四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)【智能全自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)】

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大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時(shí)，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而旋轉(zhuǎn)門(mén)為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門(mén)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它”永遠(yuǎn)開(kāi)門(mén)，又永遠(yuǎn)關(guān)門(mén)”，即對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，門(mén)總可以打開(kāi)，可對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)門(mén)又總是關(guān)著。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)由于其永遠(yuǎn)開(kāi)啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果較好。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，在我們高樓聳立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)和寫(xiě)字樓，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門(mén)不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門(mén)增添了不少高貴典雅的氣息。同時(shí)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng)，2008年北京申奧成功和WTO的加入。旋轉(zhuǎn)門(mén)的市場(chǎng)前景將越來(lái)越大。但是旋轉(zhuǎn)門(mén)也存在著缺點(diǎn),第一它適用范圍有一定的局限性,它只能應(yīng)用在一些高檔場(chǎng)合.第二如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善,可能出現(xiàn)傷人事件.。1.3自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的發(fā)展1.3.1國(guó)外旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展的狀況 自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉(zhuǎn)門(mén)，旋轉(zhuǎn)門(mén)至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門(mén)已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化樓宇建筑提供了完美的選擇。國(guó)外自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展較早，其技術(shù)成熟。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強(qiáng)大，操作更簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；檢測(cè)安全系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動(dòng)，操縱門(mén)體的動(dòng)行，使用各種安全檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家生產(chǎn)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示。利用當(dāng)前先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息。 1.3.2我國(guó)旋轉(zhuǎn)門(mén)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)技術(shù)來(lái)源于荷蘭、瑞典、日本等國(guó)。90年代后期旋轉(zhuǎn)門(mén)開(kāi)始在我國(guó)建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)門(mén)生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)廠家主要有：北京有凱必盛、寶盾、青木寶盾、信步、歐立寶盾、京躍等。上?？涤?、廣州盛維、青島福田等。 以京躍公司的產(chǎn)品為例，國(guó)內(nèi)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)在控制系統(tǒng)方面已有較大的發(fā)展，技術(shù)也趨于成熟主控部分基本可實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)設(shè)計(jì)。但就節(jié)能方面的設(shè)計(jì)仍存在較多問(wèn)題，如旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)和溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。 現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對(duì)門(mén)的選擇由單一的功用型向個(gè)性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門(mén)以其全新的概念，寬敞開(kāi)放的門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無(wú)可質(zhì)疑的必選設(shè)施，堪稱(chēng)建筑物的點(diǎn)睛之筆。因此，目前國(guó)內(nèi)四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：新穎獨(dú)特的總體設(shè)計(jì)，高度的安全可靠性設(shè)計(jì)，多種運(yùn)轉(zhuǎn)使用方式設(shè)計(jì)，故障即時(shí)顯示功能設(shè)計(jì)，樓宇消防智能化控制設(shè)計(jì)，停電使用功能設(shè)計(jì)，大通行能力設(shè)計(jì)，精巧靈敏的遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.4旋轉(zhuǎn)門(mén)的分類(lèi)1.4.1 旋轉(zhuǎn)門(mén)的基本類(lèi)型(1) 自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) 三翼和四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)軸通過(guò)軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)或四個(gè)門(mén)翼呈發(fā)散式固定在中心門(mén)軸上，各門(mén)扇之間的角度相等，人在內(nèi)扇之間推動(dòng)（按順時(shí)針）門(mén)扇，就成為一個(gè)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)。中心門(mén)軸的上方安裝電動(dòng)機(jī)及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)。圖1.1自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)(2) 懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) （兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)）為進(jìn)一步擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門(mén)人員流量，擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門(mén)門(mén)扇之間的距離，可以考慮將旋轉(zhuǎn)門(mén)的門(mén)扇數(shù)量減為兩個(gè)。