плотность воздушного потока, кг/м3 (? = 1.1?1.125) кг/м3.

кН

Рассмотрим расчет более подробно с учетом расчетных схем, приведенных на рисунке 1.6.



а) схема горизонтальной проекции кабины;

б) схема вертикальной проекции кабины

Рисунок 1.6 - Схемы к расчету опорных реакций башмаков кабины:

Приняты следующие обозначения:

А, В - ширина и глубина кабины, м; h - расстояние между башмаками по вертикали, м; П - обозначение точки подвески кабины; Xп, Yп - продольное и поперечное смещение точки подвески кабины относительно центра пола, м; SП - натяжение тяговых канатов, кН; К - положение центра масс кабины; Г - положение центра масс расчетного груза; XК, YК - продольное и поперечное смещение центра масс кабины относительно центра пола, м; XГ, YГ - продольное и поперечное смещение центра масс расчетного груза, м; NП, NН - нормальные реакции в зоне контакта башмаков с направляющими, которые действуют перпендикулярно и параллельно плоскости направляющих; РК, РГ - сила тяжести кабины и груза, соответственно, кН.

Силы нормального давления, действующие на башмаки в плоскости направляющих и в перпендикулярном к ним направлении, определим из уравнений равновесия кабины:

? Мх = 0, ? Му = 0 (1.18)

Из уравнений равновесия определим соответствующие нормальные реакции:

, кН (1.19)

, кН (1.20)

где Рг = Qp·10 -2 - величина силы тяжести массы расчетного груза, кН (для пассажирского лифта Qр=0.5·Qc, где Qc - грузоподъемность); Рк - сила тяжести массы кабины, кН; Xп, Yп - координаты смещения точки подвески кабины принимаются по конструктивным соображениям от 0.03 до 0.1 м; ХК, YК - величина продольного и поперечного смещения центра масс кабины, зависящая от конструкции дверей кабины и может приниматься в пределах от 0,02 до 0,1 м; ХГ=В/6; YГ=A/6 - определяются в предположении, что расчетный груз равномерно распределен по треугольной площадке, составляющей 50 % площади пола кабины, отделенной диагональю прямоугольного контура.

кН

кН

м

кН

кН

Нормальные давления для кабины без груза:

, кН (1.21)

, кН (1.22)

кН

кН

Нормальные давления для расчетного груза без учета массы кабины:

, кН (1.23)

, кН (1.24)

кН

кН

Сопротивление движению кабины без груза:

(при башмаках скольжения)

, кН (1.25)

где ?с = 0,12 -- коэффициент сопротивления движению башмаков скольжения.

кН

Сила сопротивления движению расчетного груза:

(при башмаках скольжения)

, кН (1.26)

кН

Сила сопротивления движению противовеса:

(при башмаках скольжения)

, кН (1.27)

кН

1.4.3 Расчет натяжения канатов подвески кабины Sk и Sп в рабочих и испытательных режимах

Режим подъема неуравновешенного груза

Груженая кабина внизу, подъем

, кН (1.28)

, кН (1.29)

кН

кН

Груженая кабина вверху, подъем

, кН (1.30)

, кН (1.31)

кН

кН

Порожняя кабина внизу, спуск

, кН (1.32)

, кН (1.33)

кН

кН

Порожняя кабина вверху, спуск

, кН (1.34)

, кН (1.35)

кН

кН

Перегруженная на 10% кабина внизу, подъем; динамические испытания

; кН (1.36)

кН

кН

Перегруженная на 10% кабина вверху, подъем; динамические испытания

 ; кН (1.37)

кН

кН

Режим опускания неуравновешенного груза

Груженая кабина внизу, спуск

; кН (1.38)

кН

кН

Груженая кабина вверху, спуск

; кН (1.39)

кН

кН

Порожняя кабина внизу, подъем

; кН (1.40)

кН

кН

Порожняя кабина вверху, подъем

; кН (1.41)

кН

кН

Статические испытания лифта, перегруженная на 100% кабина внизу

, кН (1.42)

, кН (1.43)

кН

кН

1.4.4 Расчет необходимой мощности привода лебедки

, кВт (1.44)

где Pmax - максимальное значение величины окружной нагрузки КВШ в режиме подъема неуравновешенного груза (режимы с 1 по 4); - КПД механизма лебедки.

