短行程简易升降机设计

摘要
    本文设计了一种短行程简易升降机，短行程简易升降机是工厂用于一、二层车间之间，提升人员或重物的机械设备。主要由电机、减速器、卷扬机、制动器、吊箱等组成。
    本文首先拟定了两套升降方案，一种方案是用电动葫芦提升，一种是用液压缸提升，由于电动葫芦提升结构简单，生产制造方便，制造成本低，使用维护成本低，易于实现，所以本文采用了此方案。
    确定方案后，对卷筒及钢丝绳进行了参数计算，对齿轮传动进行了设计计算，然后对机架及吊篮等各部分进行了结构设计。
    本文设计的升降机简单易行，安全可靠，制造方便，成本低。
关键词：升降机、电动葫芦、齿轮传动、导轮、型钢
ABSTRACT
This paper describes the design of a short stroke simple elevator, short stroke is used between one or two simple elevator factory workshop, mechanical equipment or heavy lifting personnel. Mainly by motor, reducer, hoist, brake box, etc..
This paper first proposed the two sets of lifting scheme, a lifting scheme is used for electric hoist, a lifting hydraulic cylinder, the electric hoist lifting has the advantages of simple structure, convenient manufacture, low manufacturing cost, low use cost and maintenance cost, easy to implement, so this paper uses the case.
To determine the scheme, the wire rope reel and the parameter calculation of gear transmission, the design calculation, and then design the structure of each part of the frame and the basket.
The elevator is designed in this paper is simple, safe and reliable, convenient manufacture, low cost.
Keywords: elevator, electric hoist, gear, wheel, steel
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1 课题意义 1
1.2 升降机国内外发展现状 1
第二章 原理方案拟定 8
2.1 升降机总体方案设计 8
第三章 设计计算 12
3.1  钢丝绳及卷筒的选型 12
3.1.1  钢丝绳的选型 12
3.1.2  卷筒的选型 12
3.2  钢丝绳直径的计算与选择 12
3.3  卷筒的设计计算 13
3.3.1  卷筒绳槽尺寸 13
2.3.2  卷筒直径 13
3.3.3  卷筒长度 13
3.3.4  卷筒厚度 14
3.3.5  卷筒的强度计算 14
3.3.6  卷筒转速 15
3.4电动机的选择 15
3.4.1  电动机类型 15
3.4.2  电动机容量的确定 16
3.2.4  制动力矩的验算 17
第四章 齿轮传动设计 19
4.1  齿数的确定 19
4.2  行星齿轮传动a-c副的设计计算 19
4.3  行星齿轮传动d-e副的校核计算 21
4.4  行星齿轮传动c-b副的校核计算 24
4.5  传动效率的计算 27
4.6  行星齿轮传动的主要参数 28
4.7  均载机构的选型 28
4.8  齿轮联轴器的设计计算 28
第五章 结构设计 30
5.2  防断绳机构设计 32
结论 35
参考文献 36
致谢 37
 
第一章 绪论
1.1 课题意义
    短行程简易升降机是工厂用于一、二层车间之间，提升人员或重物的机械设备。主要由电机、减速器、卷扬机、制动器、吊箱等组成。简易升降机用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。升降机（电梯）的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。其的发展趋势为：梯群控系统将更加智能化，超高速升降机（电梯）速度越来越高，蓝牙技术的广泛应用，绿色升降机（电梯）将普及，可视系统或人机对话等。