中心門(mén)軸結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的緊急打開(kāi)功能。于是兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)采用了上部圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)門(mén)體的設(shè)計(jì)，以一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖1.2懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)(3) 全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén) 從結(jié)構(gòu)上看，全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)與自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)一樣。也分三翼和四翼兩種。也是地面支撐的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。所不同的是，驅(qū)動(dòng)裝置埋在地下。上部和下部各有一個(gè)連接門(mén)扇的金屬盤(pán)，金屬盤(pán)上有固定門(mén)扇的門(mén)夾，門(mén)扇玻璃在中間直接相結(jié)合，省略了中心門(mén)軸，極大地提高了門(mén)軸的通透性。 圖1.3全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)1.4.2旋轉(zhuǎn)門(mén)具體方案的確定在選擇了旋轉(zhuǎn)門(mén)的類(lèi)型后，本設(shè)計(jì)還必須確定其設(shè)計(jì)的具體方案。通過(guò)查閱大量的資料，本設(shè)計(jì)出以下幾種方案：第一個(gè)方案：采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。第二個(gè)方案：采用懸掛式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用PLC控制。第三個(gè)方案：采用中軸式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，控制系統(tǒng)采用PLC控制。對(duì)于第一個(gè)方案 由于采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，它在修建的時(shí)候必須把立柱修好。如果我們想改變一下旋轉(zhuǎn)門(mén)的位置必須另外修建一個(gè)立柱。控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，它在大規(guī)模生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)的情況下是非常實(shí)用的。對(duì)于第二個(gè)方案 由于使用了懸掛式的旋轉(zhuǎn)門(mén)，故其旋轉(zhuǎn)門(mén)的每個(gè)分隔可以容納更多的人?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門(mén)的小批量生產(chǎn)。對(duì)于第三種方案 由于采用了中軸式旋轉(zhuǎn)門(mén)，故旋轉(zhuǎn)門(mén)的每個(gè)分隔將可以容納較少的人，控制系統(tǒng)采用PLC控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門(mén)的小批量生產(chǎn)。由于設(shè)計(jì)的是一般的高檔賓館，其出入的人數(shù)比較少，并且要進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，故選用第三種方案，利用PLC控制。 第2章 門(mén)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選擇自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的設(shè)計(jì)（四翼） 由于本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是一般高檔賓館大門(mén)，故必須滿(mǎn)足豪華、氣派的要求，而旋轉(zhuǎn)門(mén)剛好符合上述的條件。但是旋轉(zhuǎn)還分為幾大類(lèi)，由于高檔賓館的出入人數(shù)不是很多，故選擇一般的自穩(wěn)定性旋轉(zhuǎn)門(mén)就滿(mǎn)足其要求了。并且它還具有穩(wěn)定性、可靠性很高，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。 四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的門(mén)體部分設(shè)計(jì)主要包括旋轉(zhuǎn)門(mén)體部分設(shè)計(jì)和固定部分曲壁設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)門(mén)體又包括中間旋轉(zhuǎn)門(mén)扇和中軸。其中旋轉(zhuǎn)門(mén)扇都由鋁型材框架和玻璃構(gòu)成。曲壁是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)門(mén)體部分的旋轉(zhuǎn)空間，由進(jìn)出門(mén)口和四塊弧形框玻璃構(gòu)成。根據(jù)文獻(xiàn)可以確定四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的尺寸，其具體尺寸如表2.1所示：表2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)尺寸表門(mén)旋轉(zhuǎn)直徑E3600mm門(mén)凈高 A2163mm門(mén)總高 B2633mm門(mén)出入口尺寸 C2427mm門(mén)外徑D3760mm單扇門(mén)半徑DW1005mm 圖2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)結(jié)構(gòu)尺寸圖2.1確定門(mén)扇材料門(mén)扇主要包括門(mén)扇骨架的材料和門(mén)扇玻璃.根據(jù)相關(guān)門(mén)體標(biāo)準(zhǔn),可按90系列的推門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)。門(mén)扇骨架采用90系列推拉門(mén)專(zhuān)用鋁型材,根據(jù)文獻(xiàn)，確定門(mén)扇骨架鋁型材具體選擇如表2.2所示：表2.2 90系列平開(kāi)門(mén)鋁型材類(lèi)型代號(hào)光企L090704勾企L090705上橫L090706下橫L09070790系列鋁型材的截面如圖2.2所示： （a） 光企截面圖 （b） 勾企截面圖 （c） 上橫截面圖 （d） 下橫截面圖 圖2.2 90系列鋁型材的截面其它附加物體的，并且在上橫、下橫上安裝的毛條與一般的平開(kāi)門(mén)的安裝方式是不由于90系列平開(kāi)門(mén)與一般的旋轉(zhuǎn)門(mén)是有區(qū)別的，旋轉(zhuǎn)門(mén)是不用在勾企安裝一樣的，故我們旋轉(zhuǎn)門(mén)的截面圖都采用光企的截面圖。2.1.1確定門(mén)扇玻璃 門(mén)扉玻璃一般有幾種選擇,一是防彈玻璃,二是夾膠玻璃,三是鋼化玻璃.由于門(mén)一般用于高級(jí)的賓館,寫(xiě)字樓等高檔場(chǎng)所,一般無(wú)特殊要求.由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴,并且無(wú)多大實(shí)際用處,而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好.因此選擇鋼化玻璃是最合適的。參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況,可以選6mm的鋼化透明玻璃. 2.1.2確定門(mén)扇的尺寸. 根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)門(mén)尺寸可按90系列的平開(kāi)門(mén)的尺寸進(jìn)行計(jì)算。光企和勾起的長(zhǎng)度為： L=A-2L-h (2.1) =2200-225-20 =2130mm 其中：L為光企或勾企的長(zhǎng)度，A門(mén)凈高的高度 ，L為門(mén)體上下所留的間隙，h為安裝門(mén)扇扁鋼的厚度。上橫和下橫的寬度為： B=DW+L1 (2.2) =1005+64 =1069 mm其中：B為上橫或下橫的寬度，L1為門(mén)扇夾到金屬盤(pán)內(nèi)的距離。而玻璃的長(zhǎng)度為: L1=L-2b1+2h1 (2.3) =2130-264+212 =2026mm其中：b1為鋁合金截面的長(zhǎng)度，h1為鋁合金所夾玻璃的長(zhǎng)度。