1 Анализ исходных данных

1.1 Исследование исходных данных

Провести реконструкцию лифта номинальной грузоподъемностью 500 кг и номинальной скоростью движения кабины 1,4 м/с расположенного в 9-ти этажном здании, в шахте размерами 1200х1400 мм, высота от пола до потолка 3000 мм, а толщина межэтажного перекрытия 150 мм.

Характеристики лифта и данные задачи приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики лифта и данные задачи

Название параметра	Обозначение	Размерность	Значение
Грузоподъемность лифта	Q	кг	500
Скорость движения кабины	V	м/с	1.4
Количество этажей	N	шт	9
Население 1-го парадного	А	чел	2857
Высота этажа	hэт	мм	3000
Высота межэтажного перекрытия	hмежэт	мм	150
Вместимость лифта	E	чел	6

1.2 Кинематическая схема

Помимо основных данных лифта необходимо подобрать кинематическую схему лифта, представленную в соответствии с рисунком 1.

КВШ – канатоведущий шкив;Q – грузоподъемность;

Т – вес тяговых канатов; П – вес противовеса;

К – вес кабины, G_кб – вес подвесного кабеля

Рисунок 1 – Кинематическая схема лифта

1.3 Исследовательская часть

Исследуя данные, мы выявили, что необходима глубокая модернизация, как результат этого необходима замена всех агрегатов и компонентов лифта, а так же демонтаж и установка новой каркасно-приставной шахты, размеры которой будут аналогичны прежним, что приведет к экономическим затратам, но более безопасной работе и эксплуатации лифта. Конкретных условий по монтажу шахты не имеем, за исключением ее габаритов. Основные размеры кабины и шахты приведены в таблице 2

Таблица 2 – Основные размеры кабины и шахты

Параметр	Значение, мм
Высота кабины	2100
Ширина кабины	1200
Глубина кабины	1400
Ширина шахты	1750
Глубина шахты	2000
Ширина дверей кабины	1200

2 Технические расчеты

2.1 Проверка соответствия лифтовой установки комфортности

перевозки пассажиров во время утреннего периода

Расчетный пятиминутный пассажиропоток при равномерной заселенности этажей А₅ ,чел/5 мин рассчитывается по формуле (1)

(1)

чел/5 мин

где А – население парадного, чел;

N – число заселенных этажей, шт;

N_п – число этажей, население которых не пользуются лифтом; i=4-6 % – показатель интенсивности пассажиропотока, характеризующий число пассажиров, подлежащих перевозке в течении расчетного пятиминутного периода, в процентах от числа людей пользующихся лифтом в здании , принимаем i=5.

Расчетный часовой пассажиропоток А_ч ,чел·ч, рассчитываем по формуле (2)

(2)

чел·ч

Провозную способность пассажирского лифта, работающего в условиях двухстороннего пассажиропотока Р_л ,чел·ч, рассчитываем по формуле (3)

(3)

чел·ч

где E – номинальная вместимость кабины, чел;

γ^п – коэффициент заполнения кабины лифта про подъеме;

γ^с - коэффициент заполнения кабины лифта про спуске;

Для жилых зданий в расчетный период принимаем значения

γ^п = 0,8; γ^с = 0,4.

Время кругового рейса лифта при двухстороннем пассажиропотоке Т,с, вычисляем по формуле (4)

(4)

где Н_в – вероятная высота подъема лифта, м;

h – путь, который проходит лифт при разгоне до номинальной скорости и торможении от номинальной скорости до остановки; м, при скорости 1,0 м/с равный 2,0;

N^п_в , N^с_в – число вероятных остановок при подъеме и спуске;

K_t – коэффициент учитывающий дополнительные затраты

времени при работе лифта, выбираем 1,05 – 1,1, принимаем среднее значение K_t=1,07;

t₁+t₂+t₃ – значение времени на ускорение и замедление лифта, на пуск лифта пассажиром, на открывание и закрывание дверей, с. Для лифтов скоростью 1,0 м/с принимаем значение t₁+t₂+t₃= 11;

t^п₄,t^с₄ – затраты времени на вход пассажиров в кабину, с;

t^п₅,t^с₅ – затраты времени на выход пассажиров из кабины, с.

Вероятную высоту подъема лифта рассчитываем по формуле (5)

(5)

м

где к_в – коэффициент вероятной высоты подъема, равный 0,9;

Н_max – максимальная высота подъема лифта до последнего этажа,м

Число вероятных остановок рассчитываем по формулам (6), (7)

(6)

шт (7)

шт

где N₁ – число обслуживаемых лифтов этажей в здании, шт.

