自动旋转门的设计.doc

1、第 页1 第一章 旋转门综述1.1 旋转门的课题背景自动旋转门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的最前端。大厦在需要持续不断的人流出入的同时，又要保持建筑物内良好的空气循环及环境的优美，这是建筑师所遇到的一大难题，而旋转门为大厦提供了理想的解决方案，它可有效地防风、防尘和隔音，从而改善了大厦入口附近的环境。旋转门的最大优点在于它“永远开门，又永远关门“，即对于行人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其

2、动态密封效果较好。因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。自动旋转门的最大优点在于它“永远开门，又永远关门” ，即对于人员来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。因此，自动旋转门在保安功能方面具有独到的发展，但在人员流量方面自动旋转门却没有优势，因为门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的。每种自动旋转门都有标定的人员流量数值。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果在经常使用的条件下相对于其他自动门要好。由于自动旋转门的人流量有限，通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。但在

3、静态密封效果方面，自第 页2 动旋转门远不如其他自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。1.2 国内外旋转门发展现状1.2.1 国外旋转门发展现状自 1903 年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。国外著名厂家有：荷兰的 B00N EDAM 瑞典的 BESAM 德国的多玛、盖泽 日本的纳博克、寺冈等。由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化设计

4、的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家生产的自动旋转门还具有远程控制和液晶显示。利用当前先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过 internet 与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面显示门体转速、状态和故障等信息。1.2.2 国内旋转门发展现状1、我国旋转门技术的发展：

5、我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、第 页3 日本等国。90 年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国内专业厂家：北京有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有上海康育、广州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。2、旋转门在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长，2008 年北京申奥成功和 WTO 的加入。从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。现代城市建筑物装饰装修中，将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化。对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的

6、概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施。堪称建筑物的点睛之笔。但是国家对自动门产品质量、安全性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国内建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国内建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。第二章 方案的确定旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个第 页4 方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。2.1 方案一的设计2.1.1 框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采

7、用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。圆周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或 6mm 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。 2.1.2 传动系统：由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。2.1.3 控制系统：由单片机、变频器、功能开关组成。由可编程控制器 PLC、变频器、功能开关组成。2.1.4 检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。2.1.5 安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防

8、止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动第 页5 转动。2.2 方案二的设计2.2.1 框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成 立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或 6MM 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可

9、靠。2.2.2 驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。2.2.3 控制系统：由可编程控制器 PLC、变频器、功能开关组成。2.2.4 检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。2.2.5 安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。第 页6 2.3 方案选择 三翼旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通

10、过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。但是，这种旋转门门翼与中心轴的固定方式决定了门扇宽度不能太大，所以这种旋转门的直径最大只有约 4m。为了解决这一问题，工程师们将中心门轴设计成了门扇固定在大钢管上面，相对减小了门扇宽度，增加了电机对门中心的旋转作用力矩，使这种旋转门的最大直径扩大到 6m。这种结构是稳定性，使用的可靠性很高，使用寿命长。考虑到旋转门在停止时一定耍密封，所以三翼旋转门的每个分隔可以容纳更多的人，可是门的净开口宽度较小。而方案一由于采用两个电

11、机驱动也给驱动系统带来了许多麻烦，同时也不利于节能。在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量生产，不适于单件设计。综合两种方案进行比较，可以看出第二种方案在具体设计中更具有实用性，完善性。故选择第二种方案。第三章 三翼自动旋转门控制系统设计3.1 硬件设计第 页7 3.1.1 变频器容量选择计算变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。表 3.1 电机参数表 电动机型号额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）效率（%）功率因素最 大 转 矩额 定 转 矩 电机转动惯量 2(.)kgm飞轮的转动

12、惯量Y881-45501.51380730.762.2 0.00180.61、驱动一台电动机对于连续运转的变频器必须同时满足下列 3 项计算公式：满足负载输出/kVA： 式(3.1)cosmkP1.50(876).94满足电动机容量/kVA： 式(3.2)310cmePUI81.5.94满足电动机电流/A： 式（3.3)cmeIk第 页8 1.56式中： 为变频器的容量/kVAcmP负载要求的电动机轴输出功率/kw电动机额定电压/veU电动机额定电流/AeI电动机效率电动机功率因数cos电流波形补偿系数kk 是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电

13、流应有所增加。对 PWM 控制方式的变频器，k 约为1.051.1。2、指定变频器的启动加速时间变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，一般利用失速防止功能，以避免变频器跳闸，但同时也加长了加减速时间。如果生产设备对加速时间有特殊要求时，必须事先核实编破器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下：式(3.4)2937cos5lcmAkTGDnPt第 页9 225.40.61. 1(93706)(375)式中： 为变频器的容量/kVAcmP电流

14、补偿系数,对 PWM 控制方式的变频器,k 约为 1.051.1k电动机效率电动机功率因数cos电动机额定转速/(r/min)n电动机轴上的飞轮力矩/( )2GD2.Nm电动机加速时间/sAt负载转矩/( )lt1.3、指定变频器的减速时间降低变频器的输出频率，就可以实现电动机减速。加快变频器输出频率的降低速率，可使电动机更快的减速。当变频器输出频率对应的速度低于电动机的实际转速时，电动机就进行再生制动。在这种运行状况下，异步电动机将变成异步发电机，而负载的机械能将被转换为电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身的过电压保护电路将会动作并切断变频器的输出，使电动机处于自由减速状态，反而

15、无法达到快速减速的目的。为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。在电压星变频器中，一般都在直流中间回路的电容器两端并联上制动三极管和制动电阻。当直流中间回路的电压升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中第 页10 间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。制动电阻的选择方法：（1）计算制动力矩 /.bTNm式(3.5)12()9.5lb lsJnTt(08)(40).2.5.7式中： 动力矩/bT1.Nm电动机转动惯量/mJ2.kg折算至电动机轴的负载转动惯量/l 2.kg减速开始速度/( )1n1.inr减速完了速度/( )2.mi减速时间/sst负载转矩/lT1.N（2）计算制动电阻 的阻值bR在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也将有 20%的铜损被转换为制动力矩。考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。式210.147(.)cobbmURTn(3.6)260.147(5.0.)1402