兩翼自動旋轉門設計【含圖紙】

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摘 要 兩翼自動旋轉門是一種專為擴大人員流動而設計的新型旋轉門，是集自動旋 轉門、平滑門和展臺功能三者優(yōu)點于一身的完美組合。 本論文主要論述了兩翼自動旋轉門的設計過程，其主要對兩翼自動旋轉門的 門體結構、驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測安全系統(tǒng)做了詳細的分析和設 計。提出了采用鋁型材和玻璃等組成門體框架，旋轉翼及平滑門用扁鋼固定在一 起形成旋轉門體，通過吊架將旋轉門體同六個被動滾輪連接，使旋轉翼和平滑門 系統(tǒng)懸掛在門冠圓形軌道上；采用三相異步電動機提供動力，通過一個減速器和 一對齒輪齒圈傳動來驅動旋轉門體在門冠圓形軌道上旋轉；用可編程控制器 （PLC）來負責完成控制任務，由變頻器來實現(xiàn)門體多段轉速的調節(jié)功能。使用 紅外線傳感器檢測進出旋轉門的人員流動，多部接觸式和非接觸式傳感器及光電 接近開關來確保通行者的安全進出。最終,設計出了一種功能實用、安全可靠的 旋轉門。 關鍵詞 兩翼自動旋轉門，門體，可編程控制器,傳感器 ABSTRACT Two wings automatic revolving door is one kind of new revolving door which is specially for the expansion of the peoples movement,it is a perfect combination that combines automatic revolving door、smoothing door and exhibition space on the merits of the three functions . This paper discusses the design process of the two wings automatic revolving door, it include the detailed analysis and design about gate body structure、drive system、transmission system、control system and testing security system of the two wings automatic revolving door.It proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework,the revolving door body is made of rotary-wing and smoothing door by flat steel fixed together, is connect to six passive wheels with the hanging brackets which hang on the door crown circular orbit.The three-phase asynchronous motor drive the revolving door body to ralate on the door crown circular orbit through a reducer and gears transmission;PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. The flow of personnel passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.On the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door. Key words Two wings automatic revolving door, gate body, programmable logic controller, sensor 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. ABSTRACT.....................................................................................................................II 1 緒論 ...............................................................................................................................1 1.1 旋轉門的發(fā)展概況. ...................................................................................................................1 1.2 旋轉門作為出入口設計的優(yōu)點. ...............................................................................................1 1.3 旋轉門的發(fā)展趨勢. ...................................................................................................................2 1.4 旋轉門研究的必要性. ...............................................................................................................2 2 方案設計 .......................................................................................................................3 2.1 方案擬定 ....................................................................................................................................3 2.1.1 兩翼自動旋轉門設計方案一 ..................................................................................3 2.1.2 兩翼自動旋轉門設計方案二 .............................................................................................4 2.2 方案選擇 ....................................................................................................................................5 2.2.1 方案比較 .............................................................................................................................5 2.2.2 確定方案 .............................................................................................................................5 3 門體結構設計 ...................................................................................................................................6 3.1 門體的總體設計 ........................................................................................................................6 3.1.1 門體構成 .............................................................................................................................6 3.1.2 門體規(guī)格 .............................................................................................................................6 3.2 旋轉門體部分設計 ....................................................................................................................7 3.2.1 確定旋轉門體材料 .............................................................................................................7 