机电一体化技术课程设计任务书
设计题目一：电梯开关门系统设计
1、电梯门系统介绍
1）电梯系统简介
随着现代化城市高速发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来，电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间，一般称为电梯。通常电梯可以分为四大空间（机房部分、井道及底坑部分、轿厢部分、层站部分），八大牵引系统，分别为牵引系统、导向系统、门系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保障系统。其中曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。由曳引机、导向轮、曳引钢丝绳、曳引绳头等部件组成。导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。由导轨架、导轨、导靴等部件组成。机械安全保护系统主要保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生，由缓冲器、限速器、安全钳、制动器、门锁等部件组成。门、轿门及开关门系统由轿门、厅门、开关门机构、门锁等部件组成。
图1 电梯的结构组成
2）电梯门系统结构
门系统是电梯的八大系统之一，电梯门从安装位置来分可分为两种：装在井道入口层站处的为层门（图2中的2指向）；装在轿厢入口处的为轿厢门。层门和轿厢门按照结构形式可分为中分门、旁开门、铰链门等，其中乘客电梯主要采用中分式门，如图2所示。
自动门机是安装于轿厢顶上，它在带动轿门启闭时，还需通过机械联动机构带动层门与轿门同步启闭。为使电梯门在启闭过程中达到快，稳的要求，必须对自动门机系统进行速度调节。当用小型直流伺服电机时，可用电阻串并联方法。采用小型交流转矩电动机时，常用加涡流制动器的调速方法。直流电机调速方法简单，低速时发热较少，交流门机在低速时电机发热厉害，对三相电机的堵转性能及绝缘要求均较高。
图2 中分式电梯门结构
1-轿门 2-层门
电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块、门框、地坎等部件组成，如图3。门一般由薄钢板制成，为了使门具有一定的机械强度和刚性，在门的背面配有加强筋；为了减小们运动中产生的噪声，门板背面涂贴防震材料。门导轨由扁钢和C型折边导轨两种，门通过滑轮与导轨相连，门的下部装有滑块插入地坎的滑槽中；门的下部导向用的地坎由铝或铜材制作（乘客电梯）。
图3 中分式电梯门结构
1-层门 2-轿厢门 3-门套 4-轿厢 5-门地坎 6-门滑轮 7-层门导轨架 8-门扇 9-层门立柱 10-门滑块
目前居民住宅区电梯广泛应用的都是中分门，故本次设计仍然以现有的中分门为设计对象。
图4 中分式电梯门机构运动简图
1-拨杆 2-减速带轮 3-开关门电动机 4-开关门调速开关 5-掉门导轨
6-门刀 7-安全触板 8-门滑块 9-轿门踏板 10-轿门
2、电梯门机械系统设计任务
1）机械系统设计 （1）设计参数为
门的高度为2300 mm、单扇门宽为686 mm、厚度为110 mm。封闭式门扇一般用1～1．5 mm厚的钢板制造，中间辅以加强筋。有时为了加强门扇的隔音效果和提高减振作用，在门扇的背面涂设一层阻尼材料，如油灰等，本次设计门扇的钢板厚度采用1.5mm。
（2）机械系统完成内容
a、画出门开关的机械系统机构运动简图； b、计算机构的自由度；
c、完成电机的选择和机构构件尺寸的计算。 绘图部分具体要求：
a、完成开关门机构装配图1张（A1图纸）。 b、指定零件绘制零件图1张（A4图纸）。
表1 电梯门系统不同方案的设计参数
方 案 1 2 3
门轴转速 1000 r/min 1200 r/min 800 r/min
关门压力 小于150 N 小于150 N 小于150 N
开门速度 1 m/s 1.2 m/s 1.4 m/s
2）机械系统设计 （1）控制系统装置选择
电梯门机控制系统按装置可以分为如下三类。1、继电器控制：2、PLC控制：是一种工业控制用的微机。3、微机控制。在本次机电一体化课程设计中一律采用PLC进行门系统的控制。
（2）控制要求
电梯门控制系统叫做电梯门机，是一个负责启闭电梯门的一个伺服系统，比如电梯的开门关门是一个电信号，那么他通过电动机，传感器，变速器等转变为一个特定方向的力，关闭或打开门。
a、当电梯门系统中的电梯门机收到电梯轿厢到达该层的准确位置时，电梯门控制系统要发出一个确认信号来确认是否电梯的轿厢到了该层的准确位置，如果这两个信号同时输出为正确，那么电梯门机启动伺服系统进行层门和轿厢门的联动开启。
b、电梯门开启到指定位置后，停止开启动作并开始计时，计时可以在总体系统中进行调整，到计时到，同时检测是否超载，如果超载提醒铃声想起，如果没有超载并检测门中间没有人员进行上下时，电梯门伺服系统进行关门动作，在过门过程中如果门中间检测到有人，电梯门应立即停止关门动作并转入开启动作，同时检测人是否进入和走出电梯，如果完成，再转入关门动作，并且要控制门压力小于规定要求。
c、当电梯门完全关闭后，进行运行。 3、设计说明书
1）写出控制程序结构图；