, кН (1.45)

кН

кН

кН

кН

кН

 кН

кН

кН

кВт

Выбирается двигатель по каталогу [5] и определяются его основные параметры, которые сведены в таблицу 1.1. К силовым установкам пассажирского лифта предъявляются повышенные требования по надежности и уровню шума. Электродвигатель представляет собой трехфазный асинхронный двухскоростной малошумный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Тип электродвигателя: 4АН18OS6/18НЛБУЗ

Таблица 1.1 - Основные параметры двигателя 4АН16OS6/18НЛБУЗ

Число полюсов	Мощность на валу, кВт	Номинальная частота вращения, мин-1	Номинальный момент, Н•м	КПД, %	Пусковой момент, Н•м	Максимальный момент, Н•м	Максимальный генераторный момент, Н•м	Момент инерции ротора, кг•м2	Суммарный момент инерции, кг•м2	Продолжительность включения в цикле, с	Число включения (циклов) в час	Форма исполнения по ГОСТ 2479-79	Масса, кг
6	4,5	940	46,7	85	110-130	130-155	-	0,2	1,35	9,6	150	IM3001	165
18	1,5	293	49,9	45	Не менее 90	125-135			3,6

Определение диаметра КВШ:

, м (1.46)

где Uр - табличное значение передаточного числа редуктора лебедки;

nн - номинальное значение частоты вращения вала двигателя, мин-1.

Значение передаточного числа принимается

м

1.5 Динамический расчет

Цель динамического расчета - определение инерционных и силовых характеристик механизма подъема, гарантирующих обеспечение допустимого уровня ускорений и точности остановки, долговечности и надежности работы механизма подъема. [2]

1.5.1 Механические характеристики двухскоростного электродвигателя

Под механической характеристикой подразумевается зависимость между частотой вращения и величиной крутящего момента вала двигателя (Рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Статические механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя трехфазного переменного тока

На рисунке 1.7 показаны статические механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя трехфазного переменного тока и приняты следующие дополнительные обозначения: М, n - крутящий момент и частота вращения вала двигателя; Б, М - механическая характеристика при работе двигателя на статорной обмотке большой и малой скорости;

Мн, Мк, Мс - номинальный, критический момент вала двигателя на большой скорости, приведенный момент внешних сопротивлений; Мг - генераторный момент двигателя на малой скорости; РБД, РБГ , РМД - рабочая точка механической характеристики в двигательном и генераторном режиме на большой и малой скорости; , - частота вращения вала двигателя на большой и малой скорости при действии приведенного момента внешних сил Мс; , - синхронная частота вращения вала двигателя при работе на большой и малой скорости, - критическая частота вращения при работе двигателя на большой скорости; 1-9 - характерные точки механических характеристик большой и малой скорости.

Рассмотрим статические механические характеристики двухскоростного привода применительно к задаче динамического расчета.

График механической характеристики асинхронного двигателя трехфазного переменного тока строится по аналитической зависимости или экспериментальным данным стендовых испытаний.

По оси ординат отсчитываются величина частоты вращения ротора двигателя, а по оси абсцисс - крутящего момента. В первом квадранте располагается двигательная часть механической характеристики, во втором - генераторная, а в 4-м тормозная характеристика соответствующая режиму противовключения статорной обмотки. Последняя в работе привода лифтовых лебедок не используется.

Работа в двигательном режиме соответствует подъему неуравновешенного груза, когда приведенный момент внешних сопротивлений действует против направления вращения ротора. В этом случае ротор вращается медленнее магнитного поля статора.

Генераторный режим работы двигателя возникает при опускании неуравновешенного груза, когда приведенный к валу момент внешних сопротивлений действует в направлении вращения магнитного поля и ротор обгоняет поле.

Механические характеристики двигателя при работе на большой (Б) и малой (М) скорости подобны и отличаются главным образом величиной синхронной частоты вращения ротора.

При работе двигателя на статорной обмотке малой скорости синхронная частота вращения в несколько раз меньше, чем при включении обмотки большой скорости, так как величина частоты вращения определяется соотношением числа пар полюсов соответствующих статорных обмоток.

Величина синхронной частоты вращения ротора зависит от частоты питающего двигатель переменного тока и числа пар полюсов статорной обмотки.

Рассмотрим характерные точки и участки механической характеристики при работе двигателя на большой скорости (Б) : 1 - точка начального пускового момента; 2 - критическая точка, которой соответствует наибольший развиваемый двигателем критический крутящий момент Мк в стопорном режиме; 4 - точка номинального режима работы двигателя, которой соответствует номинальное, по условию нагрева статорной обмотки, значение крутящего момента вала двигателя; 5 - точка холостого хода, которой соответствует синхронная частота вращения ротора, равная частоте вращения магнитного поля статора.

