用于高安全防護(hù)等級的升降機(jī)液壓阻尼卷筒

趙 燈

（天津舞臺科學(xué)技術(shù)研究所，天津 300193）

1 引言

現(xiàn)有的升降機(jī)械，如吊車、行車、垂直升降電梯、各種起重機(jī)械，多是通過卷筒收放鋼絲繩、鋼帶或其他繩狀牽引物升降重物的升降機(jī)械，其制動依靠抱閘完成。卷筒本身無阻尼制動安全裝置，升降過程中若無人員或其他方式的控制，其速度不能調(diào)整，發(fā)生斷電、制動、動力連接部件失靈等故障時，其下降速度往往無法控制，由此發(fā)生的事故甚至人身傷亡事故屢見不鮮，例如升降設(shè)備的制動失靈會使得重物以自由落體的速度砸向地面，可導(dǎo)致人身傷亡及財產(chǎn)損失。重載電梯的抱閘失靈會導(dǎo)致轎廂向下墜落，而空載電梯抱閘失靈則會導(dǎo)致轎廂在對重鐵的牽引下向上加速直至撞頂。

2 現(xiàn)狀

在一個升降機(jī)械驅(qū)動鏈中，除了制動器，至少還有電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器和卷筒等各機(jī)械部件，在這個機(jī)械鏈中任何一個環(huán)節(jié)的斷裂（如聯(lián)軸器斷裂、軸鍵失靈、減速機(jī)齒輪損壞等等）都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)失控，引起災(zāi)難性的事故。現(xiàn)有的升降機(jī)械中，起制動作用的抱閘，一般都設(shè)在電動機(jī)與減速機(jī)之間，少數(shù)與卷筒相接觸。卷筒是整個驅(qū)動鏈中的最后一環(huán)（鋼絲繩等牽引物除外），制動裝置越靠近卷筒，系統(tǒng)中部件損壞對系統(tǒng)制動的影響越小，安全性越高，但對制動裝置的體量、能量要求越大。因此，制動裝置的設(shè)置要權(quán)衡利弊，綜合考慮。如何控制住卷筒的速度，使之在系統(tǒng)失控的情況下能夠以安全的速度運行或?qū)崿F(xiàn)安全制動，是一個需要解決的重要問題。

在舞臺、商場、圖書館、博物館、軍事設(shè)施等其他領(lǐng)域中使用的防火幕、防爆門等，要求能在斷電的條件下，分段以不同的速度降落，以便既能快速隔離，又使人員有時間撤離，目前有多種防火幕閉合控制器能夠?qū)崿F(xiàn)防火幕所需的控制要求。

如何使用升降機(jī)驅(qū)動鏈上的最后一個部件——卷筒，來實現(xiàn)上述需求？

3 解決方法

現(xiàn)有的“防火幕用全內(nèi)置式油壓阻尼滾筒”提供了一個很好的技術(shù)平臺，該裝置成功地應(yīng)用在了舞臺的防火幕控制領(lǐng)域，其原理是：在卷筒內(nèi)部安裝液壓活塞、螺桿和油路，嚙合在螺桿上的活塞隨卷筒轉(zhuǎn)動，并隨螺桿上的螺紋方向在卷筒內(nèi)移動，被移動的活塞擠壓的液壓油通過油路向活塞的另側(cè)流動，控制油路流量即可控制活塞移動速度，同時也就控制了卷筒的旋轉(zhuǎn)速度。

但是現(xiàn)有技術(shù)，其油路通道開口處置于活塞密封圈的通道上，并依靠密封圈控制油路的通斷，實現(xiàn)分段阻尼，活塞移動時，油路開口處對密封圈的反復(fù)刮磨，使得該裝置的使用壽命大打折扣。

為了克服現(xiàn)有的防火幕用全內(nèi)置式油壓阻尼滾筒技術(shù)存在的缺點，參考現(xiàn)有產(chǎn)品，設(shè)計了一種分段阻尼卷筒，為卷筒式升降機(jī)及防火幕提供一種小體積的、可反復(fù)使用的、分段可調(diào)速阻尼的一體化液壓分段阻尼卷筒。

3.1 技術(shù)方案

一體化液壓分段阻尼卷筒由帶驅(qū)動軸的卷筒、螺桿軸、與螺桿軸相嚙合的活塞、導(dǎo)向桿、支架等構(gòu)成，該卷筒的驅(qū)動軸由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式進(jìn)行驅(qū)動，卷筒內(nèi)有螺桿軸，螺桿軸中有液壓介質(zhì)通道，通道中有調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥，卷筒內(nèi)有與螺桿軸相嚙合的活塞，有數(shù)個與螺桿軸相平行并且貫穿于活塞的導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿的兩端固定于卷筒的兩端。

螺桿軸中的液壓介質(zhì)通道位于螺桿軸內(nèi)，為1個或多個通道，通道的開口位于螺桿軸徑向螺紋處。導(dǎo)向桿的作用是使活塞隨卷筒共同旋轉(zhuǎn)，并在螺桿軸的作用下沿軸向運動。

圖1為本裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)剖視圖。其中：1 調(diào)節(jié)閥，2 軸鍵，3 軸承支架，4 油路B，5 導(dǎo)向桿，6 卷筒， 7 螺桿軸，8 活塞，9 導(dǎo)向桿，10 液壓油，11 油路C，12 液壓油，13 鋼絲繩，14 推力軸承，15 軸承支架，16 驅(qū)動軸，17 貫通油路，18堵芯，19油路A。