Время на вход и выход пассажиров при подъеме и спуске вычисляем по формулам (8), (9)

(8)

(9)

где Δt – время на вход или выход одного пассажира. При ширине дверного проема 1020 мм >1000 мм принимаем значение Δt=1,2 с.

Количество лифтов определяем по формуле (10)

(10)

Интервал движения лифта, а так же показатель транспортной комфортности определяем по формуле (11)

(11)

2.2 Анализ проверки комфортности лифта

После проведенных расчетов мы установили, что необходим один лифт, с предоставленными характеристиками, и время ожидания этого лифта составило 119,7 с. Так как был рассчитан пиковый период, который не встречается в практике, средняя величина времени ожидания будет снижена до 80 %. Таким образом t_ож составит 95,76 с, что является удовлетворительным показателем комфортности для лифта в жилого здания.

2.3 Противовес и уравновешивающие устройства. Расчет канатов на

удельное давление

Применение уравновешивающих устройств значительно уменьшает используемое тяговое усилие на шкиве а, следовательно, позволяет использовать более легкие и дешевые лебедки.

Одним из уравновешивающих устройств является противовес, массу которого выбирают такой, чтобы она уравновешивала массу кабины и часть массы груза. В лифтах с КВШ противовес, наряду с этим, обеспечивает натяжение канатов, необходимое для надежного сцепления канатов с ободом шкива.

Основу конструкции противовеса составляет несущий каркас с устройством канатной подвески и башмаками.

Канаты закрепляются на верхней балке каркаса с помощью пружинной подвески.

Рамы противовеса заполняются набором железобетонных или чугунных грузов исходя из расчетного значения коэффициента уравновешивания φ и массы каркаса. Вес противовеса полностью уравновешивает вес кабины и части полезного груза определяется по формуле (12)

₍₁₂₎

_где К - вес кабины, принимаем К=8000 [1]

- коэффициент уравновешивания, указывающий, какую часть полезной нагрузки уравновешивает противовес, принимаем =0,5;

Q - грузоподъемность лифта, Н.

Для перевода грузоподъемности из килограммов в ньютоны воспользуемся физико-математическим условием:1кг = 9,806 Н, таким образом Q = 4900 Н.

В любом случае при расчете уравновешивающих устройств необходимо учитывать, что часть веса тяговых канатов уравновешивается весом подвесного кабеля.

Перед расчетами выбираем стальной тяговый канат – 10,5 ГЛ-В-Н, [Р_р]=53 кН, q_т1=3,8 Н/м, и подвесной кабель типа КПВЛ 12,q_кб =3,43Н/м.

Вес 1 м тяговых канатов определяем по формуле (13)

(13)

Н/м

где - вес 1 м каната, Н/м;

- число канатов, шт.

Вес 1 м подвесного кабеля определяем по формуле (14)

(14)

Н/м

где - вес 1 м кабеля, Н/м;

- число кабелей, шт.

Вес тяговых канатов определяем по формуле (15)

(15)

где – длина тяговых канатов от точки сбегания их с КВШ до кабины или противовеса при крайнем нижнем рабочем положении, принимаем Н_т = H_max+3, Н_т = 24,1 м.

Вес подвесного кабеля определяем по формуле (16)

(16)

Н

где H_кб – длина подвесного кабеля от точки подвески его на кабине (при нахождении ее на верхней остановке) до крайней нижней точки кабеля, принимаем Н_кб = 0,5H_max+5, H_кб = 15,3 м.

Вес противовеса без уравновешивающих элементов определяем по формуле (17)

(17)

Далее проведем расчет прочности канатов. Расчетное максимальное статическое натяжение ветви каната при положении внизу определяем по формуле (18)

(18)

Н

где i_n – кратность полиспаста, принимаем i_n = 1.

Разрывное усилие канат определяем по формуле (19)

(19)

где К_з – коэффициент запаса прочности, принимаем наименьшее значение для пассажирского лифта К_з = 13.

После расчета необходимо сравнить полученные данные разрывного усилия с разрывным усилием в целом стального тягового каната, по условию Р_р < [Р_р]. Все расчетные данные противовеса, канатов и подвесного кабеля приведены в таблице 4.

Проверка совместимости с условием Р_р < [Р_р] :

42150,29 Н < 53000 Н

Условие выполнено.

2.4 Тяговые расчеты

2.4.1 Потери на сопротивление движению относятся в основном потери на трение (потери в башмаках кабины и противовеса, на канатоведущем шкиве).