Участок двигательной ветви характеристики 1-2 называется неустойчивой ветвью механической характеристики. Участок 2-3 представляет собой криволинейную часть перегрузочной ветви механической характеристики. Часть характеристики от точки 2 до точки 4 называется перегрузочной ветвью, где двигатель развивает момент больше номинальной величины. Часть характеристики, лежащая во втором квадранте на участке 5-6, называется генераторной ветвью механической характеристики.

Рассмотрим работу привода лебедки в характерных режимах.

При пуске двигателя на подъем груженой кабины его ротор развивает начальный пусковой момент Мпн, соответствующий точке 1. Так как, движущий момент ротора больше величины приведенного момента внешних сопротивлений Мс, частота его вращения возрастает в соответствии с ходом графика на участках 1-2, 2-3, до рабочей точки РБД, соответствующей достижению равенства движущего момента и момента внешних сопротивлений. Далее кабина будет двигаться с установившейся большой скоростью.

При пуске двигателя на опускание груженой кабины разгон ротора происходит аналогичным образом, но заканчивается в рабочей точке РБГ генераторной ветви механической характеристики большой скорости. Ротор будет обгонять вращающееся магнитное поле статора. Двигатель будет работать в генераторном режиме, отдавая энергию в силовую электросеть за вычетом потерь, определяемых КПД двигателя и достаточно низким значением обратного КПД червячного редуктора.

Работу привода при замедлении кабины перед остановкой на этажной площадке рассмотрим для подъема груженой кабины.

При подходе кабины к этажной площадке сработает датчик замедления, система управления выключит статорную обмотку большой скорости и одновременно включит обмотку малой скорости.

Так как работа двигателя с этого момента определяется характеристикой малой скорости (М), его обороты будут соответствовать точке 7 генераторной ветви и начнут падать под действием тормозного генераторного момента МГ в направлении, обозначенном на графике стрелками.

Процесс снижения частоты вращения закончится в точке Рмл, которой соответствует равенство движущего момента и момента внешних сопротивлений.

Аналогичный процесс будет происходить при замедлении опускающейся кабины. Диаграмма изменения скорости кабины лифта с двухскоростным приводом приведена на рисунке 1.8. На диаграмме приняты следующие обозначения: VУБ, VУМ - установившиеся значения скорости кабины при работе привода на большой и малой скорости; tр, tв, tт - время разгона, выбега и механического торможения; tУБ, tУМ, tБ/М - время движения кабины с установившейся большой и малой скоростью, время перехода с большой на малую скорость; 1-7- характерные точки диаграммы скорости.

Рисунок 1.8 - Диаграмма изменения скорости кабины при разгоне и замедлении

Период разгона tр характеризуется практически постоянной величиной ускорения несмотря на криволинейный характер механической характеристики на участке разгона. Это объясняется инерцией ротора двигателя, тормозного шкива, других вращающихся частей и электромагнитными переходными процессами. Постоянство ускорений предполагает постоянство момента на валу. Это позволяет существенно упростить аналитическое выражение уравнения движения привода механизма подъема.

Остальные участки диаграммы изменения скорости отражают процесс движения кабины с установившейся большой скоростью (tУБ), режим генераторного торможения при переходе с большой на малую скорость (tБ/М), движение с остановочной малой скоростью (tУМ), период выбега (tв) и период торможения (tТ).

1.5.2 Расчет приведенной к ободу КВШ массы поступательно двигающихся частей лифта (для 10 эксплуатационных и испытательных режимов).

Подъем неуравновешенного груза

Груженая кабина внизу, подъем

, кг (1.47)

кг

Груженая кабина вверху, подъем

, кг (1.48)

кг

Порожняя кабина внизу, спуск

, кг (1.49)

кг

Порожняя кабина вверху, спуск

, кг (1.50)

кг

Груженая кабина внизу, спуск

, кг (1.51)

кг

Груженая кабина вверху, спуск

, кг (1.52)

кг

Порожняя кабина внизу, подъем

, кг (1.53)

кг

Порожняя кабина вверху, подъем

, кг (1.54)

кг

1.5.3 Расчет уточненного значения приведенного момента инерции динамической системы привода

, кг • м2 (1.55)

где - момент инерции ротора двигателя, кг • м2; - момент инерции ротора муфты, кг • м2; - приведенный момент инерции поступательно движущихся масс в i-м режиме, кг • м2.