2）计算输入输出的接口数量，选择合适的PLC，如果需要附加扩展模块，要给出模块的数量和接口数；
3）分配主模块和扩展模块的接口； 4）写出控制梯形图；
5）利用PLC梯形图的仿真软件进行程序仿真，看是否达到前边的控制要求。 6）书写控制说明书，设计说明书要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析、比较与确定，机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计的流程图以及相关程序等。说明书的撰写内容不应少于4000字符，要求内容丰富、条理清晰、图文并茂。
设计题目二：电梯牵引系统设计
1、电梯升降牵引系统设计
1）电梯简介
随着现代化城市高速发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来，电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间，一般称为电梯。通常电梯可以分为四大空间（机房部分、井道及底坑部分、轿厢部分、层站部分），八大牵引系统，分别为牵引系统、导向系统、门系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保障系统。其中曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。由曳引机、导向轮、曳引钢丝绳、曳引绳头等部件组成。导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。由导轨架、导轨、导靴等部件组成。机械安全保护系统主要保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生，由缓冲器、限速器、安全钳、制动器、门锁等部件组成。门、轿门及开关门系统由轿门、厅门、开关门机构、门锁等部件组成。
图1 电梯的结构组成
2）电梯升降牵引系统
电梯牵引系统是一种安装在电梯提升间中用于钢丝绳牵引电梯的电梯驱动器包括：传动装置、直立位置的电动机、制动器和用于为电梯机箱提供垂直运动的悬挂元件。
电动机和传动装置相对于垂直平面倾斜一定角度，电动机中没有零件伸出传动装置的水平边界。这样电梯驱动器占据旧能小的表面积，利用了电梯提升间内有限的空间。制动器是传动装置的一部分，并不可拆卸地固定于其上，从而可轻易地将电动机装拆到传动装置上。
电梯曳引机，是电梯的主拖动机械，按驱动电动机的类型可分为直流电动机拖动和交流电动机拖动两类；按有、无减速器来分类，可分为有齿轮和无齿轮两类。以前，有齿轮曳引机一般用于低速、快速交流电梯，无齿轮曳引机一般用于高速直流电梯。现代拖动技术中广泛地采用了VVVF（变压变频）技术，无齿轮交流同步曳引机在低速、快速电梯中也得了大量应用。
国产电梯大量使用的是蜗轮蜗杆减速器有齿轮曳引机，它主要由电动机、电磁制动器、联轴器、减速器、曳引轮和底座等组成，结构如图1所示。
图1 有齿曳引机结构图
1-减速器 2-曳引轮 3-制动器 4-电动机 5-盘车手轮 6-底座
图2 曳引力示意图
2、牵引机械系统设计任务 （1）机械系统设计
计算部分具体要求：
根据设计原始数据进行曳引机有关参数计算，选定曳引机电动机，设计与之相匹配的蜗杆减速器，选定其它零、部件，最终设计出既满足使用性能有符合国家标准的曳引机的完整结构
设计原始数据：四层乘客电梯，额定载重量1000kg，额定速度1m/s，乘客人数13人，设计寿命Lh=50000h，曳引高度12m。
a、估算曳引电动机容量，曳引力校核计算； b、完成减速器的设计计算，画出平面图； 绘图部分具体要求：
a、完成减速器装配图1张（A1图纸）。 b、指定零件绘制零件图1张（A4图纸）。 （2）控制系统设计 （1）控制系统装置选择
电梯门机控制系统按装置可以分为如下三类。1、继电器控制：2、PLC控制：是一种工业控制用的微机。3、微机控制。在本次机电一体化课程设计中一律采用PLC进行门系统的控制。
（2）控制要求
电梯牵引机在得到一个运行的信号后驱动电梯进行运动，在此同时指示灯显示运行方向，要去电梯的运行速度不高于0.5m/s，。
a、当电梯离到达需要停的层准确位置还有0.5米时，牵引机构进入减速运行阶段，加速度从一个固定值到零，完全停止后发出一个停止信号给门控制系统。
b、当接到门完成的控制信号后，检测运行方向信号，按该方向先慢速运行然后进入0.5m/s的正规运行阶段。
c、当电梯到达最高或最低层时，要进入返程运行，当没有信号时进入等待状态。 3、设计说明书
1）写出控制程序结构图；
2）计算输入输出的接口数量，选择合适的PLC，如果需要附加扩展模块，要给出模块的数量和接口数；
3）分配主模块和扩展模块的接口； 4）写出控制梯形图；
5）利用PLC梯形图的仿真软件进行程序仿真，看是否达到前边的控制要求。 6）书写控制说明书，设计说明书要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析、比较与确定，机械系统的结构设计，主要零部件
的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计的流程图以及相关程序等。说明书的撰写内容不应少于4000字符，要求内容丰富、条理清晰、图文并茂。