玻璃的寬度為: B1=B-2b1+2h1 (2.4) =1069-264+24 =965mm2.2 曲壁部分設(shè)計(jì)曲壁由8根角鋼做為支撐體，每4根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上,進(jìn)出口各布置1根，曲壁圓弧中間布置兩根。其中安裝在圓弧中間的兩根角鋼是焊接在一起的。曲壁由四塊相同的圓弧玻璃組成。 2.2.1確定材料由于曲壁上圓弧梁必須選用專(zhuān)用的鋁型材，根據(jù)中國(guó)建材網(wǎng)選用6063專(zhuān)用弧形材，其截面如圖2.4所示。由于支撐架必須承受電機(jī)和華蓋的重量，故支架的強(qiáng)度要求比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選用的角鋼。其截面形式如圖2.3所示。 圖2.3 角鋼截面圖 圖2.4 6063鋁合金截面圖由于曲壁玻璃必須做成圓弧形，必須選用專(zhuān)用玻璃。因此選用8mm弧形鋼化玻璃。2.2.2確定材料尺寸根據(jù)表2.1查得四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)直徑=3600mm，門(mén)出入口尺寸C=2427mm,故對(duì)應(yīng)的圓心角為：=2arccos(C/2/2)=2arccos(2427/2/3600/2)=96度。則兩邊曲壁各對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)為： (2.5) 所以?xún)蛇吳趯?duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)為： (2.6) 則每扇曲壁的弧長(zhǎng)為： (2.7) 其中：為角鋼的厚度，為曲壁的弧長(zhǎng)，r為四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的半徑。確定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧長(zhǎng) ： (2.8） 玻璃的高度為： h=A-2h2-2h3 (2.9) =2200-275-212 =2026mm其中：A為門(mén)凈高度，h2為6063鋁合金的截面長(zhǎng)度，h3為鋁合金夾玻璃的長(zhǎng)度。角鋼尺寸確定：由于要保持角鋼的穩(wěn)定性,預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為300mm.則角鋼的高度可估算為: h 角 =A+300+l (2.10) =2200+300+230 =2730mm其中：A為門(mén)凈高度，l為上下華蓋的距離。角鋼與6063專(zhuān)用鋁合金是靠螺釘連接的，同時(shí)它與上華蓋也是靠螺釘連接的。6063專(zhuān)用鋁合金與下華蓋也是通過(guò)螺釘連接的2.3華蓋的總體設(shè)計(jì)華蓋骨架是由上下兩塊鋼板和穿過(guò)華蓋的八根角鋼組成。它主要用來(lái)安裝軸承、電機(jī)、控制裝置等。由于華蓋要用來(lái)安裝電機(jī)、軸承座等，重量比較大。故選擇的材料要求其強(qiáng)度比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選擇一般結(jié)構(gòu)用熱扎鋼板。其厚度為5毫米，長(zhǎng)度為4000毫米，寬度為4000毫米。上下各一張。下華蓋的設(shè)計(jì)：由表2.1查得旋轉(zhuǎn)門(mén)的外徑為3760mm,故下面的鋼板要做成一個(gè)直徑為3760mm的一個(gè)圓。中心軸要通過(guò)下華蓋，故需要在鋼板中心鉆一個(gè)直徑為170mm的孔。與此同時(shí)角鋼也要通過(guò)下華蓋，還需要在鋼板上加工八個(gè)槽。其具體尺寸如圖2.5所示。上華蓋的設(shè)計(jì)： 由于旋轉(zhuǎn)門(mén)的外徑為3760mm，故上面的鋼板要做成一個(gè)直徑為3760mm的一個(gè)圓。上面的鋼板要用來(lái)安裝電機(jī)，故必須在其上面打孔。同時(shí)為了保證鋼板用足夠的強(qiáng)度 圖2.5 下華蓋圖來(lái)支撐電機(jī)的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板通過(guò)焊接連接。由于電機(jī)的重量不大，故根據(jù)文獻(xiàn)選擇型號(hào)為8的熱軋槽鋼。具體尺寸如圖2.6所示。 圖2.6 上華蓋圖2.4金屬盤(pán)與軸承支座的設(shè)計(jì)2.4.1 金屬盤(pán)的設(shè)計(jì) 由表2.1查得旋轉(zhuǎn)門(mén)直徑=3600mm，單扇門(mén)半徑DW=1005mm，故軸的直徑D=-2DW-h=3600-21005-60=1530mm(其中h為門(mén)扇與曲壁之間的間隙).但是實(shí)際上軸的尺寸不可能做得太大。因?yàn)檩S太大不利于安裝和加工。為了解決上述矛盾，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)金屬盤(pán)，它一部分連接到軸上，一部分連接到門(mén)體上，這樣就很好的解決了因軸太小而不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)尺寸的要求。其具體尺寸如圖2.7所示。圖2.7金屬盤(pán)尺寸圖為了讓門(mén)體固定在金屬盤(pán)上，需要使用兩根扁鋼，上下各一根。扁鋼的一部分與門(mén)體連接，另一部分與金屬盤(pán)連接。根據(jù)文獻(xiàn),選用寬為32，厚度為10的熱扎扁鋼。2.4.2 軸承座及防塵蓋的設(shè)計(jì)為了防止灰塵進(jìn)入軸承，則必須在軸承座上面安裝防塵蓋，其具體尺寸如圖2.10、2.11所示。圖2.8 下防塵蓋圖2.9 上防塵蓋 旋轉(zhuǎn)門(mén)沒(méi)有固定軸承的地方，則需要設(shè)計(jì)軸承座來(lái)固定軸承。由于要使用兩個(gè)軸承，則軸承座也要使用兩個(gè)，上下各一個(gè)。對(duì)于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。又由于軸承受到的軸向力比較大，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)，防止軸承的向下滑動(dòng)，其具體的尺寸與結(jié)構(gòu)如下圖2.8、2.9所示 圖2.10上軸承座圖 圖2.11下軸承座圖13黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2.5 本章小結(jié) 本章內(nèi)容為門(mén)體設(shè)計(jì)，既對(duì)門(mén)的基本幾何形狀設(shè)計(jì)。從門(mén)款的選材到定型，再到門(mén)的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)，使門(mén)的基本情況有了進(jìn)一步的闡述。門(mén)體選材為常見(jiàn)材料，大大的節(jié)約成本。支撐部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料也選用熱軋鋼板，避免了加工精度的要求，是設(shè)計(jì)極可能的簡(jiǎn)單化。第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整個(gè)門(mén)體的傳動(dòng)系統(tǒng)由減速電機(jī)提供動(dòng)力,減速電機(jī)通過(guò)一次減速后，再通過(guò)一對(duì)齒輪把動(dòng)力傳給軸,而金屬盤(pán)將門(mén)扇與軸相連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力裝置到執(zhí)行裝置的動(dòng)力的傳遞過(guò)程。 3.1各扇門(mén)的質(zhì)量計(jì)算由于四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的四扇成對(duì)稱(chēng)分布，其質(zhì)量完全一樣,所以計(jì)算一扇門(mén)的質(zhì)量，再乘以四就是整個(gè)門(mén)體的質(zhì)量。由文獻(xiàn)查得鋁合金的線(xiàn)密度為0.836kg/m。則每扇門(mén)框的質(zhì)量為： m1=l (3.1) =(2L+2B) =0.836(22.13+21.069) =5.35kg 單扇門(mén)玻璃的質(zhì)量： m2=V玻 (3.2) 單扇門(mén)的質(zhì)量： m=m1+m2 =29.33+5.35 =34.68kg其中：為線(xiàn)密度，l為鋁合金邊框的總長(zhǎng)度，B為鋁合金邊框的寬度,為玻璃密度。3.2 各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算假設(shè)門(mén)扇為均勻的質(zhì)量體,其在寬度方向的面密度可以用下式計(jì)算, 其中R為門(mén)扇的寬度，L為門(mén)扇的長(zhǎng)度。