    如今，短行程简易升降机已深入了人们的生活。高科技的发展，人们越来越依赖于现代化的机器，对升降机的要求也变得更高。设计更新升降机已变得更加重要。简单易操作的升降机有利于节省工作时间，提高工作效益，更能为操作者提供必要的安全保障。
1.2 升降机国内外发展现状
    国外发展现状
    近20年世界工程升降机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎升降机)和AT(全地面升降机)产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化。目前世界工程升降机年销售额已达75亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。
    美国既是工程升降机的主要生产国，又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速发展及RT和AT产品的兴起，美国厂商曾在20世纪60～70年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例证。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂。1995年以来，其通过一系列的兼并活动，已发展成为世界顶级公司之一。
    日本从20世纪70年代起成为工程升降机生产大国，产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年总产量居世界第一。自1992年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势。目前日本市场年需求量为3000台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、法国、意大利等国。在德国AT产品市场份额中，利勃海尔占53%，格鲁夫占 16%，德马泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。
    国外工程升降机行业的联合风潮
    升降机制造业中的联合之风与汽 车业很相似，在汽车行业中，通用汽车、福特、雷诺、宝马、梅赛德斯、大众等大公司都走上了联合之路，这两个行业的世界市场已日趋一体化。欲在成熟的世界市场获取市场份额并保持增长，捷径是购买竞争对手，其长期目标是争夺世界市场的支配地位。在升降机行业，某种意义上，打入世界市场即意味着进入北美、日本（亚洲）和欧洲三大市场。世界顶级公司都对世界市场具有强大影响力，但迄今还没有一家公司在上述三大市场取得主导地位。有4家公司已在两大市场建立了根据地：格鲁夫和特雷克斯在北美与欧洲；多田野在亚洲和欧洲；住友建 机在亚洲及北美。
    格鲁夫、特雷克斯和多田野公司是通过收购竞争对手进入欧洲市场的。格鲁夫先是在1984年吞并了英国柯尔斯，而后在1995年购入德国克虏伯。特雷克斯公司于1995年兼并了法国PPM和意大利Bendini公司之后，近几年又收购了其他一些欧美公司。多田野在 1990年吞并了德国法恩公司。住友公司在 1986年收购了美国林克?贝尔特公司。利勃海尔和德马泰克公司都向美洲和亚洲出口升降机，加藤公司也将产品出售到欧洲。但升降机升降平台生产本地化要比依赖当地代理商创造更多机会，多田野和加藤这两家公司产品相似，汽车升降台机底盘也相同，但多田野海外投资多于加藤公司，因而在增加出口、改善国内市场萎缩带来的困境方面处于更有利的位置。
    多数厂商在争夺上述市场的同时，还努力扩大产品系列。格鲁夫公司的汽车升降机和RT 产品具有竞争优势，购买克虏伯公司后，在AT产品方面也颇具实力，该公司还准备生产履带式升降机。马尼突沃克公司已在履带式升降机行业 居支配地位，但也希望在其他升降机 产品领域取得相同影响力。
以往升降机厂商的某些合作，大多集中于营销协定或许可证贸易协定。许可证贸易要比全面并购方式开展 早，风险也小，在行业中已有先例。但按许可证协定进行制造,往往在期满后因产权争议而告终。特雷克斯与日本IHI公司有历史联系，至今特雷克斯还提供涂装AmericanCrane公司产品标志的IHI履带式升降机升降平台。有人会将特雷克斯与IHI的合作看作许可证贸易行得通的例证。但此类协定难以持久，其结果无非是特雷克斯要求加强对IHI公司的控制，或者谋求独立生产履带式升降机。IHI目前尚未建立北美市场份额，仅起分承包商作用。英国格鲁夫公司从1999年开始销售神钢履带式升降机和城市型升降机。多田野和日立建机公司在 1978年签订的相互提供产品、扩展双方产品系列的合作协议，收效不大。