3.2.2 確定旋轉門體相關尺寸 .....................................................................................................8 3.3 曲壁設計 ..................................................................................................................................13 3.3.1 曲壁的總體設計 ...............................................................................................................13 3.3.2 確定曲壁材料 ...................................................................................................................13 3.3.3 確定材料尺寸 ...................................................................................................................14 3.4 旋轉門體加強連接設計 ..........................................................................................................15 3.4.1 加強型鋼的總體設計 .......................................................................................................15 3.4.2 加強型鋼材料選擇及尺寸計算 .......................................................................................15 3.5 華蓋結構設計 ..........................................................................................................................16 3.5.1 華蓋的總體設計 ...............................................................................................................16 3.5.2 華蓋材料選擇 ...................................................................................................................17 3.5.3 華蓋材料尺寸確定 ...........................................................................................................17 4 驅動系統(tǒng)設計 ..............................................................................................................19 4.1 驅動系統(tǒng)總體設計 ..................................................................................................................19 4.2 減速機的選擇 ..........................................................................................................................19 4.2.1 旋轉門體的慣性力矩計算 ...............................................................................................19 4.2.2 旋轉門體的摩擦力矩計算 ...............................................................................................22 4.2.3 選擇減速機 .......................................................................................................................22 5 傳動系統(tǒng)設計 ..............................................................................................................24 5.1 傳動齒輪齒圈設計 ..................................................................................................................24 5.1.1 齒輪齒圈設計前述 ...........................................................................................................24 5.1.2 齒輪齒圈參數(shù)設計 ...........................................................................................................24 5.2 承重滾輪及其軌道設計 ..........................................................................................................28 5.2.1 選擇滾輪 ...........................................................................................................................28 5.2.2 軌道設計 ...........................................................................................................................29 5.3 齒圈連接轉盤支架的螺栓設計 ..............................................................................................32 5.3.1 螺栓直徑設計 ...................................................................................................................32 5.3.2 齒圈結構尺寸設計 ...........................................................................................................33 5.4 轉盤支架設計 ..........................................................................................................................34 5.5 門體吊架設計 ..........................................................................................................................35 5.5.1 吊架處連接螺栓的直徑設計 ...........................................................................................35 5.5.2 吊架的尺寸設計 ...............................................................................................................36 6 控制系統(tǒng)設計 ..............................................................................................................37 6.1 控制系統(tǒng)的控制過程及其控制功能 ......................................................................................37 