則門(mén)扇對(duì)中心慣量可用下式計(jì)算：由平行軸定理知，門(mén)扇相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （3.3） 其中：L1為旋轉(zhuǎn)門(mén)的中心到門(mén)扇的距離，R為門(mén)體總的長(zhǎng)度。旋轉(zhuǎn)門(mén)體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min,則角速度。由于傳感器一般在2m范圍內(nèi)檢測(cè)人的來(lái)臨,當(dāng)人邁進(jìn)門(mén)邊時(shí),門(mén)體要加速到正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)。按照一般情況下，人走過(guò)兩米需要的時(shí)間最小為2秒，但是此時(shí)間還要減去變頻器、PLC、傳感器等的滯后時(shí)間1.5秒。所以電機(jī)的加速時(shí)間設(shè)為0.5秒。在0.5s內(nèi)加速到6m/min速度,則角加速度,由于電機(jī)要帶動(dòng)門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng),有一個(gè)加速過(guò)程,此過(guò)程需要克服旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的關(guān)系:.則可以算出旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩為: (3.4) 3.3 選擇電機(jī)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算: (3.5)由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為： (3.6)式中，分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。取，則總的傳動(dòng)效率為： =0.83則可以計(jì)算出電機(jī)的功率： 由于一般電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大,一般在1500r/min左右。門(mén)體的最大轉(zhuǎn)速為才6m/min，故需要減速器進(jìn)行減速。減速電機(jī)既能提供動(dòng)力，又能進(jìn)行減速。故選用減速電機(jī)提供動(dòng)力。根據(jù)相關(guān)要求,可以選用一個(gè)JXJ系列電機(jī),JXJ系列異步電機(jī)按照TB1T6442-92標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造,廣泛用于輕工,紡織,建筑機(jī)械行業(yè).JXJ系列電動(dòng)機(jī)是直接輸出低轉(zhuǎn)速,大轉(zhuǎn)距,且有轉(zhuǎn)速型譜寬,運(yùn)轉(zhuǎn)平衡,噪聲低,高效節(jié)能,體積小,重量輕,規(guī)格多,選用方便等特點(diǎn)。方案型號(hào)額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速（r/min)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 總傳動(dòng)比 齒輪傳 動(dòng)比減速器 動(dòng)比1JXJ0-11-0.550.5548.31500144024021.8112JXJ1-43-0.550.551007150014402405.6433JXJ1-59-0.550.55207.2150014402404.0759由上面計(jì)算出所需電機(jī)功率為0.36kw。但是門(mén)體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻,以及旋轉(zhuǎn)門(mén)體周?chē)鸁o(wú)條件與曲壁門(mén)體間的摩擦阻力。盡管其產(chǎn)生的力較小,但由于門(mén)體直徑過(guò)大,則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩.同時(shí)還有一些其他沒(méi)有考慮的因素.因此特將計(jì)算出的功率放大一些.,應(yīng)該選擇電機(jī)功率在0.36kw以上的電動(dòng)機(jī)才行。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和齒輪傳動(dòng)，可見(jiàn)方案2比較合適。即選用JXJ1-43-0.55擺線(xiàn)針輪減速器三相異步電機(jī)。其具體參數(shù)如表3.1 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案圖3.2所示。表3.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)方案型號(hào)額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速（r/min)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 總傳動(dòng)比 齒輪傳 動(dòng)比減速器 動(dòng)比2JXJ1-43-0.550.551007150014402405.643電動(dòng)機(jī)主要外形見(jiàn)圖3.1和安裝尺寸見(jiàn)表3.3：圖3.1 電動(dòng)機(jī)外形圖表3.3電動(dòng)安裝尺寸（單位為毫米）PEMn-dD2D3D4DbhB49826-10160134110258312203.4齒輪的設(shè)計(jì) 3.4.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)是一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。查文獻(xiàn),選擇小齒輪材料為45Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪的材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =17，大齒輪齒數(shù)Z2=175.6=95.2，取=96。3.4.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即 (3.7)試選用載荷系數(shù)=1.3。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩根據(jù)表3.3查得轉(zhuǎn)矩由文獻(xiàn)選取齒寬系數(shù)=1。由文獻(xiàn)查得材料的彈性系數(shù)。由文獻(xiàn)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (3.8) (3.9)由文獻(xiàn)查得接觸疲勞壽命系數(shù)： ，。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1，安全系數(shù)S=1，得 (3.10) (3.11)計(jì)算 試計(jì)算小齒輪的分度圓，代入中較小的值 (3.12) =58.6 mm 計(jì)算圓周速度v (3.13)計(jì)算齒寬由文獻(xiàn)取=1 =1 mm (3.14)計(jì)算齒寬和齒高之比b/h模數(shù)： (3.15)齒高： (3.16) (3.17)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.1m/s，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)查得動(dòng)載系數(shù)Kv=0.75；直齒輪，假設(shè)。由文獻(xiàn)查得由文獻(xiàn)查得兩段的齒輪的使用系數(shù)，由文獻(xiàn)知精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱(chēng)布置時(shí)， (3.18)將數(shù)據(jù)代入后得 由b/h=7.6,=1.41，查文獻(xiàn)得=1.41，則按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 (3.19)計(jì)算模數(shù) (3.20)3.