第1章 绪 论1.1 引言 智能全自动门设计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*前端。1.2 智能全自动门的优缺点 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，而智能全自动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。智能全自动门的**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，使其动态密封效果较好。在经济飞速发展的中国，在我们高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场和写字楼，自动旋转门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。同时，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。旋转门的市场前景将越来越大。 但是智能全自动门也存在着缺点**它适用范围有一定的局限性它只能应用在一些**场合.**如果控制系统设计不完善可能出现伤人事件.。1.3 智能全自动门的发展1.3.1 智能全自动门发展的状况 自 1903 年宝盾公司在荷兰出**座智能全自动门，智能全自动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**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提供了**的选择。 国外自动旋转门发展较早，其技术成熟。智能全自动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**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**检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家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 ， 当出 现 异常 时 ，可 准 确传 回 故障 信 息。1.3.2 我国智能全自动门技术的发展状况 我国的智能全自动门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90 年代后期旋转门开始在我国建筑领域中拥有迅速推广和广泛的使用。国内旋转门厂家主要有：北京有凯必盛、宝盾、青木宝盾、信步、欧立宝盾、京跃等。上海康育、广州盛维、青岛福田等。 以京跃公司的产品为例，国内自动旋转门在控制系统方面已有较大的发展，技术也趋于成熟主控部分基本可实现自主设计。但就节能方面的设计仍存在较多问题，如旋转速度的调节和温控系统设计等。 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。因此，目前国内四翼自动旋转门的发展趋势主要有：新颖独特的总体设计，高度的**可靠性设计，多种运转使用方式设计，故障即时显示功能设计，楼宇消防智能化控制设计，停电使用功能设计，大通行能力设计，精巧灵敏的遥控控制系统设计，先进的驱动控制系统设计。1.4 智能全自动门的分类1.4.1 智能全自动门的基本类型 1自稳定性自动旋转门 三翼和四翼旋转门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个或四个门翼呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等，人在内扇之间推动（按顺时针）门扇，就成为一个手动旋转门。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**装置，就成为自动旋转门。 2悬挂式自动旋转门 （两翼旋转门）为进一步扩大旋转门人员流量，扩大旋转门门扇之间的距离，可以考虑将旋转门的门扇数量减为两个。中心门轴结构难以实现两翼旋转门的紧急打开功能。于是两翼旋转门采用了上部圆周导轨悬挂整个门体的设计，以一个或两个电机驱动。 图 1.2 悬挂式自动旋转门 3全玻璃自动旋转门 从结构上看，全玻璃自动旋转门与自稳定性自动旋转门一样。也分三翼和四翼两种。也是地面支撑的稳定性结构。所不同的是，驱动装置埋在地下。上部和下部各有一个连接门扇的金属盘，金属盘上有固定门扇的门夹，门扇玻璃在中间直接相结合，省略了中心门轴，极大地提高了门轴的通透性。 图 1.3 全玻璃自动旋转门1.4.2 旋转门具体方案的确定 在选择了旋转门的类型后，本设计还**确定其设计的具体方案。通过查阅大量的资料，本设计出以下几种方案： **个方案：采用立柱式的旋转门，控制系统采用单片机控制。 **个方案：采用悬挂式的旋转门，控制系统采用 PLC 控制。 第三个方案：采用中轴式的旋转门，控制系统采用 PLC 控制。 对于**个方案 由于采用立柱式的旋转门，它在修建的时候**把立柱修好。如果我们想改变一下旋转门的位置**另外修建一个立柱。