Механические потери в редукторе и электрические потери в электродвигателях и электроаппаратах определяют с помощью номинальных значений соответствующих КПД.

Тяговые расчеты производят без учета и с учетом потерь на сопротивление движению. Однако такие расчеты дают предельно допустимую величину, поэтому в расчетах с учетом потерь необходимо делать поправку.

В общем виде потери на сопротивление движению определяется по формуле (20)

(20)

где N_i - нормальная сила прижатия трущихся элементов; Н

- коэффициент трения материалов, участвующих в трении.

Вместе с коэффициентом трения различных материалов (чугуна, стали, капрона, бронзы, резины и др.) существенно изменяются расчеты в связи с целым рядом факторов. Например, нормальная сила прижатия башмаков кабины зависит от величины и расположения груза в кабине, от вертикальности направляющих, от зазора между направляющими и башмаками, от габаритных размеров кабины и др.

Приближенно все потери можно определить так: на трение в башмаках кабины от смещения ЦТ груза относительно центра подвески определяем по формуле (21)

(21)

где - коэффициент трения вкладыша башмака по направляющей, в скользящих башмаках принимаем ;

Q - грузоподъемность кабины, Н;

a, b, h - ширина, глубина и высота кабины соответственно, мм.

Н

Потери на трение в башмаках кабины от смещений ЦТ кабины относительно центра подвески определяем по формуле (22)

(22)

Н

Потери на трение в башмаках кабины при движении груженой кабины определяем по формуле (23)

(23)

Н

Потери на трение в башмаках противовеса определяем по формуле(24)

(24)

Н

2.4.2 Усилия в тяговых канатах рассчитываем после того, как определены: установка машинного помещения (далее по тексту МП) (верхнее); подвешивание кабины (прямое); потери на трение в башмаках, на канатоведущем шкиве, а также неуравновешенность при балансировке.

Основные суммирующиеся массы для расчета усилий приведены в таблице 5

Таблица 5 – Основные суммирующиеся массы для расчета усилий

№ режима	Сумма параметров
	Без учета потерь			С учетом потерь в шахте
	Параметры Sк	Параметры Sп	Параметры S`к		Параметры S`п
1	К ; Q ; T	П	Sк1 ; F		Sп1 ;(– Fп)
2	K ; Gкб	П ; Т	Sк2 ; Fк		Sп2 ; Fп
3	К ; T	П;	Sк3 ; Fк		Sп3 ; Fп
4	К ; Q ; Gкб	П ; Т	Sк4 ; F		Sп4 ;(– Fп).
5	К ; 1,1Q ; T	П	Sк5 ; F		Sп5 ; Fп
6	К ; Q ; T	П;	Sк6 ; F		Sп6 ; Fп
7	К ; Q ; Gкб	П ; T	Sк7 ; F		Sп7 ; Fп
8	К ; Gкб	П ; Т	Sк8 ; Fк		Sп8 ;(– Fп)
9	К ; T	П;	Sк9 ; Fк		Sп9 ; (– Fп)
10	К ; 2Q ; T	П	-		-

Результаты расчетов усилия в тяговых канатах без учета потерь приведены в таблице 6

Таблица 6 – Результаты расчетов усилия в тяговых канатах без учета потерь

№	Характеристика режима								Натяжение канатов									Схема представлена на рисунке 1
	С нагрузкой или без		Подъем или спуск				Из положения		Со стороны кабины Sк (Smax), Н						Со стороны противовеса Sп (Smin), Н
Подъем неуравновешенного груза
1	С нагрузкой		подъем				внизу		12969,32						10177,7
2	Без нагрузки		спуск				вверху		7752,48						10544,02
3	Без нагрузки		спуск (усл)				внизу		8066,32						10177,7
4	С нагрузкой		подъем (усл)				вверху		12655,48						10544,02
	Динамическое испытание
5	Перегрузка 10%		подъем					внизу		13459,62						10177,7
Спуск неуравновешенного груза
6	С нагрузкой		спуск (усл)		внизу						12969,32		10177,7
7	Без нагрузки		спуск		вверху						12655,48		10544,02
8	Без нагрузки		подъем (усл)		вверху						7752,48		10544,02
9	Без нагрузки		подъем		внизу						8066,32		10177,7
Статическое испытание
10		Перегрузка 100%		покой		внизу						17872,32		10177,7

Натяжения в тяговых канатах без учета потерь определяем по формуле (25)

(25)

Разность натяжений определяем по формуле (26)

(26)

