自动扶梯设计计算书

'自动扶梯设计计算书目录1梯级和扶手带速度计算21.1已知数据31.2梯级速度计算31.3扶手带速度计算:31.4扶梯胶带与梯级的同步率42、自动扶梯挠度及强度计算52.1已知数据5Q架52.2扶梯金属骨架,组合截面的转动惯量52.2.1角钢12×80×125的截面参数52.2.2组合面的转动惯量62.3受力分析62.3.1均布载荷q82.3.2电机、减速机重量Q动82.4挠度及强度计算82.4.1Q前1对E点引起的挠度和弯矩82.4.2Q人对E点引起的挠度和弯矩82.4.3均布载荷q对E点引起的挠度和弯矩93.自动扶梯驱动功率计算93.1梯路牵引计算93.1.1已知数据93.1.2满载上升时各区段上张力计算113.1.3满载上升时的圆周力P上123.1.4驱动梯级满载上升时所需功率为N梯123.2扶手牵引力计算133.2.1已知数据133.2.2满载上升时扶手系统各点张力计算143.2.3满载上升时驱动扶手带所需功率N扶153.3功率计算：154.驱动链条的强度校核155.曳引链条强度校对166控制柜主要原器件设计计算166.1可编程控制器的选型166.2主电源开关的选用166.3接触器的选用166.3.1主接触器；166.3.2热断电器的选型176.4变压器容量计算176.5电线及电缆的选用177联轴器有限元分析177.1有限元分析说明177.1.1描述7.1.2安全系数177.1.3材料属性187.2联轴器分析187.2.1上联轴器键槽18第31页共31页 自动扶梯设计计算书目录7.2.1.1分析结果187.2.1.2边界条件和网格187.2.1.3应力和变形207.2.1.4安全系数217.2.2上联轴器217.2.2.1分析结果217.2.2.2边界条件和网格217.2.2.3应力和变形237.2.2.4安全系数247.2.3下联轴器247.2.3.1分析结果247.2.3.2边界条件和网格247.2.3.3应力和变形267.2.3.4安全系数277.2.4下联轴器键槽277.2.4.1分析结果277.2.4.2边界条件和网格277.2.4.3应力和变形297.2.4.4安全系数307.3总结307.3.1联轴器的计算307.3.2对应各规格电动机时联轴器安全系数：31第31页共31页 自动扶梯设计计算书1梯级和扶手带速度计算1.1已知数据电动机YFD160M-6额定转速n电=960r/min主动链轮z1=19t=38.1被动链轮z2=65t=31.75梯级曳引链轮z3=19t=133.33d1=0.83413m扶手带传动链轮z4=32t=25.40扶手带驱动链轮z5=26t=25.40扶手带驱动胶轮d2=0.6974m减速机i=24.51.2梯级速度计算主传动总传动比i总i总=i×z2/z1=24.5×65/19=83.816主轴转速n主n主=n电/i总=960/83.816=11.454r/min梯级运行速度v梯v梯=（n主/60）×π×d1=(11.454/60)×π×0.0.8341=0.51m/s1.3扶手带速度计算:扶手带运行速度v扶v扶=(n主/60)×(z4/z5)×π×d2(1-ε轮)=(11.454/60)×(32/26)×π×0.6974×(1-0.003)=0.51297m/s式中ε轮——胶轮打滑系数第31页共31页 自动扶梯设计计算书1.4扶梯胶带与梯级的同步率(v扶-v梯)/v梯=(0.51297-0.51)/0.499=0.581%GB16899-2011标准中规定：扶手带的运行速度相对于梯级的速度允差为0~+2%。计算结果满足标准要求。1.5自动扶梯的理论输送能力Ct=B3/B1×C1=1000/600×3600=6000(人/h)Ct——理论输送能力人/hB3——梯级宽度1000mm。B1——梯级宽度600mm。C1——600mm梯级,0.5m/s名义速度时的最大输送能力为3600人/h。第31页共31页 自动扶梯设计计算书2、自动扶梯挠度及强度计算2.1已知数据序号代号名称数据及说明1E弹性模量E=2×105N/mm22H提升高度H=4800mm3α倾斜角度α=35°4V扶梯运行速度V=0.50×103mm/s5q梯梯路线载荷q梯=0.799N/mm6q人1m宽扶梯乘客载荷Q人=5N/mm7Ct理论运载能力Ct=6000人/小时8Q从从动链轮重量Q从=2587N9Q主主动链轮重量Q主=2744N10Q架金属骨架重量Q架=23005N11Q电电机重量Q电=1803N12Q减减速机重量Q减=1617N13Q扶扶手装置重量Q扶=20118N14Q轨导轨重量Q轨=10085N15Q前梳齿前沿板重量Q前=4508N16Q控电器控制重量Q控=637N2.2扶梯金属骨架,组合截面的转动惯量主梁选用角钢8×80×1252.2.1角钢8×80×125的截面参数截面积S=2335.1mm2第31页共31页 