3.2 具體實施方式

如圖1所示，該一體化液壓分段阻尼卷筒，由軸承支架3、15支撐，輸入軸16由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式進(jìn)行驅(qū)動，帶動卷筒6轉(zhuǎn)動，卷筒6的外表面纏繞有牽引重物的帶狀牽引物，本實施例中為鋼絲繩13，卷筒6轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩13收放，鋼絲繩13的另一端懸掛重物或防火幕（圖中省略），隨卷筒6對鋼絲繩13的收放而升降。上升時：卷筒6旋轉(zhuǎn)并收集鋼絲繩13，卷筒6內(nèi)的活塞8由于導(dǎo)向桿9的帶動，隨卷筒6同步旋轉(zhuǎn)，螺桿軸7由軸鍵2使之固定不動，活塞8與螺桿軸7是螺紋嚙合的，在嚙合螺紋的作用下，轉(zhuǎn)動的活塞8向右側(cè)移動，擠壓右側(cè)的液壓油10通過油路C 11、貫通油路17及油路B 4、油路A 19 到達(dá)活塞8的左側(cè)。下降時，上述運動過程則相反。

正常升降過程中，由于未達(dá)到限制速度，液壓油的流量很小，各個油路通道對液壓油的阻力很小，不影響升降速度。當(dāng)起重設(shè)備的抱閘等部件失靈，或防火幕處于火險啟動狀態(tài)，此時卷筒6失去來自驅(qū)動軸16的制動和動力，在重力的作用下，懸掛重物或防火幕的鋼絲繩13牽引卷筒6快速旋轉(zhuǎn)并釋放鋼絲繩13，活塞8向左移動，由于流量加大，油路通道以及調(diào)節(jié)閥1對流量的限制，活塞8的左側(cè)受到液壓油10的推力，阻礙了活塞8向左的移動速度，使得卷筒6的旋轉(zhuǎn)速度受到限制，控制了重物或防火幕的下降速度。當(dāng)活塞8繼續(xù)向左移動并遮蓋油路A 19的油孔時，該油路被阻斷，活塞8的左移速度進(jìn)一步減慢，卷筒6釋放鋼絲繩13減慢，重物或防火幕的下降速度也隨之進(jìn)一步減慢，同理，當(dāng)活塞繼續(xù)左移將油路B 4阻斷后，液壓油僅能通過活塞8與螺桿軸7之間的嚙合縫隙滲過，將使得重物或防火幕的下降速度更加緩慢，這樣就達(dá)到了分段阻尼、控制速度的效果。分別調(diào)節(jié)三個調(diào)節(jié)閥1，可分別調(diào)節(jié)各段速度，使之達(dá)到要求。螺桿軸與活塞之間的縫隙，通過控制加工精度進(jìn)行限制，必要時可通過在活塞上附加一個與螺桿軸相嚙合的螺母，調(diào)整其與活塞的角度，便可減少二者與螺桿軸嚙合的縫隙。

此外，若抽出三個調(diào)節(jié)閥1的閥芯，外接油壓檢測和流量控制元件，可根據(jù)需要在任何時刻啟動阻尼控制。

3.3 特點

（1）可為卷筒式的升降設(shè)備提供一種安全防護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)除鋼絲繩等牽引物斷裂以外的機(jī)械失控故障；防止因卷筒驅(qū)動中某環(huán)節(jié)的失靈如軸鍵損壞、聯(lián)軸器斷裂、驅(qū)動軸斷裂、齒輪損壞、抱閘失靈等等造成的負(fù)荷自由墜落現(xiàn)象。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝調(diào)試簡單，可直接替換原有的普通卷筒。

（3）液壓介質(zhì)通道和調(diào)節(jié)閥位于靜止的螺桿軸中，因此，可安裝電控調(diào)節(jié)閥及其他內(nèi)置或外接的壓力、流量檢測控制系統(tǒng)?？煞奖愕卦诮德涞倪^程中，全程隨意控制其速度，因此，可將其應(yīng)用于有此要求的特殊升降設(shè)備，如一些演出設(shè)備。

（4）可斷電運行，甚至運行于沒有電源的環(huán)境，尤其是當(dāng)應(yīng)用于專用防火幕時，采用人工升起，自動降落，可以省掉那些只有在安裝和調(diào)試中才使用的電力驅(qū)動設(shè)備。

（5）安全可靠，可長期反復(fù)運行，而且易于調(diào)節(jié)，不易損壞。

4 結(jié)束語

一體化液壓分段阻尼卷筒研制的初衷是為了改進(jìn)現(xiàn)有防火幕上使用的液力阻尼卷筒。本裝置是在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其不同處是采用了全新的油路方式，使得改進(jìn)后的阻尼卷筒拓展了自身的應(yīng)用領(lǐng)域，不僅可以作為防火（防爆）幕、門的閉合控制器，而且可以應(yīng)用于其他使用卷筒的升降機(jī)械，使之提高自身安全防護(hù)能力；為升降機(jī)械，尤其是需要特種安全防護(hù)要求的升降機(jī)械、舞臺機(jī)械，提供了一種全新的設(shè)備選擇方案。

本文提出的裝置已獲得國家發(fā)明專利，發(fā)明名稱：一體化液壓分段阻尼卷筒，專利號 ZL200810053525.6。

［1］謝東明.一起電梯沖頂事故技術(shù)分析.中國電梯，2008（19）

［2］朱思東.當(dāng)今電梯安全的癥結(jié).中國電梯，2008（17）

［3］實用新型專利89200327.8（舞臺防火幕及閉合速度控制裝置 夏揚，劉憲民）

［4］實用新型專利00243067.3（防火幕用全內(nèi)置式油壓阻尼滾筒 馬超）