6.1.1 控制系統(tǒng)的控制過程分析 ...............................................................................................37 6.1.2 控制系統(tǒng)的控制功能分析 ...............................................................................................37 6.2 控制系統(tǒng)的選擇 ......................................................................................................................37 6.3 變頻器的選擇 ..........................................................................................................................38 6.3.1 變頻器的容量計算 ...........................................................................................................38 6.3.2 指定變頻器減速時間 .......................................................................................................38 6.3.3 變頻器的頻率設定 ...........................................................................................................40 6.4 控制系統(tǒng)硬件設計 ..................................................................................................................41 6.4.1 PLC 的機型選擇 ................................................................................................................41 6.4.2 PLC 外接電氣元件的選擇 ................................................................................................42 6.4.3 輸入輸出口的保護及分配 ...............................................................................................43 6.4.4 PLC 的外部接線圖 ............................................................................................................45 6.5 控制系統(tǒng)的軟件設計 ..............................................................................................................45 6.5.1 控制系統(tǒng)軟件設計的要求分析 .......................................................................................45 6.5.2 PLC 程序設計 ....................................................................................................................47 7 檢測安全系統(tǒng)設計 ......................................................................................................60 7.1 檢測安全系統(tǒng)的總體設計 ......................................................................................................60 7.2 檢測系統(tǒng)設計 ..........................................................................................................................60 7.2.1 檢測系統(tǒng)的要求 ...............................................................................................................60 7.2.2 檢測傳感器的選擇 ...........................................................................................................60 7.2.3 檢測傳感器的安裝 ...........................................................................................................60 7.3 安全系統(tǒng)設計 ..........................................................................................................................61 7.3.1 安全系統(tǒng)的要求 ...............................................................................................................61 7.3.2 安全傳感器的選擇 ...........................................................................................................61 7.3.3 安全接近開關的安裝 .......................................................................................................63 結論 ..................................................................................................................................65 參考文獻 ..........................................................................................................................66 附錄 A：西門子 PLC S7-200CPU226 的性能參數(shù) .....................................................68 附錄 B：PLC 硬件接線圖 .............................................................................................71 附錄 C：電氣接線圖 ......................................................................................................72 致 謝 ..............................................................................................................................73 攀枝花學院 Panzhihua University 本科畢業(yè)設計（論文） 文獻綜述 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 二零零三級二班 學生姓名： 王文兵 學 號: 200320623082 2007 年 4 月 26 日 本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述評價表 畢業(yè)設計（論文）題目 兩翼自動旋轉門設計 綜述名稱 評閱教師姓名 喬水明 職稱 講師 評 價 項 目 優(yōu) 良 合格 不合格 綜述結構 01 文獻綜述結構完整、符合格式規(guī)范 綜述內(nèi)容 02 能準確如實地闡述參考文獻作者的論點和實驗結果 03 文字通順、精練、可讀性和實用性強 04 反映題目所在知識領域內(nèi)的新動態(tài)、新趨勢、新水平、新原理、新技術等 參考文獻 05 中、英文參考文獻的類型和數(shù)量符合規(guī)定要求，格式符合規(guī)范 06 圍繞所選畢業(yè)設計（論文）題目搜集文獻 成績 綜合評語： 評閱教師（簽字）： 2007 年 4 月 26 日 文獻綜述 兩翼自動旋轉門的文獻綜述 1 兩翼自動旋轉門設計的意義 1.1我選兩翼自動門設計的意義 兩翼自動旋轉門是機電一體化產(chǎn)品的代表,其既包括了機械傳動系統(tǒng)的設計,又包括了控制系統(tǒng)的設計。