自动扶梯设计计算书重心距离x0=20mmy0=42.2mm惯性矩Ix0=3.644×106mm42.2.2组合面的转动惯量横截面如图2-1一根角钢的转动惯量Ix＇Ix＇=Ix0+a2S=3.644×106+(1030/2-y0)2×2335.1=3.644×106+(1030/2-42.2)2×2335.1=5.256×108mm4组合截面的转动惯量Ix=4Ix＇=4×5.256×108=2.102×109mm4=2.102×10-3m42.3受力分析扶梯受力情况,如图2-2所示第31页共31页 自动扶梯设计计算书第31页共31页 自动扶梯设计计算书2.3.1均布载荷qa、乘客给扶梯的均布载荷q人按国际q人=5N/mmb、梯路线载荷q梯q梯=0.799N/mmc、金属构件的线载荷q构q构=(Q架+Q扶+Q轨+Q控)/L=(23005+20118+10085+637)/16224=3.32N/mm均布载荷q=q人+q梯+q构=5+0.799+3.32=9.12N/mm2.3.2电机、减速机重量Q动Q动=Q电+Q减=1803+1617=3420N2.4挠度及强度计算由受力图分析，因为有中间支撑，且下部水平跨距8700大于上部水平跨距7524，最大挠度和最大弯矩出现在E点，即：ymax=yEMmax=ME，下面计算从A点到F点各分力对E点的挠度和弯矩。2.4.1Q前1对E点引起的挠度和弯矩式中：a=928b=7574x=4207L=8700y1=-Q前a2b2(6EIL)×[2(L-x)/b+(L-x)/a-x3/ab2]=-0.0578mmM1=Q前a（L-x）/L=1073423N/mm2.4.2Q人对E点引起的挠度和弯矩式中：a=1087b=7574x=4207L=8700y2=-（Q人a2b2/6EIL）×[2（L-x）/b+（L-x）/a-x3/ab2]=-0.0355mm第31页共31页 自动扶梯设计计算书M2=[Q从a(L-x)]/L=0.7102×106N/mm2.4.3均布载荷q对E点引起的挠度和弯矩y3=-5L4/384EI=-8.21mmM3=qL2/8=1.584×108N/mm=-0.039mm所以E点的挠度为yF=y1+y2+y3=-8.303mm即：最大挠度ymax=8.303mm扶梯下部跨距为8700mm,其允许挠度为L/750所以[y]=L/750=11.60mm＞8.303mmE点处的弯矩MEME=M1+M2+M3=1.624×108N/mm所以最大应力为δmaxδmax=ME×y/Ix=1.624×108×515/2.102×109=39.78N/mm2=3.978×107N/m2允许应力[δ]=1.921×108N/m2＞δmax=3.978×107N/m2所以金属骨架强度满足要求3.自动扶梯驱动功率计算3.1梯路牵引计算3.1.1已知数据序号代号含义计算式及结果1Q级一个梯级的重量245N2t级梯级节距0.13333m3q链每米链条重量98N/m4q梯梯路线载荷q梯=Q级/t级+2q链=799N/mm5Q人每位乘客的重量600N第31页共31页 自动扶梯设计计算书6q人乘客的线载荷q人=nQ人/t级ψ=2643N/mm7d级梯级主副轮轴径2.0cm8U级梯级轮轴承磨擦系数0.0159f梯级轮滚动磨擦系数0.110d梯级主副轮直径7cm11U链链条销轴的磨擦系数0.312d链链条销轴直径1.43cm13R曲线段梯级主轮曲率半径1.79m14U轮链轮轴承处磨擦系数0.0115d轮链轮轴颈直径0.7434m16D0链轮节圆直径0.6834m17α倾斜角度35°18H提升高度4800mm19N第个梯级上的人数220φ扶梯的满载系数φ=(2-v)×0.6=0.859梯路各区段长度：L6-7=0.341mL7-8=0.9925mL9-10=11.411mL11-12=0.66mL12-13=0.342mL0-1=1.0165mL2-3=11.86mL4-5=0.642m直线段阻力系数C0C0=[(u级×d级+2f)/d]/β=(0.015×2.0+2×0.1)/8=0.02875式中β为轮缘侧面与导轨间可能出现磨擦系数，取β=1曲线段阻尼系数CRCR=1+αC0+（u链d链）/R第31页共31页 