第1章 緒 論1.1 引言 智能全自動門設(shè)計(jì)是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時(shí)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(diào)的設(shè)計(jì)，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆，立足于建筑時(shí)代大潮的*前端。1.2 智能全自動門的優(yōu)缺點(diǎn) 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，而智能全自動門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。智能全自動門的**優(yōu)點(diǎn)在于它”永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門”，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動態(tài)密封效果較好。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國，在我們高樓聳立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場和寫字樓，自動旋轉(zhuǎn)門已經(jīng)是隨處可見。自動門不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。同時(shí)，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008 年北京申奧成功和 WTO 的加入。旋轉(zhuǎn)門的市場前景將越來越大。 但是智能全自動門也存在著缺點(diǎn)**它適用范圍有一定的局限性它只能應(yīng)用在一些**場合.**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 智能全自動門的發(fā)展1.3.1 智能全自動門發(fā)展的狀況 自 1903 年寶盾公司在荷蘭出**座智能全自動門，智能全自動門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的**系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動技術(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**的選擇。 國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)成熟。智能全自動門的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、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，操作更簡便等優(yōu)點(diǎn)；檢測**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，操縱門體的動行，使用各種**檢測傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家的自動旋轉(zhuǎn)門還具有遠(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 我國智能全自動門技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 我國的智能全自動門技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90 年代后期旋轉(zhuǎn)門開始在我國建筑領(lǐng)域中擁有迅速推廣和廣泛的使用。國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門廠家主要有：北京有凱必盛、寶盾、青木寶盾、信步、歐立寶盾、京躍等。上?？涤V州盛維、青島福田等。 以京躍公司的產(chǎn)品為例，國內(nèi)自動旋轉(zhuǎn)門在控制系統(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)自主設(shè)計(jì)。但就節(jié)能方面的設(shè)計(jì)仍存在較多問題，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。對門的選擇由單一的功用型向個(gè)性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設(shè)施，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆。因此，目前國內(nèi)四翼自動旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展趨勢主要有：新穎獨(dú)特的總體設(shè)計(jì)，高度的**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)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.4 智能全自動門的分類1.4.1 智能全自動門的基本類型 1自穩(wěn)定性自動旋轉(zhuǎn)門 三翼和四翼旋轉(zhuǎn)門軸通過軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)或四個(gè)門翼呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等，人在內(nèi)扇之間推動（按順時(shí)針）門扇，就成為一個(gè)手動旋轉(zhuǎn)門。中心門軸的上方安裝電動機(jī)及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和**裝置，就成為自動旋轉(zhuǎn)門。 2懸掛式自動旋轉(zhuǎn)門 （兩翼旋轉(zhuǎn)門）為進(jìn)一步擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門人員流量，擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門門扇之間的距離，可以考慮將旋轉(zhuǎn)門的門扇數(shù)量減為兩個(gè)。中心門軸結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門的緊急打開功能。于是兩翼旋轉(zhuǎn)門采用了上部圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)門體的設(shè)計(jì)，以一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動。 