作為機械自動化專業(yè)的大學畢業(yè)生，把兩翼自動門作為畢業(yè)設計能很好的運用我們所學的專業(yè)知識，鍛煉我們綜合運用知識的能力和開發(fā)設計產(chǎn)品的能力,能為我們以后參加工作打下堅實的基礎。 1.2兩翼自動門設計的實際意義 從本世紀開始，我國進入了全面建設小康社會的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力；隨著人們對建筑物的要求越來越高，對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，追求高格調的設計，營造奢華的氣氛；而現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應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。此時，兩翼自動旋轉門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調的設計而作為自動門中的頂級產(chǎn)品，做此項設計又有了許多實際的意義。 2 兩翼自動旋轉門的發(fā)展狀況 2.1兩翼自動旋轉門的發(fā)展歷史 自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉門，旋轉門至今已有一百年的歷史。在這段時間內(nèi)，從以前意義的轉門到今天的全自動旋轉門，旋轉門經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展歷史，而兩翼自動旋轉門又是在傳統(tǒng)的自動旋轉門基礎發(fā)展起來的。發(fā)展到今天，旋轉門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進的驅動技術，其智能化高格調的設計為現(xiàn)代化樓宇建筑的入口提供了完美的選擇。 2.2兩翼自動旋轉門的國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外自動旋轉門發(fā)展較早，無論是驅動技術還是控制技術都較為成熟。而我國旋轉門技術的發(fā)展起步較晚，其全自動旋轉門技術來源于荷蘭、瑞典、?日本等國。到目前為止，我國的技術水平離國外還有一定差距。國外著名專業(yè)生產(chǎn)廠家有：荷蘭的B00N EDAM? 瑞典的BESAM? 德國的多瑪、蓋澤? 日本的納博克、寺岡等。而我國在90年代后期旋轉門開始在我國建筑領域中得到迅速推廣和廣泛的使用。??發(fā)展到現(xiàn)在，我國也涌現(xiàn)出了一些旋轉門生產(chǎn)專業(yè)廠家。如：凱必盛、寶盾、青木寶盾、信步、歐立寶盾、京躍、上?？涤?、廣州盛維、青島福田等。 2.3兩翼自動旋轉門的發(fā)展趨勢 兩翼自動旋轉門的發(fā)展趨勢主要有：新穎獨特的總體設計，高度的安全可靠性設計，多種運轉使用方式設計，故障即時顯示功能設計，樓宇消防智能化控制設計，停電使用功能設計，大通行能力設計，精巧靈敏的遙控控制系統(tǒng)設計，先進的驅動控制系統(tǒng)設計。同時，當前最頂尖的兩翼自動旋轉門產(chǎn)品能利用先進的通信和網(wǎng)絡技術，使自動門的維護不再受時間、地域和專業(yè)維護技術的限制，制造商可通過 internet 與設備進行實時交流，校正偏差，讓自動門達到最佳運行狀態(tài)。當出現(xiàn)異常時，可準確傳回故障信息，實現(xiàn)遠程維護，縮短維護、保養(yǎng)時間；采用液晶顯示屏，進行可視化設計，全面顯示門體轉速、狀態(tài)和故障等信息。 3兩翼自動旋轉門的優(yōu)缺點 兩翼自動旋轉門是樓宇設備中的光機電一體化技術產(chǎn)品，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。而要想進一步擴大旋轉門人員流量，擴大旋轉門門扇之間的距離，就自然想到將旋轉門的門扇數(shù)量減為兩個，這就是兩翼自動旋轉門的獨特之處---大的通行能力設計。同時，兩翼自動旋轉門能減少公共場合人們對門體的接觸，能有效的防止了細菌的傳播。 面隊較為復雜的人流環(huán)境, 兩翼自動旋轉門的自動化程度越高,其越容易出現(xiàn)故障,同時也容易發(fā)生傷人事故。但隨著科技的不斷進步，穩(wěn)定可靠的驅動、檢測、安全和控制系統(tǒng)的采用，這些缺點都會逐一克服。 4我設計兩翼自動旋轉門的特點 我設計兩翼旋轉門是采用圓周導軌懸掛整個旋轉門體的設計，是集自動旋轉門、平滑門和展臺功能三者優(yōu)點于一身的完美組合。根據(jù)不同的季節(jié)、場合而選擇旋轉門或平滑門的工作方式，特別適用于客流量很大的場所，如酒店、機場、醫(yī)院、商廈、娛樂中心等。特點：結構設計新穎：這種設計增強了抗風能力，消除了風口效應，減少了能源損耗，有效的阻擋了灰塵，噪音和廢氣的進入，充分發(fā)揮門的隔離和疏通作用。其展箱具有裝飾和展示功能。多重安全保護措施：安裝了多部非接觸式傳感器及獨特的安全開關，確保通行者的安全。在斷電和意外情況下，自動將門旋轉停至安全疏散位置，同時平滑門打開，形成一個寬敞的疏散(緊急)通道價格較低又有很好的裝飾效果。特點：框架結構-鋁合金骨架：門體采用鋁合金框架組裝、可拆式結構，分成幾個獨立的部分，易于安裝，運輸方便。驅動部分由電機和齒輪減速機構組成，安裝在門中心頂部的華蓋內(nèi)，維護工作經(jīng)濟方便。門的進出口和旋轉部分都裝有傳感器，高靈敏度的系統(tǒng)保證了大門能即時開啟以及對速度的調整，保證了通過者最大程度的行走安全。 5設計兩翼自動旋轉門的資料收集 兩翼自動旋轉門設計包括門體部分、機械傳動部分、檢測安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)部分。其涉及較多領域，需要較強的資料收集能力。 5.1門體部分資料收集 門體部分主要涉及相關建筑行業(yè)標準和裝飾行業(yè)標準。建筑行業(yè)主要是門體尺寸要符合建筑行業(yè)進出口要求，其主要參照《建筑門窗手冊》和《門窗工程》前者主要內(nèi)容各種門窗規(guī)格、材料和門的結構等，包括有旋轉門的標準規(guī)格，介紹了旋轉門的大體結構，以及門體鋁型材的型號、截面形狀和型材選用；后者主要介紹有門體材料型號和材料的選擇，以及少許旋轉門的安裝和裝飾要點。這些資料都沒有詳細介紹過兩翼自動旋轉門設計要點。同時還參照了《新編常用建筑材料手冊》上的一些門體結構材料。 5.2機械部分資料收集 機械部分主要涉及電機選擇和傳動件的設計。由于兩翼自動旋轉門是依靠門體轉盤帶動懸掛門體來實現(xiàn)轉動的。其主要參照的資料有：《機械設計手冊》、《機械設計手冊單行本—常用工程材料》、《機械設計》、《機電產(chǎn)品目錄》。這些書上介紹了機械傳動件的設計和軌道尺寸系列過程，長用機械材料系列包括扁鋼和角鋼等系列，齒輪的設計細節(jié)，各種電機及電機減速器系列等。這些資料基本包括了機械部分所需的全部分資料，使我能在此基礎上較好的完成機械部分的設計。 5.3檢測安全系統(tǒng)資料收集 檢測安全系統(tǒng)設計主要包括各種傳感器的選擇。則需要一些傳感器的產(chǎn)品供應目錄結合其相關特點進行選擇。主要參照《現(xiàn)代新潮傳感器應用手冊》，本書主要內(nèi)容有各種類型的傳感器型號、參數(shù)和性能介紹。 5.4控制系統(tǒng)資料收集 由于我設計的兩翼自動旋轉門控制系統(tǒng)采用可編程控制器來實現(xiàn)其控制要求，具體采用西門子的PLC控制系統(tǒng)。收集的資料有：《PLC機電控制系統(tǒng)應用設計技術》、《西門子可編程控制器》、《現(xiàn)代機械工程綜合實踐》等。前兩本書主要介紹了西門子系統(tǒng)的軟件和硬件設計及其系統(tǒng)的相關參數(shù)。最后一本書中有旋轉門的PLC控制要求和PLC的編程要點。這些資料能較好的滿足我控制系統(tǒng)的設計要求。 5.5資料收集評論 由于兩翼自動旋轉門是當前正在流行和發(fā)展的一種市場產(chǎn)品，關于其設計的紙制圖書資料很少，又很不完善。有涉及的資料都是講解其控制的，且設計也很為不全，很多實際的問題沒有考慮，如光電一體化產(chǎn)品示例一書中也只是提及自動旋轉門的梗概，上述資料沒有門體滾輪等的相關內(nèi)容。很多的細節(jié)設計問題還需要我門利用因特網(wǎng)上的豐富資源，使用各種搜索引擎來找到我們所需的相關設計資料，滿足我的設計要求。同時參照個旋轉門生產(chǎn)廠家的相關產(chǎn)品，綜合上述資料完成兩翼自動旋轉門的設計。 參 考 文 獻 [1] 王壽華.建筑門窗手冊. 中國建筑工業(yè)出版社 [2] 圖集編繪組. 門窗工程. 中國建材工業(yè)出版社 [3] 洪向道. 新編常用建筑材料手冊. 中國建筑工業(yè)出版社 [4] 機械設計手冊. 機械工業(yè)出版社 [5] 成大先. 機械設計手冊單行本—常用工程材料. 化學工業(yè)出版社 [6] 濮良貴，紀名剛. 機械設計. 高等教育出版社 [7] 國家機械工業(yè)局. 機電產(chǎn)品目錄. 機械工業(yè)出版社 [8] 揚幫文. 現(xiàn)代新潮傳感器應用手冊. 機械工業(yè)出版社 [9] 魯遠棟. PLC機電控制系統(tǒng)應用設計技術. 電子工業(yè)出版社 [10] 房海蓉，李建勇. 現(xiàn)代機械工程綜合實踐. 機械工業(yè)出版社