自动扶梯设计计算书=1+π/6×0.02875+(0.3×0.0143)/1.79=1.53链轮上的阻尼系数C轮C轮=(u链d链+u轮d轮)/D0=(0.3×0.0143+0.01×0.7434)/0.6834=0.017163.1.2满载上升时各区段上张力计算张紧端取弹簧张力A为4704NS6=S5(1+2C链)+q梯D0(1-C链)=S5(1+2×0.01716)+799×0.6834(1-0.01716)=1.0138S5+617A=1.2(S5+S6)=4704所以S5=2342NS6=2362NS7=S6+q梯L6-7C0=2362+799×0.458×0.028=2372NS8=S7+(q梯+q人)L7-8C0=2372+(799+2643)×0.602×0.028=2430NS9=S8(CR+2αC0)+(q梯+q人)R[αC0-(1-COSα)]=2430×[1.017-2(π/6)×0.028]+(799+2643)×1.79×[(π/6)×0.028-(1-COS30°)]=1664NS10=S9+(q梯+q人)L9-10(SINα+C0COSα)=1664+(799+2643)×11.411×(SIN35°+0.028×COS35°)=25090NS11=S10CR+(q梯+q人)R[αC0+(1-COSα)]=25090×1.017+(799+2643)×1.79[(π/6)×0.028+(1-COS35°)]=26721.05NS12=S11+(q梯+q人)L11-12C0=26721.05+(799+2643)×0.459×0.028=26765.29N第31页共31页 自动扶梯设计计算书S13=S12+q梯L12-13C0=26765.29+799×0.4×0.028=26774.2388NS4=S5-q梯L4-5C0=2342-799×0.620×0.028=2328NS3=S4(CR-2u链d链/R)+q梯R[(1-COSα)+αC0]=2328×(1.017-2×0.3×0.0143/1.79)+799×1.79×[(1-COS35°)+(π/6)×0.028]=2671.10NS2=S3+q梯L2-3(SINα-C0COSα)=2671.10+799×7.44×(SIN35°-0.028COS35°)=5499NS1=S2(2-CR)+q梯R[(1-COSα)-C0α]=5499×(2-1.017)+799×1.79×[(1-COS35°)-0.028×(π/6)]=5576.171NS0=S1-q梯L0-1C0=5576.171-799×1.0165×0.028=5553.13N3.1.3满载上升时的圆周力P上P上=S13-S0+(S13+S0)C链-q链D0=23604.54-5553.43+(23604.54+5553.43)×0.0069-799×0.8341=16158.84N3.1.4驱动梯级满载上升时所需功率为N梯N梯=SV/(102×9.8)=(16158.84×0.5)/(102×9.8)=8.9kw第31页共31页 自动扶梯设计计算书3.2扶手牵引力计算3.2.1已知数据序号代号含义数据及说明1q人乘客对扶手带的线载荷45N/m2Q扶每米扶手带的重量25N/m3y摩驱动滑轮与扶手间磨擦系数0.54a曲线段的包角圆弧段为π其它π/65fl1扶手胶带对滑轮群滚动磨擦系数0.56u0滑轮轴承的磨擦系数0.017d1滑轮轴颈1.5cm8C0扶手带与扶手导轨间磨擦系数0.39D1滑轮群轴颈3.5cm10fl2扶手胶带对滑轮群的磨擦系数0.311d3托辊轴的直径12cm12D3托辊的直径7cm13fl3fl3=fl!0.5cmL0-1=0.071mL1-2=11.365mL2-3=0.861mL4-5=0.573mL6-7=11.345mL8-9=0.938mL10-0=0.844m扶手带在曲线段的阻力系数CR(1)扶手胶带在导轨上滑动时u=ug+0.01=0.31CR=luβ=l0.31×π/6=1.17第31页共31页 自动扶梯设计计算书(2)扶手胶带在滑轮群上运动时u=(2f+u0d1)/D1+u0=(2×0.5+0.01×1.5)/3.5+0.01=0.3CR=luβ=l0.3×π=1.942直线段阻力系数C0(1)扶手胶带在导轨上滑动时C0=ug=0.3(2)扶手带在托辊上运动时C0=(2fl3+u0d1)/D3=(2×0.5+0.01×1.5)/7=0.1453.2.2满载上升时扶手系统各点张力计算满载上升时扶手系统各点张力计算(圆弧段R=0.352)根据结构可使S2=0S3=S2+q扶L2-3ug=0+25×0.861×0.3=6.46NS4=S3CR+q扶R(L-COSα)=6.46×2.57+25×0.352×(1-COS35°)=17.78NS5=