Н

Потери на КВШ определяем по формуле (27)

(27)

Окружное усилие (знак – принимаем при спуске, + при подъеме) КВШ определяем по формуле (28)

(28)

Н

Усилия тяговых канатов с потерями в шахте приведены в таблице 7

Таблица 7 – Усилие в тяговых канатах с потерями в шахте

№ режима	Натяжение канатов (Н)
	Со стороны кабины Sк (S`max)	Со стороны противовеса Sп (S`min)	Подвеска кабины
1	13257,82	10101,37	Прямая
2	7867,98	10620,35
3	8181,82	10254,03
4	12883,98	10467,69
5	13748,12	10254,03
6	13257,82	10254,03
7	12883,98	10620,35
8	7867,98	10467,69
9	8181,82	10101,37

Отношение натяжений с учетом потерь определяем по формуле(29),(30)

(29)

(30)

Потери на КВШ с учетом потерь определяем по формуле (31)

(31)

Разность натяжений с учетом потерь определяем по формуле (32)

(32)

Н

Допустимую неуравновешенность при балансировке определяем по формуле (33)

(33)

Окружное усилие на КВШ с учетом потерь определяем по формуле(34)

(34)

2.5 Проверка выбранного редуктора

Р едуктор и диаметр шкива D_ш были выбраны в начале проектирования при определении основных параметров, соответствующих заданной скорости лифта (выбор основывался на передаточном числе). Правильность выбора редуктора проверяют, определив межосевое расстояние и сравнив его с номинальным и сверив соответствие редуктора допустимому крутящему моменту.

Диаметр КВШ - 930 мм.

Частота вращения - 930 мин^-1.

ПВ - 40 %.

Расчетом натяжений канатов в разных режимах работы лифта определяется наибольшее окружное усилие (неуравновешенный груз) с учетом потерь. Находим крутящий момент на канатоведущем шкиве по формуле (35)

(35)

Н·м

Межосевое расстояние определяем по формуле (36)

(36)

Для учета знакопеременного характера нагрузки и повторно-кратковременного режима применим коэффициент K_зп =1,05~1,2, учитывающий этот режим, примем К_зп = 1,12. Тогда межосевое расстояние определяем по формуле (37)

(37)

Передаточное число редуктора определяем по формуле (38)

(38)

где D_ш - диаметр канатоведущего шкива, м;

n - частота вращения ротора электродвигателя, мин^-1;

i_п - кратность полиспаста;

V - скорость движения, м/с.

По межосевому расстоянию и передаточному числу выбираем стандартный лифтовый редуктор, который проверяем по доступному крутящему моменту. Принимаем РЛГ 180-45.

Стандартный крутящий момент определяем по формуле (39)

(39)

где А - межосевое расстояние, мм;

K_a масштабный коэффициент, зависящий от межосевого расстояния (K_a=1 при А=160;К_a=0,95 при A=180; K_a=0,9 при A=225),[3];

K_i=0,94~0,98 - коэффициент, учитывающий влияние передаточного числа;

K_v=1 - коэффициент, учитывающий частоту вращения червяка;

К_м=1 - коэффициент для оловянистых бронз, учитывающий материал венца колеса;

K_з=1,2 - коэффициент для глобоидного зацепления, учитывающий геометрию зацепления;

К_т - коэффициент, учитывающий точность подготовления (для пассажирских лифтов K_т=1,0; для грузовых K_т=0,8);

K_p - коэффициент, учитывающий режим работы (применяется в зависимости от ПВ). Коэффициент K_p=1,35 при ПВ=20%;K_p=1,15 при ПВ=30%; K_p=1,05 при ПВ=40%; при K_p=1,0 при ПВ=60%.

Необходимо выполнение условия, согласно которому устанавливаем правильность выбора редуктора.

Н∙м

3685,92 Н·м ≥ 1914,79 Н∙м

Условие выполнено.

2.6 Расчет мощности электродвигателя лифта

B настоящее время электропромышленность выпускает электродвигатели в малошумном исполнении, технические характеристики которых отвечают специальным требованиям, предъявляемым к электроприводу лифта.

Рассчитывают мощность электродвигателя для лифтов в такой последовательности:

1) Определяют необходимые исходные данные для расчета.

2) Предварительно выбирают мощность электродвигателя по статическому моменту нагрузки.

3) Проверяют работоспособность предварительно выбранного электродвигателя по техническим характеристикам.

4) Проверяют электродвигатель по нагреву при исходных величинах ПВ=40 % и z, соответствующих режиму предстоящей работы электродвигателя.

