【正文】 本科畢業(yè)設計 (論文 )：基于 PLC 的自動旋轉門的設計 1 緒 論 11 旋轉門的課題背景 自動旋轉門是樓宇設備中的光機電一體化技術產品它給人以親切大方的感覺同時營造出奢華的氣氛其全新的概念寬敞的開放門面和高格調的設計堪稱建筑物的點睛之筆立足于建筑時代大潮的最前端 自動旋轉門的最大優(yōu)點在于它永遠開門又永遠關門即對于人員來說門總可以打開可對于建筑物來說門又總是關著因此自動旋轉門在保安功能方面具有獨到的發(fā)展但在人員流量方面自動旋轉門卻沒有優(yōu)勢因為門的轉速是 固定的每個門翼之間可容納的人員也是有限的每種自動旋轉門都有標定的人員流量數(shù)值自動旋轉門由于其永遠開啟的同時又永遠關閉的特點使其動態(tài)密封效果在經常使用的條件下相對于其他自動門要好由于自動旋轉門的人流量有限通常在自動旋轉門兩側另設自動或手動平開門一方面增加通行能力另一方面當自動旋轉門出現(xiàn)故障時不影響人的通過但在靜態(tài)密封效果方面自動旋轉門遠不如其他自動門因為其門體運動方式決定著只能使用毛條密封傳動系統(tǒng)技術具有節(jié)能低噪聲傳動平穩(wěn)壽命長性能可靠等優(yōu)點控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設計的系統(tǒng)作為控制中樞功能更強大操作更簡便檢測系統(tǒng) 先進的紅外與微波感應技術用于感知物體的移動操縱門體的動行遠程控制液晶顯示國家對自動門產品質量安全性節(jié)能性噪音施工質量售后服務還沒有統(tǒng)一的標準所有國內建筑業(yè)院校都沒有相關的專業(yè)或課程也沒有權威的咨詢機構自動門市場的管理尚處于無序狀態(tài)隨著國內建筑業(yè)的發(fā)展這一狀況一定會有所改變框架總成分為固定部分和旋轉部分均由鋁型材框架和玻璃等組成立柱曲壁門扉一般采用高強度鋁合金型材結構簡潔精密牢固每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài)門扉玻璃采用 33夾膠玻璃或 6厚鋼化玻璃曲壁玻璃一般采用 44夾膠玻璃安全可靠控制系統(tǒng)由變頻器功能開關組成由可編程控制器 PLC 變頻器功能開關組成 ①框架總成分為固定部分和旋轉部分均由鋁型材框架和玻璃等組成立柱曲壁門扉一般采用高強度鋁合金型材結構簡潔精密牢固每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài)門扉玻璃采用 33 夾膠玻璃或 6MM 厚鋼化玻璃曲壁玻璃一般采用 44 夾膠玻璃安全可靠控制系統(tǒng)由可編程控制器 PLC 變頻器功能開關組成 4m 為了解決這一問題工程師們將中心門軸設計成了門扇固定在大鋼管上面相對減小了門扇寬度增加了電機對門中心的旋轉作用力矩 使這種旋轉門的最大直徑擴大到 6m 這種結構是穩(wěn)定性使用的可靠性很高使用壽命長考慮到旋轉門在停止時一定耍密封所以三翼旋轉門的每個分隔可以容納更多的人可是門的凈開口寬度較小而方案一由于采用兩個電機驅動也給驅動系統(tǒng)帶來了許多麻煩同時也不利于節(jié)能在控制系統(tǒng)上由于單片機的程序設計和接口設計較為繁雜只利于大批量生產不適于單件設計綜合兩種方案進行比較可以看出第二種方案在具體設計中更具有實用性完善性故選擇第二種方案 3 門結構的設計 三翼自動旋轉門的尺寸可以根據(jù)可以確定其尺寸其具體尺寸如下所示 表 31 門體尺寸 門旋轉直徑 3200mm 門凈高 A 2400mm 門總高 B 2710mm 門出入口尺寸 C 1430mm 門外徑 D 3360mm 單 扇 門 半 徑 DW 1315mm 圖 31 門體結構簡圖 31 門結構材料的選用 門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃 ①根據(jù)相關門體標準可按 90系列的推門進行設計門體骨架采用 90系列推拉門專用鋁型材根據(jù)中可以確定門體骨架鋁型材 三翼旋轉門門扇 左邊框 選代號 L090704 右邊框 選代號 L090704 上橫 選代號 L090706 下橫 選代號 L090707 圖 32 L090706 型鋁型材 圖 33 L090707 型鋁型材 圖 34 L090704 型鋁型材 ②門體玻璃的選用 門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自動旋轉門一般用于高級的賓館寫字樓等高檔場所一般無 特殊要求由于防彈玻璃價格較為昂貴并且無多大實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根據(jù)參考其他相關產品的選擇情況可以選 6mm 的鋼化透明玻璃 32 門結構尺寸的確定 根據(jù)前面的總體設計可知三翼旋轉門的結構尺寸可參照中 90 系列尺寸高度為 2400mm 一扇門寬度為 1315mm 進行設計 根據(jù)以上節(jié)點可以計算單扇門的相關尺寸為 左邊框和右邊框的高度為 式 31 2400225 2350mm 式中為門扇邊框高度尺寸為門凈高度 上橫和下橫的寬度為 式 32 1315mm 式中為門扇寬度 玻璃的實際高度為 式 33 式中 為玻璃外顯示尺寸玻璃上下門邊尺寸 實際寬度為 式 34 1315264212 1211mm 式中門扇上邊框安裝玻璃的寬度玻璃邊框實際尺寸 33 中 間軸的設計與軸承的選用 ①中間軸的設計 