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由資料資料查得齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)為： (3.21) 由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： ； 計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力： 小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限， 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 (3.22) 計(jì)算圓周力: (3.23) 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力: (3.24) (3.25)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取按彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.43并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5;按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)：取Z2=134.這樣的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3.4.4幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑 (3.26) (3.27)計(jì)算中心距 (3.28)計(jì)算齒輪寬度 mm (3.29)取。計(jì)算齒輪的齒根高：mm (3.30)計(jì)算齒頂高：mm (3.31)驗(yàn)算 (3.32)，合適。 (3.33)3.5軸與軸承的選擇3.5.1 軸的尺寸確定根據(jù)前面的齒輪的尺寸可以確定軸的外徑為170mm，由于軸要安裝齒輪和軸承，其精度要求比較高，故選擇精密無(wú)縫鋼管。根據(jù)文獻(xiàn)選擇型號(hào)為5-17053000倍-GB/T-1999精密無(wú)縫鋼管。厚度為8mm，密度為38.2kg/m。圖3.2 軸的尺寸圖由于軸承還沒(méi)有確定出來(lái)，但是軸的直徑已知。并且旋轉(zhuǎn)軸在徑向受力不大，主要受到軸向力的作用，故選擇推力滾子軸承。根據(jù)5預(yù)選推力滾子軸承，型號(hào)為29334。其寬度為103mm.。又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離，安裝套筒，一般選擇為20mm。同時(shí)齒輪的寬度為60mm，具體尺寸如圖3.2所示。軸的質(zhì)量計(jì)算： (3.34) =38.22.514 =96kg其中：W為鋼管的線(xiàn)密度（kg/m）,L為鋼管的長(zhǎng)度。3.5.2軸承的選擇與驗(yàn)算 徑向力確定：軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉(zhuǎn)矩除以大齒輪的分度圓半徑。其值為Fr=M/R=100700/(170/2)=1184.7N.軸向力的確定： (3.35) =(m鋼管+4m門(mén)體+m其他)10 =(96+434.68+10) 10 =2447.2N設(shè)定工作時(shí)間為8年。由于d=170mm，按表6-2-80預(yù)選推力滾子軸承，型號(hào)為29334。由于Fa /Fr =2432.3/1184.7=0.49，故Fr0.55 Fa由文獻(xiàn)知當(dāng)量動(dòng)載荷為 (3.36) =1.21184.7+2432.3 =3853.94N查文獻(xiàn)得: fh=0.73,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1. 根據(jù)式 C=(fh fd fm/ fn fT)Pe (3.37) =(0.7231.11/1.4350.9) 3853.94 =2373.2N軸承Cr=1878000N2373.2N 合適。3.5.3軸的校核在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取值。對(duì)于推力調(diào)心滾子軸承，由文獻(xiàn)查得a=51.5mm。因此，作簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距l(xiāng)=2301mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3.2所示。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算列于表3.3.按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，只需對(duì)軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)取a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為： (3.38) =17.04MPa其中W為抗彎、抗扭截面系數(shù)，d1為鋼管的內(nèi)徑，d為鋼管的外徑。根據(jù)前面已選定軸的材料為0Cr18Ni9，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)查得 。因此 ，故安全.圖3.2軸的彎扭組合圖表3.3 軸的彎扭數(shù)據(jù)載荷垂直面水平面支反力彎矩M總彎矩扭矩3.6 本章小結(jié) 本章內(nèi)容對(duì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行了一系列的而設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)門(mén)的工作原理更加清晰。門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算和門(mén)體質(zhì)量計(jì)算為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。電機(jī)選擇則為門(mén)體提供了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。電機(jī)選擇的是減速電機(jī)，故齒輪設(shè)計(jì)十分重要。軸的設(shè)計(jì)是為了使門(mén)體有一個(gè)強(qiáng)度很好的機(jī)構(gòu)。第4章 控制部分總體設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主要是接受來(lái)自檢測(cè)安全系統(tǒng)傳感器的相關(guān)信號(hào)和門(mén)體的相關(guān)按鈕信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后對(duì)門(mén)體的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。門(mén)體的控制主要是門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)的啟停狀態(tài)控制，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速狀態(tài)控制，制動(dòng)狀態(tài)控制，鎖門(mén)狀態(tài)控制以及故障自動(dòng)報(bào)警控制等。由于四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)要實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)速的變化，則要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制可采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制器的控制信號(hào)通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速變化。四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的控制系統(tǒng)必須要求有高的可靠性，控制性能高，能適應(yīng)較為多變的控制要求，控制器價(jià)格不不能太高。4.1控制系統(tǒng)的控制功能 （1）變速功能。旋轉(zhuǎn)門(mén)設(shè)有低速、中速和高速3種旋轉(zhuǎn)速度，分別對(duì)應(yīng)殘疾、中速和高速三個(gè)按鈕進(jìn)行切換，以適應(yīng)殘疾人通過(guò)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)和緊急疏散對(duì)轉(zhuǎn)速的不同要求。 （2）自動(dòng)轉(zhuǎn)停功能。來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并以正常轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),15無(wú)人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門(mén)。 （3）防夾功能。當(dāng)門(mén)扇運(yùn)轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時(shí)，如果行人試圖從兩者之間（防夾區(qū)）進(jìn)入旋轉(zhuǎn)門(mén)，則門(mén)立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)以防夾傷行人。