控制系统采用单片机控制，它在大规模旋转门的情况下是非常实用的。 对于**个方案 由于使用了悬挂式的旋转门，故其旋转门的每个分隔可以容纳更多的人。控制系统采用 PLC 控制，它适合于旋转门的小批量。 对于第三种方案 由于采用了中轴式旋转门，故旋转门的每个分隔将可以容纳较少的人，控制系统采用 PLC 控制，它适合于旋转门的小批量。 由于设计的是一般的**宾馆，其出入的人数比较少，并且要进行小批量的，故选用第三种方案，利用 PLC 控制。 第 2 章 门体结构设计 本设计选择自稳定性自动旋转门的设计（四翼） 由于本设计设计的是一般**宾馆大门，故**满足豪华、气派的要求，而旋转门刚好符合上述的条件。但是旋转还分为几大类，由于**宾馆的出入人数不是很多，故选择一般的自稳定性旋转门就满足其要求了。并且它还具有稳定性、可靠性很高，使用寿命长的特点。 四翼自动旋转门的门体部分设计主要包括旋转门体部分设计和固定部分曲壁设计，旋转门体又包括中间旋转门扇和中轴。其中旋转门扇都由铝型材框架和玻璃构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。 根据文献可以确定四翼自动旋转门的尺寸，其具体尺寸如表 2.1 所示： 表 2.1 四翼旋转门尺寸表 门旋转直径 E 3600mm 门净高 A 2163mm 门总高 B 2633mm 门出入口尺寸 C 2427mm 门外径 D 3760mm 单扇门半径 DW 1005mm 图 2.1 四翼旋转门结构尺寸图2.1 确定门扇材料 门扇主要包括门扇骨架的材料和门扇玻璃.根据相关门体标准可按90 系列的推门进行设计。门扇骨架采用 90 系列推拉门专用铝型材根据文献，确定门扇骨架铝型材具体选择如表 2.2 所示： 表 2.2 90 系列平开门铝型材类型 代号光企 L090704勾企 L090705上横 L090706下横 L09070790 系列铝型材的截面如图 2.2 所示： （a） 光企截面图 （b） 勾企截面图 （c） 上横截面图 （d） 下横截面图 图 2.2 90 系列铝型材的截面 其它附加物体的，并且在上横、下横上安装的毛条与一般的平开门的安装方式是不由于 90 系列平开门与一般的旋转门是有区别的，旋转门是不用在勾企安装一样的，故我们旋转门的截面图都采用光企的截面图。2.1.1 确定门扇玻璃 门扉玻璃一般有几种选择一是防弹玻璃二是夹胶玻璃三是钢化玻璃.由于门一般用于**的宾馆写字楼等**场所一般无特殊要求.由于防弹玻璃价格较为昂贵并且无多大实际用处而夹胶玻璃它安装的透光性不是较好.因此选择钢化玻璃是*合适的。参考其他相关产品的选择情况可以选 6mm 的钢化透明玻璃.2.1.2 确定门扇的尺寸. 根据前面的总体设计可知，旋转门尺寸可按 90 系列的平开门的尺寸进行计算。 光 企 和 勾 起 的 长 度 为 ： L A - 2 L - h 2 . 1 2200-2×25-20 2130mm 其中：L 为光企或勾企的长度，A 门净高的高度 ，L为门体上下所留的间隙，h 为安装门扇扁钢的厚度。 上横和下横的宽度为： B D W L 1 2 . 2 100564 1069 mm 其中：B 为上横或下横的宽度，L1 为门扇夹到金属盘内的距离。 而玻璃的长度为: L1L-2 × b12 × h12.3 2130-2×642×12 2026mm 其中：b1 为铝合金截面的长度，h1 为铝合金所夹玻璃的长度。 玻璃的宽度为: B1B-2 × b12 × h12.4 1069-2×6424 965mm2.2 曲壁部分设计 曲壁由 8 根角钢做为支撑体，每 4 根构成一边曲壁体。角钢竖在水泥板上进出口各布置 1 根，曲壁圆弧中间布置两根。其中安装在圆弧中间的两根角钢是焊接在一起的。曲壁由四块相同的圆弧玻璃组成。2.2.1 确定材料 由于曲壁上圆弧梁**选用专用的铝型材，根据中国建材网选用 6063专用弧形材，其截面如图 2.4 所示。由于支撑架**承受电机和华盖的重量，故支架的强度要求比较高。根据文献选用 80 80 的角钢。其截面形式如图 2.3 所示。 图 2.3 角钢截面图 图 2.4 6063 铝合金截面图 由于曲壁玻璃**做成圆弧形，**选用专用玻璃。因此选用 8mm 弧形钢化玻璃。2.2.2 确定材料尺寸 根据表 2.1 查得四翼旋转门直径 E 3600mm，门出入口尺寸 C2427mm故对应的圆心角为： q 2arccosC/2/ E /22arccos2427/2/3600/296度。则两边曲壁各对应的圆心角应为： 2 - q q曲 2 2 . 5 2 96 2 84所以两边曲壁对应的弧长为： q曲 2r L曲 360 2 2 . 6 84 2 1800 3.14 360 2 1318 .8 mm则每扇曲壁的弧长为： L曲 — 4 L角 L 2 2 . 7 1318.8 4 10 2 639.4 其中： L角 为角钢的厚度， L曲 为曲壁的弧长，r 为四翼旋转门的半径。 确定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧长 ： E q L玻 2（ h2） 曲 2 3602.8） 1320mm 玻璃的高度为： hA-2 × h2-2 × h32.9 2200-2×75-2×12 2026mm 其中：A 为门净高度，h2 为 6063 铝合金的截面长度，h3 为铝合金夹玻璃的长度。 