圖 1.2 懸掛式自動旋轉(zhuǎn)門 3全玻璃自動旋轉(zhuǎn)門 從結(jié)構(gòu)上看，全玻璃自動旋轉(zhuǎn)門與自穩(wěn)定性自動旋轉(zhuǎn)門一樣。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)動裝置埋在地下。上部和下部各有一個(gè)連接門扇的金屬盤，金屬盤上有固定門扇的門夾，門扇玻璃在中間直接相結(jié)合，省略了中心門軸，極大地提高了門軸的通透性。 圖 1.3 全玻璃自動旋轉(zhuǎn)門1.4.2 旋轉(zhuǎn)門具體方案的確定 在選擇了旋轉(zhuǎn)門的類型后，本設(shè)計(jì)還**確定其設(shè)計(jì)的具體方案。通過查閱大量的資料，本設(shè)計(jì)出以下幾種方案： **個(gè)方案：采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門，控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。 **個(gè)方案：采用懸掛式的旋轉(zhuǎn)門，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，控制系統(tǒng)采用 PLC 控制。 對于**個(gè)方案 由于采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門，它在修建的時(shí)候**把立柱修好。如果我們想改變一下旋轉(zhuǎn)門的位置**另外修建一個(gè)立柱?？刂葡到y(tǒng)采用單片機(jī)控制，它在大規(guī)模旋轉(zhuǎn)門的情況下是非常實(shí)用的。 對于**個(gè)方案 由于使用了懸掛式的旋轉(zhuǎn)門，故其旋轉(zhuǎn)門的每個(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)門的小批量。 對于第三種方案 由于采用了中軸式旋轉(zhuǎn)門，故旋轉(zhuǎn)門的每個(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)門的小批量。 由于設(shè)計(jì)的是一般的**賓館，其出入的人數(shù)比較少，并且要進(jìn)行小批量的，故選用第三種方案，利用 PLC 控制。 第 2 章 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選擇自穩(wěn)定性自動旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計(jì)（四翼） 由于本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是一般**賓館大門，故**滿足豪華、氣派的要求，而旋轉(zhuǎn)門剛好符合上述的條件。但是旋轉(zhuǎn)還分為幾大類，由于**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)門就滿足其要求了。并且它還具有穩(wěn)定性、可靠性很高，使用壽命長的特點(diǎn)。 四翼自動旋轉(zhuǎn)門的門體部分設(shè)計(jì)主要包括旋轉(zhuǎn)門體部分設(shè)計(jì)和固定部分曲壁設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)門體又包括中間旋轉(zhuǎn)門扇和中軸。其中旋轉(zhuǎn)門扇都由鋁型材框架和玻璃構(gòu)成。曲壁是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)門體部分的旋轉(zhuǎn)空間，由進(jìn)出門口和四塊弧形框玻璃構(gòu)成。 根據(jù)文獻(xiàn)可以確定四翼自動旋轉(zhuǎn)門的尺寸，其具體尺寸如表 2.1 所示： 表 2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門尺寸表 門旋轉(zhuǎn)直徑 E 3600mm 門凈高 A 2163mm 門總高 B 2633mm 門出入口尺寸 C 2427mm 門外徑 D 3760mm 單扇門半徑 DW 1005mm 圖 2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門結(jié)構(gòu)尺寸圖2.1 確定門扇材料 門扇主要包括門扇骨架的材料和門扇玻璃.根據(jù)相關(guān)門體標(biāo)準(zhǔn)可按90 系列的推門進(jìn)行設(shè)計(jì)。門扇骨架采用 90 系列推拉門專用鋁型材根據(jù)文獻(xiàn)，確定門扇骨架鋁型材具體選擇如表 2.2 所示： 表 2.2 90 系列平開門鋁型材類型 代號光企 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門的安裝方式是不由于 90 系列平開門與一般的旋轉(zhuǎn)門是有區(qū)別的，旋轉(zhuǎn)門是不用在勾企安裝一樣的，故我們旋轉(zhuǎn)門的截面圖都采用光企的截面圖。2.1.1 確定門扇玻璃 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.由于門一般用于**的賓館寫字樓等**場所一般無特殊要求.由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴并且無多大實(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*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 確定門扇的尺寸. 根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)門尺寸可按 90 系列的平開門的尺寸進(jìn)行計(jì)算。 光 企 和 勾 起 的 長 度 為 ： L A - 2 L - h 2 . 1 2200-2×25-20 2130mm 其中：L 為光企或勾企的長度，A 門凈高的高度 ，L為門體上下所留的間隙，h 為安裝門扇扁鋼的厚度。 上橫和下橫的寬度為： B D W L 1 2 . 2 100564 1069 mm 其中：B 為上橫或下橫的寬度，L1 為門扇夾到金屬盤內(nèi)的距離。 而玻璃的長度為: L1L-2 × b12 × h12.3 2130-2×642×12 2026mm 其中：b1 為鋁合金截面的長度，h1 為鋁合金所夾玻璃的長度。 玻璃的寬度為: B1B-2 × b12 × h12.4 1069-2×6424 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**選用專用的鋁型材，根據(jù)中國建材網(wǎng)選用 6063專用弧形材，其截面如圖 2.4 所示。由于支撐架**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 80 80 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**做成圓弧形，**選用專用玻璃。