行人離開(kāi)防夾區(qū)，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4）防撞功能。當(dāng)行人緊靠右側(cè)立柱或遇物體碰撞右側(cè)立柱時(shí)，則旋轉(zhuǎn)門(mén)馬上停轉(zhuǎn)，以防止撞傷行人或撞壞物體。行人或物體離開(kāi)右側(cè)立柱，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （5）防碰功能。行人在旋轉(zhuǎn)門(mén)內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門(mén)扇碰行人腳后跟，則門(mén)立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，以防止碰傷行人。行人離開(kāi)門(mén)扇，門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （6）鎖門(mén)功能。采用電磁鎖方式鎖門(mén)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)鎖匙即可完成自動(dòng)鎖門(mén)工作，快捷方便。 （7）急停功能。當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故時(shí)，按下急停按鈕，門(mén)立即停轉(zhuǎn)，解除急停信號(hào)，門(mén)又自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （8）暫停功能 （STOP鈕）。與急停功能相當(dāng)，不同的是按暫停按鈕后，必須用殘疾、中速或高速三個(gè)按鈕中的一個(gè)進(jìn)行恢復(fù)。 （9）殘疾優(yōu)先功能。當(dāng)按下殘疾按鈕后,30內(nèi)門(mén)始終以2r/min的速度低速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)按高速或中速鈕無(wú)效，以確保殘疾人安全通過(guò)。30后來(lái)人，門(mén)自動(dòng)以正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （10）電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)功能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),門(mén)停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報(bào)警。過(guò)載消除后門(mén)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器報(bào)警輸出和延時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能。當(dāng)變頻器過(guò)壓或過(guò)流時(shí),關(guān)閉輸出，門(mén)停轉(zhuǎn)并報(bào)警 （指示燈閃爍）,延時(shí)3自動(dòng)復(fù)位。4.2 變頻器的選擇變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動(dòng)機(jī)容量、電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。JXJ型擺線(xiàn)針輪減速電機(jī)是選用的YS8014V電動(dòng)機(jī)，根據(jù)4P350頁(yè)確定其參數(shù)如表4.1所示。表4.1 電機(jī)參數(shù)額定功率（W）額定電流（A）額定電壓（V）效率（%）功率因素最大轉(zhuǎn)矩（N.m）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5501.5538073.50.732.40.00210.354.2.1驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿(mǎn)足下列3項(xiàng)計(jì)算公式：查表4.1得，=0.73，=550w,取1.05，=0.735，=380V,=1.55A.滿(mǎn)足負(fù)載要求輸出： (4.1) 滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)容量： (4.2) 滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)電流： (4.3) 式中：PCM是變頻器的容量、PM負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、UE是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、IE電動(dòng)機(jī)的額定電流、是電動(dòng)機(jī)的效率、電動(dòng)機(jī)功率因素、K電流波形補(bǔ)償系數(shù).由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對(duì)于PWM控制方式的變頻器，K的取值為1.051.1。4.2.2指定變頻器啟動(dòng)加速時(shí)間變頻器產(chǎn)品型號(hào)所列的變頻器容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過(guò)載能力以?xún)?nèi)進(jìn)行加速。在進(jìn)行急劇地加速和減速時(shí)，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時(shí)也加長(zhǎng)了加減速時(shí)間。如果生產(chǎn)設(shè)備對(duì)加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核算變頻器的容量是否能夠滿(mǎn)足所要求的加速時(shí)間，如不能，則要選用加大一擋的變頻器容量。在指定加速時(shí)間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下：根據(jù)表4.1知，n=1440r/min, =0.35, 。由文獻(xiàn)知，電機(jī)的加減速時(shí)間為0.12600s。紅外線(xiàn)感應(yīng)器在2m以?xún)?nèi)感應(yīng)人的存在，則當(dāng)人到達(dá)旋轉(zhuǎn)門(mén)時(shí)，必須加速到指定速度。人一般的最大速度為1m/s，則人在2s鐘時(shí)間就可以走過(guò)2米的距離。但是我們不能將此時(shí)間作為加速時(shí)間，我們還要減去變頻器、PLC、傳感器的滯后時(shí)間1.5秒。故電機(jī)的加減速時(shí)間為0.5秒。 (4.4) 式中PCM變頻器的容量、K電流波形補(bǔ)償系數(shù)、n電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩、tA電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間、電動(dòng)機(jī)功率因素、電動(dòng)機(jī)軸上飛輪力矩。4.2.3指定變頻器減速時(shí)間降低變頻器的輸出功率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動(dòng)機(jī)更快地減速。當(dāng)變頻器對(duì)應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種情況下，異步電機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換成電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過(guò)大時(shí)，變頻器本身的過(guò)電保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無(wú)法達(dá)到快速減速的目的。為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量在直流中間回路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓變頻器中，一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動(dòng)三極管和制動(dòng)電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓上升到一定的電壓值時(shí)，制動(dòng)三極管就會(huì)導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)制動(dòng)電阻放電，即將電動(dòng)機(jī)回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱的形式在制動(dòng)電阻消耗掉。