80 80 角钢尺寸确定： 由于要保持角钢的稳定性预埋在地下的角钢尺寸为 300mm.则角钢的高度可估算为: h 角 A 3 0 0 l 2 . 1 0 2200300230 2730mm 其中：A 为门净高度，l 为上下华盖的距离。 角钢与 6063 专用铝合金是靠螺钉连接的，同时它与上华盖也是靠螺钉连接的。6063 专用铝合金与下华盖也是通过螺钉连接的2.3 华盖的总体设计 华盖骨架是由上下两块钢板和穿过华盖的八根角钢组成。它主要用来安装轴承、电机、控制装置等。 由于华盖要用来安装电机、轴承座等，重量比较大。故选择的材料要求其强度比较高。根据文献选择一般结构用热扎钢板。其厚度为 5 毫米，长度为 4000 毫米，宽度为 4000 毫米。上下各一张。 下华盖的设计： 由表 2.1 查得旋转门的外径为 3760mm故下面的钢板要做成一个直径为 3760mm 的一个圆。中心轴要通过下华盖，故需要在钢板中心钻一个直径为 170mm 的孔。与此同时角钢也要通过下华盖，还需要在钢板上加工八个槽。其具体尺寸如图 2.5 所示。上华盖的设计： 由于旋转门的外径为 3760mm，故上面的钢板要做成一个直径为3760mm 的一个圆。上面的钢板要用来安装电机，故**在其上面打孔。同时为了保证钢板用足够的强度 图 2.5 下华盖图 来支撑电机的重量，则**在钢板上打钢架。钢架与钢板通过焊接连接。由于电机的重量不大，故根据文献选择型号为 8 的热轧槽钢。具体尺寸如图 2.6 所示。 图 2.6 上华盖图2.4 金属盘与轴承支座的设计2.4.1 金属盘的设计 由表 2.1 查得旋转门直径 E 3600mm，单扇门半径 DW1005mm，故轴的直径 D E -2DW-h3600-2×1005-601530mm其中 h 为门扇与曲壁之间的间隙.但是实际上轴的尺寸不可能做得太大。因为轴太大不利于安装和加工。为了解决上述矛盾，我们需要设计一个金属盘，它一部分连接到轴上，一部分连接到门体上，这样就很好的解决了因轴太小而不能满足标准尺寸的要求。其具体尺寸如图 2.7 所示。 图 2.7 金属盘尺寸图 为了让门体固定在金属盘上，需要使用两根扁钢，上下各一根。扁钢的一部分与门体连接，另一部分与金属盘连接。根据文献选用宽为 32，厚度为 10 的热扎扁钢。2.4.2 轴承座及防尘盖的设计 为了防止灰尘进入轴承，则**在轴承座上面安装防尘盖，其具体尺寸如图 2.10、2.11 所示。 图 2.8 下防尘盖 图 2.9 上防尘盖 旋转门没有固定轴承的地方，则需要设计轴承座来固定轴承。由于要使用两个轴承，则轴承座也要使用两个，上下各一个。对于轴承座，其内径为轴承的外径，其厚度**满足强度要求。又由于轴承受到的轴向力比较大，故需要设计一个凸台，防止轴承的向下滑动，其具体的尺寸与结构如下图 2.8、2.9 所示 图 2.10 上轴承座图 图 2.11 下轴承座图 2.5 本章小结 本章内容为门体设计，既对门的基本几何形状设计。从门款的选材到定型，再到门的相关零件的设计，使门的基本情况有了进一步的阐述。门体选材为常见材料，大大的节约成本。支撑部分结构简单，材料也选用热轧钢板，避免了加工精度的要求，是设计极可能的简单化。 第 3 章 传动系统的设计 整个门体的传动系统由减速电机提供动力减速电机通过一次减速后，再通过一对齿轮把动力传给轴而金属盘将门扇与轴相连接，这样就实现了动力装置到执行装置的动力的传递过程。3.1 各扇门的质量计算 由于四翼旋转门的四扇成对称分布，其质量完全一样所以计算一扇门的质量，再乘以四就是整个门体的质量。由文献查得铝合金的线密度为 0.836kg/m。 则每扇门框的质量为： m1σl 3.1 σ2×L2×B 0.836×2×2.132×1.069 5.35kg 单扇门玻璃的质量： m2V 玻×ρ 3.2 1.989 0.965 0.006 2500 29.33kg 单扇门的质量： mm1m2 29.335.35 34.68kg 其中：σ为线密度，l 为铝合金边框的总长度，B 为铝合金边框的宽度ρ为玻璃密度。3.2 各部分转动惯量的计算 假设门扇为均匀的质量体其在宽度方向的面密度 s 可以用下式 m计算 s 其中 R 为门扇的宽度，L 为门扇的长度。 RL 则门扇对中心惯量可用下式计算： R/2 mR 2 R J1 SR 2 dm SLR 2 dr 2 R 2 dR 0 0 12 由平行轴定理知，门扇相对于轴的转动惯量为： 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 为旋转门的中心到门扇的距离，R 为门体总的长度。 2 6 旋转门体的**转速为 6r/min则角速度 rad / s 。由 60 5于传感器一般在 2m 范围内检测人的来临当人迈进门边时门体要加速到正常速度转动。按照一般情况下，人走过两米需要的时间*小为2 秒，但是此时间还要减去变频器、PLC、传感器等的滞后时间 1.5秒。所以电机的加速时间设为 0.5 秒。在 0.5s 内加速到 6m/min 速度 2则角加速度 a rad / s