S4+(q扶+q人)L4-5C0=17.78+(25+45)×0.57×0.3=29.75NS6=S5CR+(q扶+q人)R(1-COSα)=29.75×1.17+(25+45)×2.2×(1-COS35°)=55.44NS7=S6+(q扶+q人)L6-7(C0COSα+SINα)=55.44+(25+45)×11.345×(0.3COS35°+SIN35°)=658.835NS8=S7CR+(q扶+q人)R(1-COSα)=658.835×1.17+(25+45)×2.2×(1-COS35°)=791.319NS9=S8+(q扶+q人)L8-9C0=791.319+(25+45)×0.938×0.3=811.017NS10=S9CR-q扶R(1-COSα)=811.017×2.57-25×0.352×(1-COS35°)=2083.14N第31页共31页 自动扶梯设计计算书S0=S10+q扶L10-0C0=2083.14+25×0.844×0.3=2089.47NS1=S2-q扶L1-2(C0COSα-SINα)=0-25×11.365×(0.17×COS35°-SIN35°)=100.23NS1-0=S1-q扶L0-1C0=100.23-25×0.071×0.3=99.698N3.2.3满载上升时驱动扶手带所需功率N扶扶手带驱动处的圆周力SS=S0-S1-0=2089.47-99.698=1989.77N满载上升时驱动一条扶手带所需功率N1N1=SV=1989.77×0.5=0.995kw满载上升时驱动两条扶手带所需功率N扶N扶=2N1=2×0.995=1.99kw3.3功率计算：由梯路和扶手所引起的在驱动主轴上的总功率为N总=(N梯+N扶/η扶)/η式中：η扶——驱动扶手带的链传动和磨擦传动的效率η扶=η链η磨=0.97×0.98=0.951η——电机Z1曳引主轴的效率η=η扶η链=0.93×0.97=0.902N总=(8.9+1.99/0.95)/0.902=12.19kw所选电机功率为15kw4.驱动链条的强度校核P驱=P上(De/D驱)+S(D扶/D驱)×(1/η扶)第31页共31页 自动扶梯设计计算书=17585.8×(0.777/0.703)+2×1989.8×(0.470/0.703)×(1/0.931)=22294.73安全系数n=P2/P驱=166800/22294.73=7.48安全系数大于5，满足要求5.曳引链条强度校对安全系数n曳=P1/P上=333600/22294.73=18.97安全系数远大于5，满足要求。6控制柜主要原器件设计计算6.1可编程控制器的选型选用性能可靠，通用性强，应用指令丰富的日本欧姆龙CP1E系列可编程控制器，具体型号则根据控制系统中所用的输入输出点数而定，功能信号与控制信号输入点为12点，输出点为8点，所以选用CP1E-E3000R-A满足要求。6.2主电源开关的选用选用额定电流为63A的负载开关；由于动力回路额定电流为22.5A，控制回路、照明电路及其它电路电流总和少于8A，因此总的负载电流不大于30.5A。故考虑到主机启动电流为运行的2~3倍，选用额定电流为63A的负载开关符合要求。6.3接触器的选用6.3.1主接触器；由于自动扶梯和自动人行道使用过程中，电机启动制动频率不是很高，对于额定电流为23.5A的电机，动力回路选用AC-3类别，额定电流为40A接触器满足要求。对于负载电流总和少于10A的控制回路，选用AC-15类别,额定电流为18A的接触器满足要求。根据以上条件，选用的第31页共31页 自动扶梯设计计算书运行接触器，可满足11Kw/23.5A曳引机的要求。6.3.2热断电器的选型根据电网电压的均衡性较差，工作环境恶劣或较少有人照管的电动机，选用三相结构的热继电器，对于三角形联结的电动机拖动，应选用带断相保护装置的热断电器，热元件的额定电流通常额定到与电动机额定电流高1.1～1.15倍。所以，Ie为50A的三相结构的热断电器，符合要求。6.4变压器容量计算选用变压器参数：容量250VA，输出110V/150VA;输出220/80VA输出8V/20VA。接触器线圈电压为AC110V，启动功耗为80VA，维持功耗为8VA；抱闸线圈电压为AC220V，额定电流为0.36A，功耗为79.2VA；故障显示电路电压为9V，功耗为9VA。综上比较，选用的变压器满足要求。6.5电线及电缆的选用动力回路选用BVR1*6mm2电线，安全载流量为42A(导体温度：70℃/环境温度：在空气中30℃，)，控制回路选用RV1*1mm2电线，载流量为11A(导体温度：70℃/环境温度：在空气中30℃，)。