制動(dòng)電阻的選擇方法：計(jì)算制動(dòng)力矩TB由表4.1查得，=0.0021，n1=1440r/min,則n2=n1/i=1440/43=33.5r/min。 (4.5) Nm式中：TB為動(dòng)力矩、 JM為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、 JL折算至電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 n1減速開(kāi)始速度、 n2減速完了的速度、ts減速時(shí)間、 TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩。計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值：在進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，即使不加放電的制動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部也將有20%的銅損轉(zhuǎn)換為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。考慮到這個(gè)因素，可以先按下式初步計(jì)算制動(dòng)電阻的預(yù)選植。 (4.6) =630歐姆式中：ROB為制動(dòng)電阻、UC為直流電路電壓（對(duì)200V級(jí)變頻器，=380V，對(duì)于400V級(jí)，=760V）、TB為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、TM電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩、n1為減速開(kāi)始速度計(jì)算制動(dòng)電阻的平均消耗功率：如前所述，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可按下式求得電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電阻上消耗的平均功率 (4.7) =6.8W 由于四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故變頻器選用通用型的。又因?yàn)樗囊硇D(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)額定值，電機(jī)不會(huì)過(guò)載。一般變頻器出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量系數(shù)，所以選擇變頻器容量與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)容量相同即可。再根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，選擇森蘭變頻器型號(hào)為BT40 0.75 KWT。其具體數(shù)據(jù)和接線(xiàn)圖見(jiàn)附錄A4.3檢測(cè)裝置的選擇（1）直流制動(dòng)接近開(kāi)關(guān)選用由于當(dāng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，門(mén)要停在指定的位置。門(mén)停轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)要先停轉(zhuǎn)，但門(mén)體有一定慣性，使得門(mén)無(wú)法停在指定的位置上。這時(shí)我們就需要接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)門(mén)靠近門(mén)停位置時(shí)，就產(chǎn)生信號(hào)發(fā)出制動(dòng)信息，使門(mén)體停在這個(gè)位置。接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)大，會(huì)使門(mén)制動(dòng)后停在指定位置的前邊。感應(yīng)位置過(guò)小，由于接近開(kāi)關(guān)也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，則使門(mén)停超過(guò)門(mén)應(yīng)停的位置。同時(shí)由于門(mén)框是金屬的，則接近開(kāi)關(guān)應(yīng)能感應(yīng)金屬物體。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品類(lèi)型，可選用5mm感應(yīng)距離的電感式接近開(kāi)關(guān)。型號(hào)為L(zhǎng)F5-2K，常開(kāi)觸點(diǎn)，PNP輸出，三線(xiàn)連接。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)附錄B。(2)鎖門(mén)接近開(kāi)關(guān)的選用當(dāng)鎖門(mén)時(shí)，為了讓門(mén)精確的停位在上鎖的位置，同樣需要一接近開(kāi)關(guān)提前感應(yīng)鎖門(mén)位置的臨近。當(dāng)門(mén)體接近鎖門(mén)位置時(shí)，鎖門(mén)接近開(kāi)關(guān)就發(fā)出鎖門(mén)信號(hào)使門(mén)體精確停在這個(gè)位置，便于我們上電磁鎖和機(jī)械鎖。而無(wú)需人再來(lái)推門(mén)體使其準(zhǔn)確停位。接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)小不能精確停位，而使得無(wú)法上鎖。所以感應(yīng)距離為適當(dāng)才可。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門(mén)產(chǎn)品類(lèi)推，可選用4mm感應(yīng)距離的電磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)?？蛇x擇LE4-2K。其參數(shù)見(jiàn)附錄B。(3)防夾接近開(kāi)關(guān)的選用在出入口兩個(gè)防夾區(qū)域內(nèi)安裝了防夾傳感器，而防夾感應(yīng)器是用來(lái)感應(yīng)人是否處于防夾區(qū)域內(nèi)，而不知道是否門(mén)扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi)，所以?xún)H靠防夾傳感器是無(wú)法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷門(mén)翼是否走到了防夾區(qū)域內(nèi)。當(dāng)防夾傳感器和防夾接近開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)出信號(hào)時(shí)，人就有可能被夾，這時(shí)電機(jī)必須停轉(zhuǎn)。由于人的人的寬度一般在0.5m以下，可設(shè)此距離為接近感應(yīng)器感應(yīng)距離。當(dāng)門(mén)翼靠近曲壁門(mén)柱0.5m時(shí)，接近傳感器就可以發(fā)出信號(hào)。而門(mén)翼是在曲壁門(mén)柱的前端面，因此選擇光電式JD系列接近傳感器。選擇感應(yīng)距離為0.5m的檢測(cè)前端物體的接近傳感器，型號(hào)為JD-E3L-DS50B1傳感器。(4)防夾傳感器的選用防夾傳感器是用來(lái)檢測(cè)人是否在防夾區(qū)域內(nèi)用的。應(yīng)采用紅外線(xiàn)傳感器檢測(cè)，其檢測(cè)方式是豎直的。當(dāng)人在防夾區(qū)域時(shí)，傳感器只有通過(guò)豎直檢測(cè)才不會(huì)誤判。假如傳感器不是豎直的，而是發(fā)散的，如人正常經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)門(mén)區(qū)時(shí)，防夾傳感器就有可能檢測(cè)到人的存在，而此時(shí)門(mén)翼又有可能正好在防夾接近傳感器范圍內(nèi)。兩者信號(hào)同時(shí)有效，使門(mén)體無(wú)故停轉(zhuǎn)，而造成不必要的麻煩。故選擇型號(hào)為SA005-2K光電式開(kāi)關(guān)。其參數(shù)見(jiàn)附錄B。(5)防碰傳感器的選用為了保證行人在旋轉(zhuǎn)門(mén)內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門(mén)扇碰后跟，則立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，防止碰傷行人。行人離開(kāi)門(mén)扇，門(mén)扇自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。