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)門直徑 E 3600mm，門出入口尺寸 C2427mm故對應(yīng)的圓心角為： q 2arccosC/2/ E /22arccos2427/2/3600/296度。則兩邊曲壁各對應(yīng)的圓心角應(yīng)為： 2 - q q曲 2 2 . 5 2 96 2 84所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長為： q曲 2r L曲 360 2 2 . 6 84 2 1800 3.14 360 2 1318 .8 mm則每扇曲壁的弧長為： L曲 — 4 L角 L 2 2 . 7 1318.8 4 10 2 639.4 其中： L角 為角鋼的厚度， L曲 為曲壁的弧長，r 為四翼旋轉(zhuǎn)門的半徑。 確定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧長 ： E q L玻 2（ h2） 曲 2 3602.8） 1320mm 玻璃的高度為： hA-2 × h2-2 × h32.9 2200-2×75-2×12 2026mm 其中：A 為門凈高度，h2 為 6063 鋁合金的截面長度，h3 為鋁合金夾玻璃的長度。 80 80 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 3 0 0 l 2 . 1 0 2200300230 2730mm 其中：A 為門凈高度，l 為上下華蓋的距離。 角鋼與 6063 專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 專用鋁合金與下華蓋也是通過螺釘連接的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華蓋的八根角鋼組成。它主要用來安裝軸承、電機(jī)、控制裝置等。 由于華蓋要用來安裝電機(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。上面的鋼板要用來安裝電機(jī)，故**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 來支撐電機(jī)的重量，則**在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板通過焊接連接。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 金屬盤與軸承支座的設(shè)計(jì)2.4.1 金屬盤的設(shè)計(jì) 由表 2.1 查得旋轉(zhuǎn)門直徑 E 3600mm，單扇門半徑 DW1005mm，故軸的直徑 D E -2DW-h3600-2×1005-601530mm其中 h 為門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，它一部分連接到軸上，一部分連接到門體上，這樣就很好的解決了因軸太小而不能滿足標(biāo)準(zhǔn)尺寸的要求。其具體尺寸如圖 2.7 所示。 圖 2.7 金屬盤尺寸圖 為了讓門體固定在金屬盤上，需要使用兩根扁鋼，上下各一根。扁鋼的一部分與門體連接，另一部分與金屬盤連接。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**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)門沒有固定軸承的地方，則需要設(shè)計(jì)軸承座來固定軸承。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)。對于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度**滿足強(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，防止軸承的向下滑動，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 2.5 本章小結(jié) 本章內(nèi)容為門體設(shè)計(jì)，既對門的基本幾何形狀設(shè)計(jì)。從門款的選材到定型，再到門的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)，使門的基本情況有了進(jìn)一步的闡述。門體選材為常見材料，大大的節(jié)約成本。支撐部分結(jié)構(gòu)簡單，材料也選用熱軋鋼板，避免了加工精度的要求，是設(shè)計(jì)極可能的簡單化。 第 3 章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 整個(gè)門體的傳動系統(tǒng)由減速電機(jī)提供動力減速電機(jī)通過一次減速后，再通過一對齒輪把動力傳給軸而金屬盤將門扇與軸相連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了動力裝置到執(zhí)行裝置的動力的傳遞過程。3.1 各扇門的質(zhì)量計(jì)算 由于四翼旋轉(zhuǎn)門的四扇成對稱分布，其質(zhì)量完全一樣所以計(jì)算一扇門的質(zhì)量，再乘以四就是整個(gè)門體的質(zhì)量。由文獻(xiàn)查得鋁合金的線密度為 0.836kg/m。 則每扇門框的質(zhì)量為： m1σl 3.1 σ2×L2×B 0.836×2×2.132×1.069 5.35kg 單扇門玻璃的質(zhì)量： m2V ?！力?3.2 1.989 0.965 0.006 2500 29.33kg 單扇門的質(zhì)量： mm1m2 29.335.35 34.68kg 其中：σ為線密度，l 為鋁合金邊框的總長度，B 為鋁合金邊框的寬度ρ為玻璃密度。3.2 各部分轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 假設(shè)門扇為均勻的質(zhì)量體其在寬度方向的面密度 s 可以用下式 m計(jì)算 s 其中 R 為門扇的寬度，L 為門扇的長度。 RL 則門扇對中心慣量可用下式計(jì)算： R/2 mR 2 R J1 SR 2 dm SLR 2 dr 2 R 2 dR 0 0 12 由平行軸定理知，門扇相對于軸的轉(zhuǎn)動慣量為： mR 2 R J m L1 2 12 2 34.68 1.069 2 1.069 2 （3.3） 34.68 0.733 59.2 12 2 其中：L1 為旋轉(zhuǎn)門的中心到門扇的距離，R 為門體總的長度。 2 6 旋轉(zhuǎn)門體的**轉(zhuǎn)速為 6r/min則角速度 rad / s 。由 60 5于傳感器一般在 2m 范圍內(nèi)檢測人的來臨當(dāng)人邁進(jìn)門邊時(shí)門體要加速到正常速度轉(zhuǎn)動。按照一般情況下，人走過兩米需要的時(shí)間*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 2則角加速度 a rad / s