軸的直徑為 式 35 32002131523216 532mm 式中為門體旋轉直徑為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙為 扇門邊框安裝膠條的寬度 由于軸是用來安裝軸承齒輪門扇的并且在軸向受到力不大所以選用結構用不銹鋼焊接鋼管用牌號 0Cr18Ni9 制造以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為 532mm 壁厚為8mm 定尺長度為 3000mm 中間軸在安裝軸承 的兩端要車削 1mm 并且達到 530mm 尺寸精度為普通級 ②軸承的選用 為了使軸承能很好的固定必須使用軸承座由于要使用兩個軸承則軸承座也要使用兩個上下各一個對于軸承座其內徑為軸承的外徑其厚度必須滿足強度要求因為軸所計算的直徑為 532mm兩端車削后直徑為 530mm故選用雙列圓錐滾子軸承根據(jù) GBT221995 選型號為 35000型代號為 3519530 安裝在軸上的軸承主要受軸向力并且軸承受到的軸向力比較大故需在門安裝地面設計一個凹型臺防止軸的向下滑動和安裝時防止其他雜質進入軸襯內 圖 35 下軸承座 34 曲壁部分設計 曲壁由 4根角鋼做為支撐體每 2根構成一邊曲壁體角鋼豎在水泥板上進出口各布置 2根然后頂部又用一圓形角鋼將 4根角鋼固定在一起形成曲壁的整體框架然后安裝鋁合金玻璃壁曲壁由 2 塊相同的圓弧玻璃組成 ①材料的選用 曲壁上圓弧梁選用 6063 專用弧形材頂部用的角鋼彎曲成一個圓弧由四段構成便于加工玻璃的選用 8mm 彎鋼化玻璃 ②材料尺寸的確定 由于圓的內圓半徑為 1600mm 門口對應的圓角為 則兩邊曲壁各對應的圓心角應 式 36 所以兩邊曲壁對應的弧長 式 37 玻璃尺寸的確定 玻璃的弧長 式 38 玻璃的高度 式 39 曲壁立柱角鋼尺寸確定 由于要保持角鋼的穩(wěn)定性預埋在地下的角鋼尺寸為 100mm 則角鋼的高度可估算為 式 310 頂部圓周鋼材尺寸的確定 頂部周鋼材的內直徑為 3200mm 分為兩半圓角鋼用螺栓固定在立柱角鋼上則圓周角鋼內圓弧長為 式 311 式中 d 為旋轉門的旋轉直徑 則每段內圓弧長 式 312 35 華蓋的設計 華蓋部分是用來安裝驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分其主要由和型材框架和薄金屬版構成一個圓柱形體其主要安裝軸承電機控制裝置等 由于華蓋要用來安裝電機電機的有一定重量為了保證電機在工作時不發(fā)生振動現(xiàn)象故選擇的鋼架結構要求其剛度比較高故選擇熱扎鋼板其厚度為 2 毫米直徑為 3360mm 的圓形上下各一張 ①華蓋底部設計 旋轉門的外徑為 3360mm 由 于底部要安裝軸承必須在鋼板中間打孔與此同時角鋼也要穿過鋼板也必須在鋼板上加工槽 圖 36 下華蓋尺寸圖 ②上華蓋的設計 旋轉門的外徑為 3360mm 由于上面的鋼板要用來安裝電機故必須在其上面打孔同時為了保證鋼板用足夠的強度來支撐電機的重量則必須在鋼板上打鋼架鋼架與鋼板焊接在一起由于電機的重量不大故用一般方鋼其具體尺寸如下圖所示 圖 37 上華蓋尺寸圖 4 驅動系統(tǒng)設計 41 軸和軸承設計計算 寸設計 由于軸承還沒有缺定出來但是軸的直徑已知并且旋轉軸在徑向 受力不大主要受到徑向力的作用故可以選擇圓錐滾子軸承根據(jù)文獻 [5]中預選雙列圓錐滾子軸承型號為 3519其寬度為 190 mm又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離一般選擇為 40mm 其具體尺寸如下圖所示 圖 41 軸的結構圖 軸的質量計算由公式 W 002491 DS S 其中 W 為鋼管的線密度 kgmD 為鋼管的外徑 mmS 為鋼管的壁厚 mm M WL L 為鋼管的長度 式 41 15273kg 選擇與 驗算 徑向力確定軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉矩除以大齒輪的分度圓半徑其值為 Fr 8506N 軸向力的確定 Fa Mg 15273449 10 式 42 34873N 設定工作時間為 87600 小時 10 年 365 天 24 小時 由中間軸兩端按軸承的地方車削后 d 530mm由文獻 [5]中表 6280預選雙列圓錐滾子軸承型號為 3519 其中 e 041Y1 16Y2 25Y0 16Cr 2390KN 當 當量動載荷 Pr 045Fr YFa 045 850625 34873 式 43 910102N 查文獻 [3]中表 105 得 Y Y2 25 查文獻 [5]中表 628〉 6211 得 fh 20fn 1435fd 11fT 09fm 1 根據(jù)式 C fh fd fT Pe 2 11 09 91012 式 44 125578N 軸承 Cr 2390000N 125578N 故合適 42 軸的校核 在確定軸承的支點位置時由文獻 [5]中查取值對于雙列圓錐滾子軸承由文獻[5]中查得作簡支梁的軸的支承跨距根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖 圖 42 中間軸受力圖 從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險截面現(xiàn)將計算出軸的受力情況 ①水平面的受力分析 支反力 式 45 ②垂直面受力 支反力