則必須在每扇門(mén)底邊裝有全開(kāi)寬內(nèi)藏式感應(yīng)器。其型號(hào)為ASR-001(6)防撞傳感器的選用防撞膠條安裝于入口右側(cè)立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器，如遇物體碰撞或受壓，門(mén)扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，旋轉(zhuǎn)門(mén)也隨之恢復(fù)正常。故選擇型號(hào)為ASR-002防撞傳感器。(7)紅外線(xiàn)被動(dòng)式感應(yīng)器的選用為了保證來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并一正常轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，15s時(shí)無(wú)人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門(mén)。必須在四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的進(jìn)口和出口華蓋上，每處安裝兩個(gè)紅外線(xiàn)感應(yīng)器，感應(yīng)人體進(jìn)入門(mén)體。由於門(mén)體的高度是2-3米，并且要保證能夠在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)觀測(cè)到人，應(yīng)選擇ADS-D型門(mén)控傳感器。其具體參數(shù)見(jiàn)附錄B。傳感器和接近開(kāi)關(guān)的安裝位置如圖4.1所示：圖4.1接近開(kāi)關(guān)安裝圖4.4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.4.1 PLC的機(jī)型選擇旋轉(zhuǎn)門(mén)的動(dòng)作過(guò)程比較固定，環(huán)境條件較好，控制過(guò)程不復(fù)雜，因此選用整體式結(jié)構(gòu)的三菱PLC機(jī)型。因?yàn)樗囊砜刂剖情_(kāi)關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高,在四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)過(guò)程控制中沒(méi)有模擬量輸入，也沒(méi)有比較環(huán)節(jié)等，因此不需要A/D轉(zhuǎn)換功能，PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能。四翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的過(guò)程控制對(duì)PLC的處理速度要求不高，允許執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過(guò)0.5us；不需要采用高速響應(yīng)模塊。使用的指令主要是主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令。4.4.2分析控制系統(tǒng)的I/O接點(diǎn)數(shù)通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)門(mén)控制要求的分析，PLC控制輸入信號(hào)有24個(gè)（按鈕開(kāi)關(guān)6個(gè)、傳感器12個(gè)、接近開(kāi)關(guān)4個(gè)、變頻器報(bào)警輸入1個(gè)、電機(jī)過(guò)熱輸出1個(gè)共24個(gè)），輸出接點(diǎn)共8個(gè)（報(bào)警輸出1個(gè)、電磁鎖繼電器輸出1個(gè)，速度控制2個(gè)、直流制動(dòng)1個(gè)、變頻器復(fù)位1個(gè)共7個(gè)大）。按照預(yù)留15%-20%的接點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，輸入接點(diǎn)至少要28個(gè)，輸出接點(diǎn)至少要10個(gè)。本系統(tǒng)為個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，同時(shí)由上段對(duì)I/O接點(diǎn)的分析主要有：開(kāi)關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：3215=480 開(kāi)關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：107=70系統(tǒng)推斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器字節(jié)數(shù)：81=8總計(jì)大約需要558個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%，有1K的程序容量足夠了。由以上兩個(gè)PLC本身主要方面，兼顧經(jīng)濟(jì)性原則，在眾多市面上的PLC產(chǎn)品中FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)選擇了FX2N64MR001型PLC（輸入為32點(diǎn)，輸出為32點(diǎn)）。由PLC型號(hào)主回路電壓AC（100240）V；輸入端參數(shù)為電壓DC24V，電流5/7mA；繼電器輸出端電壓AC150V，DC30V以?xún)?nèi)。本系統(tǒng)選用直流輸出方式。表4.2 硬件指標(biāo)環(huán)境溫度055環(huán)境濕度3589RH(不接露)抗振JIS C0911標(biāo)準(zhǔn)1055Hz 0.5mm(最大ZG) 3軸方向各3次抗沖擊JIS C0912標(biāo)準(zhǔn) 10G 3軸方向各3次抗燥聲干擾用噪聲仿真產(chǎn)生電壓為1000Vpp，噪聲脈沖寬度為，脈沖頻率為30100的噪聲，在此噪聲干擾下PC工作正常耐壓AC 1500V 1min各端子與接地端之間絕緣電阻5000歐以上接地第3種接地。不能接地時(shí)，亦可懸空I/O刷新方式批處理方式(在END指令執(zhí)行時(shí)成批刷新)有直接I/O指令及輸入濾波器時(shí)間常數(shù)調(diào)整指令操作處理時(shí)間基本指令:0.74us/步功能指令:幾百微妙/秒輸入繼電器DC輸入 24V DC,7Ma,光電隔離X0X177(8進(jìn)制)I/O電數(shù)一共128點(diǎn)輸出繼電器繼電器250AVAC,30V DC,2A(電阻負(fù)載) Y0Y177(8進(jìn)制) 雙向晶閘管242 AC,0.3A/點(diǎn),0.8A/4點(diǎn)晶體管30V DC,0.5A/點(diǎn),0.8A/4點(diǎn)輔助繼電器通用型M0M499(500點(diǎn))范圍可通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)改變鎖存型電池后備(保持)M500M1023(524點(diǎn))特殊型M8000M8255(256點(diǎn))旋轉(zhuǎn)門(mén)采用JXJ型擺線(xiàn)針輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，森蘭BT40變頻器進(jìn)行變頻，以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的需要。電氣接線(xiàn)圖如圖4.2所示。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)BT40智能端子X(jué)1、X2電平高低組成速度控制字進(jìn)行設(shè)定。速度設(shè)定單元為變頻器的A20、A21、A22、A23四個(gè)單元，其值由X4、X5設(shè)定頻率值，見(jiàn)表4.3。其中A23為直流制動(dòng)頻率。表4.3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值速度控制字智能端子電平高低速度設(shè)定單元速度設(shè)定值/HZ備注端子X(jué)2端子X(jué)10000A2050高速0101A2133.3中速1010A2216.7低速1111A2310制動(dòng)前速度4.4.3PLC外接電氣元件的選擇(1)開(kāi)關(guān)的選擇 本控制系統(tǒng)為PLC控制，各種開(kāi)關(guān)的容量要求不高，普通的開(kāi)關(guān)足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對(duì)高速按鈕開(kāi)關(guān)，中速按鈕開(kāi)關(guān)、殘疾按鈕開(kāi)關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)29可選擇普通按鈕開(kāi)關(guān)LA系列，選擇為L(zhǎng)AY8（綠色），選擇Stop停止按鈕開(kāi)關(guān)為L(zhǎng)AY8（紅色）,其