在国内市场萎缩情况下，日立建机于1999年2月宣布，将再次考虑扩大流动式升降机生产与销售领域与多田野的合作。而多田野公司则希望能拥有一家美国制造基地，但目前时机尚未成熟。拥有多种类型产品可使收入多样化。特雷克斯公司既经营采矿设备又经营起重搬运设备，起重搬运设备包括AT和RT产品、汽车升降机、履带式升降机、塔机等。林克?贝尔特公司基于其生产挖掘机的经验，成为首先将液压技术应用于桁架臂式升降机的厂商之一。但目前住友公司已将其在日本和美国的升降机与挖掘机企业(包括林克?贝尔特)分开，其依据是升降机和挖掘机属于不同行业。利勃海尔既生产挖掘机，也生产流动式升降机和塔式升降机，还在爱尔兰生产集装箱搬运升降机，其旗下各企业均为单独实体。
国内发展现状
  改革开放三十年以来,我国城市建设发展突飞猛进，有利的带动了我国升降机产业的发展,升降机做为人们出行的垂直交通工具已经随处可见。
①引进外资，合作办厂
    1978年，党的十一届三中全会作出了实行改革开放的重大决策。我们从独立研发、生产、安装升降机阶段发展到引进外资开办升降机厂，大批合资升降机企业拔地而起。如：1980年7月4日创建的中国迅达升降机有限公司，是由中国建筑机械总公司、瑞士迅达股份有限公司、香港怡和迅达（远东）股份有限公司3方合资组建，这是我国改革开放以来机械行业第一家合资企业。该公司的建立在中国升降机行业相继掀起了引进外资的热潮；1984年12月1日，天津市升降机公司、中国国际信托投资公司与美国奥的斯升降机公司合资组建的天津奥的斯升降机有限公司正式开业。
    引进外资，合作办厂不仅有利于我国本地升降机行业的进一步发展，对于
    推动我国城市发展建设也有重大深远的影响。从自1979年至今升降机的产量有了飞速的增长：不仅如此产品的结构也发生了明显的变化：老的直流升降机已被淘汰，交流双速梯、acvv交流调速梯逐渐被vvvf交流变频变压调速升降机所取代，控制系统已在大量采用plc和微电脑控制技术，最高梯速已达到4m/s；行业出现了翻天覆地的变化：升降机企业的生产条件、员工素质、管理水平有了极大的改善与提高。为什么我们的科技能够提高的那么快，这不能不归功于党的十一届三中全会确定的以经济建设为中心的总方针。没有大规模的经济建设，就没有今天的升降机市场，自然就没有今天的升降机行业。其次，不能不归功于改革开放的政策。改革开放后，党中央和国务院开放了上海、宁波、温州、福州、广州、等多个城市特区。从1985年起，又相继在长江三角洲，珠江三角洲，闽东南地区和环渤海地区开辟经济开放区。根据升降机行业的特殊性，这些地区也必将成为我国升降机行业发展集中地。
    随着大批升降机企业的创建，我国升降机行业在技术、管理也不断规范。1984年6月，中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分会成立大会在西安市召开，升降机分会为三级协会，也就是现在中国升降机协会的前身。1986年1月1日，“中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分会”更名为“中国建筑机械化协会升降机协会”，升降机协会升级为二级协会，这是升降机行业发展史上的一个里程碑。从此升降机行业第一次有了自己的行业组织。1987年，国家标准GB 7588-87《升降机制造与安装安全规范》发布。该标准等同采用欧洲标准EN81-1《升降机制造与安装安全规范》（1985年12月修订版）。该标准对保障升降机的制造与安装质量有十分重要的意义。
改革开放的第一个十年是我国升降机行业的萌芽期、升降机产业链形成的初级阶段。
②稳步发展,不断创新
    改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展,不断创新的十年。经过改革开放第一个十年，我国升降机行业在吸收国际升降机新技术的同时，相关的管理体制也在不断的完善。
    1990年1月16日由中国质量管理协会用户委员会等单位组织的全国首次国产升降机质量用户评价新闻发布会在北京召开。会议发布了产品质量较好的企业和服务质量较好的企业的名单。评价范围是全国28个省、市、自治区1986年以来安装使用的国产升降机，1150家用户参与了评价。
1991年3月升降机标准制订修订协调会在廊坊市中国建研院机械化所召开。会议确定1991年将制订国家标准《升降机产品型号编制办法》，《自动扶梯分类》，《自动扶梯技术条件》，《自动扶梯试验方法》、《自动扶梯安装验收规程》；修订国家标准GB7588-87《升降机制造与安装安全规范》，GB10060-88《升降机安装与验收规范》，另外还将制订3项行业标准：《船用升降机》，《液压升降机》，《升降机导轨检验规则》。