(引自IEC60364-5-523表52-C1)由于总的负载电流不大于33.5A，而控制回路及其它电路电流总和小于10A，因此所选用电线电缆满足要求。7联轴器有限元分析7.1有限元分析说明7.1.1安全系数安全系数是根据天津市佳利电梯电机有限公司标准计算求得。第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.1.2材料属性序号材料名称杨氏模量泊松比1QT-4001.69e+005Mpa0.2752ZG310-5702.0e+005Mpa0.37.2联轴器分析7.2.1上联轴器键槽7.2.1.1分析结果分析类型等效应力[MPa]最大应力[MPa]安全系数FEA724.7249.9817.2.1.2边界条件和网格使用迭代法，当键槽处SF=1时，求得最大的扭矩为782Nm第31页共31页 自动扶梯设计计算书图示：边界条件图示：网络第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.1.3应力和变形图示：等效应力图示：最大应力第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.1.4安全系数图示：安全系数7.2.2上联轴器7.2.2.1分析结果分析类型等效应力[MPa]最大应力[MPa]安全系数FEA206.5250.217.2.2.2边界条件和网格在联轴器的上联轴器和下联轴器配合时，当上联轴器SF=1时、使用迭代法求得上联轴器的扭矩为985N.m.第31页共31页 自动扶梯设计计算书图示：边界条件图示：网格第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.2.3应力和变形图示：等效应力图示：最大应力第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.2.4安全系数图示：安全系数7.2.3下联轴器7.2.3.1分析结果分析类型等效应力[MPa]最大应力[MPa]安全系数FEA616.11841.367.2.3.2边界条件和网格在联轴器的上联轴器和下联轴器配合时，当上联轴器SF=1时、使用迭代法求得上联轴器的扭矩为985N.m.第31页共31页 自动扶梯设计计算书图示：边界条件图示：网格第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.3.3应力和变形图示：等效应力图示：最大应力第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.3.4安全系数图示：等效应力7.2.4下联轴器键槽7.2.4.1分析结果分析类型等效应力[MPa]最大应力[MPa]安全系数FEA854250.417.2.4.2边界条件和网格使用迭代法，当SF=1时，求得最大的扭矩为755Nm。第31页共31页 自动扶梯设计计算书图示：边界条件图示：网格第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.4.3应力和变形图示：等效应力图示：最大应力第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.2.4.4安全系数7.3总结7.3.1联轴器的计算由于5组联轴器的计算过程相同，故省略了一些中间过程。只给出了CG35-125的计算过程，计算结果如下：联轴器规格上联轴器最大扭矩（N.m）下联轴器最大扭矩（N.m）联轴器最大扭矩（N.m）CG35-125782755755CRW160(9.5kW)782763763CRW160(11-13kW)696829696CRW160(15kW)863815815CRW180（22kW）112511661125备注：联轴器最大扭矩值选取整个联轴器最薄弱位置的最大值。第31页共31页 自动扶梯设计计算书7.3.2对应各规格电动机时联轴器安全系数：电动机转矩：TD＝9550×P/nD符号单位说明数据PkW马达功率7.5811131518.522nDrpm马达转速960960960960960960960TDN.m马达转矩74.6179.58109.43129.32149.22184.04218.85联轴器强度：S＝TC/TD符号单位说明数据PkW马达功率7.5811131518.522TCN.m联轴器许用最大扭矩75576369669681511251125S-联轴器安全系数10.129.586.365.385.466.115.14以上计算结果满足安全系数≥5的要求。第31页共31页'