Определение исходных данных для расчета. К расчету мощности электродвигателя приступают тогда, когда окончательно выбраны основные параметры п=3,14, D_m=930мм, i_ред=45 и i_n=1, определяющие скорость V=1м/с редуктора (из числа изготовляемых промышленностью), и когда в результате тягового расчета определено наибольшее значение окружного усилия с учетом потерь

Предварительный выбор производят на основании статического момента нагрузки и характера ее изменения в процессе разгона электродвигателя. Для этого строят кривую n=f(M_c), которая при заданном изменяется в зависимости от КПД редуктора в процессе разгона.

Для построения зависимости n=f(M_c) пользуемся формулой (40)

(40)

где - КПД привода при частоте вращения от нуля до номинальной при ведущем червяке (за нуль принимаем мин^-1)

Подставляя в формулу КПД привода, при различной частоте вращения определяем статические моменты на каждом участке. Среднее значение статического момента М_с.ср на участке n определяют как среднее арифметическое между моментами начала и конца участка. Результаты расчетов приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Результаты расчетов статического и среднего момента

n1 мин-1		Мс Н·м	n мин-1	Мс.срi, Н·м	Мс.срi∙ ni
1	0,41	103,78	-	-	-
50	0,54	78,8	50	91,29	4564,5
100	0,56	75,98	50	72,39	3619,5
200	0,63	67,54	100	71,76	7176
300	0,66	64,47	100	66.005	6600,5
400	0,68	62,57	100	63,52	6352
500	0,69	61,67	100	62,12	6212
600	0,70	60,79	100	61,23	6123
700	0,71	59,93	100	60,36	6036
800	0,72	59,1	100	59,52	5952
900	0,73	58,29	100	58,7	5870
930	0,73	58,29	30	58,29	1748,7

После определения среднего статического момента на отдельных участках определяем средний статический момент за весь период разгона по формуле (41)

(41)

где - средний статический момент на отдельных участках;

- рассматриваемый участок, мин^-1.

Н·м

Мощность электродвигателя определяем по формуле (42)

(42)

где i _пр – передаточное число привода . i_пр= i_p· i_n, принимаем i_пр= 45.

кВт

По полученным данным выбираем стандартный двигатель из методического пособия : С.Б.Устройство, техническое обслуживание и ремонт лифта.

Технические характеристики двигателя приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Технические характеристики двигателя

Электродвигатель			АС-91-6/24 ШЛ
Число полюсов			6	24
Номинальная мощность	кВт	7,1
	ПВ%	40
Частота вращения, мин-1			945		205
Ток статора, А, при напряжении	380 В	16,5
	220 В	28,4
КПД, %			81
Коэффициент мощности			0,83		0,47
Пусковой момент, Н·м, не менее			180-220
Номинальный момент, Н·м			72,9
Максимальный момент, H·м			200-240
Минимальный момент при пуске, Н м, не менее			220		160
Момент инерции ротора, кг·м2			1,125
Суммарный момент, кг·м2			2,25

Проверка работоспособности электродвигателя. Начальный пусковой момент электродвигателя Мп должен быть больше или равен моменту статического сопротивления при пуске.

, (43)

180 Н·м > 103,78 Н·м

Установившийся вращающий момент электродвигателя должен быть больше или равен моменту статического сопротивления при установившемся движении, соответственно необходимо выполнение условия:

, (44)

72,9 Н·м > 58,29 Н·м

При потере пускового момента электродвигателя на 20 % необходимо, чтобы выполнялось условие :

, (45)

160 Н·м > 144 Н·м

Далее при потере напряжения в сети на 10% при пуске и на 5% при установившемся движении необходимо, чтобы выполнялось условие :

, (46)

180 Н·м > 59,05 Н·м

Все необходимые условия выполнены, следовательно работоспособность электродвигателя проверена и удовлетворяет нашим данным. Механические характеристики электродвигателя АС2-91-6/24 ШЛ представлены в соответствии с рисунком 2.

Р исунок 2 – Механическая характеристика двигателя АС2-91-6/24 ШЛ

Рассчитываем расчетную скорость по формуле (47)

(47)

где D_ш - диаметр канатоведущего шкива, м;

n - частота вращения ротора электродвигателя, мин^-1;

i_ред - передаточное число редуктора;

i_п - кратность полиспаста.

м/c

(48)

Допускается отклонение от номинальной скорости не более 15 %

15 % > 0,6%

Условие по скорости выполнено. что подтверждает правильность выбора электродвигателя и его работоспособность в реальных условиях.