    1992年3月23～24日升降机协会第2届理事会工作会议在杭州市举行，会议承办单位是上钢三厂工贸总公司。20名理事和2名名誉理事出席了会议。杜宗翰理事长作了“升降机行业目前形势”的报告，任天笑副理事长兼秘书长作了“中国升降机协会报批情况及有待研究的几个问题”的报告。会议指出，升降
    机协会在社团清理整顿后经建设部（1991）751号文批准，并经民政部审查予以登记，于1991年12月22日获得了中华人民共和国社会团体登记证（社证字第0866号），从而成为中国升降机协会（一级协会），这是升降机界的一大喜事。
    改革开放政策实施以来，我国城市建设发展突飞猛进，更有利的带动了我国升降机产业的发展，1997年取得了升降机总产量与上年持平、总产值继续增长的好成绩，由此证明我国升降机行业更加成熟，适应市场变化和把握机遇的能力已大大提高。1998年，苏州江南升降机有限公司民族品牌的升降机、自动扶梯和自动人行道已销售到马来西亚、泰国、菲律宾、印度尼西亚、新加坡、孟加拉国、阿联酋、埃及、叙利亚、土耳其、阿根廷、澳大利亚、德国、英国、荷兰、意大利、葡萄牙、希腊等近20个国家及台湾、澳门地区，我国升降机产量突破3.02万台。
③迅猛发展，日新月异
    随着我国经济的快速发展、城市化建设的不断完善，升降机已不只存在于高档商务写字楼、大酒店、商城普及到高层住宅楼，同时也走进人们生活的多个角落，成为城市建筑中不可缺少的垂直交通工具。
    中国升降机行业之所以迅猛发展，日新月异，其根本的原因就是党的十一届三中全会推出的改革开放的大政方针，改革开放加快了中国发展的步伐。
    但由于经济发展不平衡，造成我国升降机行业发展的区域性。升降机生产中心主要在华东和华南地区，华东地区以上海为中心，辐射苏州、杭州、无锡、宁波一带长江三角洲，华南地区以广州为中心辐射东莞、中山、佛山一带珠江三角洲。华东是中国升降机产业的发源地，华南区域的升降机产业起步较晚，很多企业是随着广州改革开放的发展兴起。各主要中心省市相比，江浙一带市场容量更大，升降机产业发展势头更猛，特别是苏州，苏州整梯年产量占国内升降机市场的三分之一，而配件产品中，扶梯零配件年产量占全国市场的三分之一以上，升降机零配件的年产量也已经超过四分之一。苏州已经成为中国最集中的升降机生产制造基地之一，在中国升降机行业发展过程中具有举足轻重的地位。
    我国有13亿人口，在用升降机的人均拥有量是世界平均数的1/3，是发达国家的1/10。巨大的升降机市场吸引了全世界几乎所有升降机企业的关注。2007年中国政府出台了一系列经济政策，加强宏观调控力度，使升降机市场逐步走向稳健和规范轨道。中国大陆升降机市场在健康发展的同时稳步攀升，升降机产销量达到了21.6万台，比上年净增4.8万台，增幅为28%，这是在我国升降机产量持续走高的基础上又一次创造了历史新高，超过了全世界升降机产量的一半。据统计， 2007年我国安装验收升降机146999台，同比增长24%。截止2007年底，全国在用升降机达917313台。中国已经成为全球最大的升降机市场。 到2008年底，我国在用升降机量已超过100万台。中国目前不但是全球最大的升降机生产基地和消费市场，也是拥有升降机最多的国家之一。
    现在我国升降机生产力不断提高，质量也被国际市场所认可，不但能够满足国内市场需求，国际市场的供应能力也在加强。 
第二章 原理方案拟定
2.1 升降机总体方案设计
本课题的主要任务是遵循机械设计的功能与可靠性、经济性与工艺性、操作与安全性等要求，完成短行程简易升降机的曳引系统的设计。
1）设计控制系统
2）设计设防断绳机构
3）本升降机相关参数
（1） 提升重量：2T
（2） 升降机行程：4.5m
（3） 电动葫芦（电机、减速、制动、控制一体）
标准产品（供选用）
      功率：3kw
      提升速度：8m/min
 (4)钢丝绳直径：11mm
 (5)吊箱
根据以上要求，拟定如下两种升降方案：
方案一：
方案一如下图所示：简易短行程升降机主要由电动葫芦、吊篮、防断绳机构、机架组成：
由电动葫芦实现吊篮的提升，电动葫芦减速器、运行机构、卷筒装置、吊钩装置、联轴器、电动机、等主要部件组成。
起升电动机采用较大起动力矩的锥形制动电机，以适应产品断续工作中频繁的直接起动，最大转矩为额定力矩的2.4~3倍。
锥形转子电动机：转子为园锥形，制动器和电动机合为一体。电机不工作时，锥形制动器抱紧电机后端盖，始终处于制动状态。当电动机定子通电时，除产生旋转力矩外，同时产生轴向磁拉力，使转子轴向移动压缩制动弹簧，松开制动轮，转子随即开始运转。当电动机断电时，轴向磁拉力消失，制动轮在制动弹簧力的作用下产生制动力矩，电动机迅速停止运转。
吊篮上面设有防断绳机构，吊篮上设有四个导轮，使吊篮沿四个立柱上下移动。

图2-1 方案一

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