蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)上行超速保護(hù)裝置設(shè)置的必要性探討

劉 磊，韋方平

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院常州分院，江蘇常州 213000）

蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)上行超速保護(hù)裝置設(shè)置的必要性探討

劉 磊，韋方平

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院常州分院，江蘇常州 213000）

針對目前蝸輪蝸桿傳動(dòng)的有齒輪曳引式電梯，提出了不需要上行超速保護(hù)裝置也能起到控制上行超速的設(shè)想。根據(jù)GB7588-2003中關(guān)于上行超速保護(hù)裝置和制動(dòng)器的要求，具體闡述了蝸輪蝸桿傳動(dòng)的有齒輪曳引式電梯依靠其自鎖性能和機(jī)-電式制動(dòng)器的安全冗余，同樣是符合安全要求的。

電梯；蝸輪蝸桿；上行超速保護(hù)；自鎖

0 引言

隨著GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的頒布（以下簡稱GB7588-2003），很多條款較1995版本有了很大的變化，其中針對制動(dòng)器提出了新的要求，同時(shí)要求增設(shè)上行超速保護(hù)裝置。從2004年1月1日起實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，過渡期為1年，也就是說從2005年1月1日后出廠的電梯均應(yīng)配備上行超速保護(hù)裝置。

1 常見上行超速保護(hù)裝置類型

根據(jù)GB7588-2003要求，按上行超速保護(hù)裝置安裝的位置不同，常見的主要有以下幾種：

（1）作用于轎廂，常見的有上行安全鉗、制動(dòng)夾軌器等；

（2）作用于對重，常見的有對重安全鉗等；

（3）作用于鋼絲繩系統(tǒng)(懸掛繩或補(bǔ)償繩)，常見的有夾繩器等；

（4）作用于曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)，常見的是制動(dòng)器。

目前來看，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)的有齒輪曳引式電梯中廣泛使用的是夾繩器。

2 新標(biāo)準(zhǔn)的要求

新實(shí)施的GB7588-2003對于機(jī)、電式制動(dòng)器的要求較GB7588-1995有較大變化，具體條款如下[1]。

（1）12.4.2.1。當(dāng)轎廂載有125%額定載荷并以額定速度向下運(yùn)行時(shí)，操作制動(dòng)器應(yīng)能使曳引機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在上述情況下，轎廂的減速度不應(yīng)超過安全鉗動(dòng)作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度。

所有參與向制動(dòng)輪或盤施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)。如果一組部件不起作用，應(yīng)仍有足夠的制動(dòng)力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。

電磁線圈的鐵心被視為機(jī)械部件，而線圈則不是。

（2）12.4.2.3.1。切斷制動(dòng)器電流，至少應(yīng)用兩個(gè)獨(dú)立的電氣裝置來實(shí)現(xiàn)，不論這些裝置與用來切斷電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)電流的電氣裝置是否為一體。

當(dāng)電梯停止時(shí)，如果其中一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)未打開，最遲到下一次運(yùn)行方向改變時(shí)，應(yīng)防止電梯再運(yùn)行。

其中最明顯是條款12.4.2.1，GB7588-1995版本里說明此條可暫緩執(zhí)行，而GB7588-2003版本里明確要求此條為強(qiáng)制執(zhí)行，明確說明電磁線圈的鐵心被視為機(jī)械部件，而線圈則不是。GB7588-2003對于制動(dòng)器的可靠性要求進(jìn)一步提高：必須裝設(shè)兩組獨(dú)立的制動(dòng)器機(jī)械部件，同時(shí)至少應(yīng)用兩個(gè)獨(dú)立的電氣裝置來切斷制動(dòng)器電流。所以GB7588-2003實(shí)施后要求所有機(jī)—電式制動(dòng)器必須安裝雙鐵芯，相當(dāng)于要求設(shè)置兩組分別獨(dú)立的制動(dòng)器，即使一組失效，另外一組也能可靠制停，即安全的冗余性。

同時(shí)，GB7588-2003增設(shè)對于上行超速保護(hù)裝置的條款，具體如下[1]。

（1）9.10.1。該裝置包括速度監(jiān)控和減速元件，應(yīng)能檢測出上行轎廂的速度失控，其下限是電梯額定速度的115%，上限是9.9.3規(guī)定的速度，并應(yīng)能使轎廂制停，或至少使其速度降低至對重緩沖器的設(shè)計(jì)范圍。

（2）9.10.4。該裝置應(yīng)作用于下列之一：

1）轎廂；

2）對重；

3）鋼絲繩系統(tǒng)(懸掛繩或補(bǔ)償繩)；

4）曳引輪（例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上）。

GB7588-2003明確指出上行超速保護(hù)裝置應(yīng)由兩部分組成，一是速度監(jiān)控元件，通常意義上是指限速器，二是減速執(zhí)行元件，從安裝部位的不同上可以分為以上四大類，目前比較常見的是作用于鋼絲繩系統(tǒng)的夾繩器。值得注意的是，上行超速保護(hù)裝置是在電梯速度大于或等于額定速度的115%時(shí)才起作用，在電梯超速較少或正常速度沖頂時(shí)是起不到保護(hù)作用的。

3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)的等效性

q為蝸桿直徑系數(shù)，m為蝸桿中間平面的模數(shù)，d1為蝸桿分度圓直徑。

當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角γ小于或等于當(dāng)量摩擦角?v時(shí)，蝸桿傳動(dòng)就具有自鎖性。蝸桿的頭數(shù)Z1一般取1、2、4和6，要求效率高，即要求蝸桿導(dǎo)程角大時(shí)，頭數(shù)應(yīng)取多些，但頭數(shù)越多，加工越困難，要求自鎖性要時(shí)蝸桿導(dǎo)程角應(yīng)小些，一般為單頭。自鎖時(shí)，一般傳動(dòng)效率低于0.5[2]。通常蝸輪蝸桿減速裝置都是運(yùn)用在低速電梯，當(dāng)速度超過2.0 m/s時(shí)一般不采用蝸輪蝸桿減速裝置，而采用斜齒輪減速裝置或行星齒輪減速裝置[3]，所以傳動(dòng)效率低的缺點(diǎn)在低速電梯的要求上不是很重要。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí)，一般蝸桿為主動(dòng)件，連接電動(dòng)機(jī)的輸出端，同時(shí)也成為蝸桿傳動(dòng)的輸入端。當(dāng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)滿足自鎖條件時(shí)，即蝸輪不能成為主動(dòng)件時(shí)，當(dāng)電機(jī)失電時(shí)，抱閘抱緊，電梯無法運(yùn)動(dòng)，即使電機(jī)有電，抱閘打開時(shí)，電梯也不會溜梯即不會發(fā)生上行超速現(xiàn)象。

另一方面，在日常檢驗(yàn)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)上行超速保護(hù)裝置誤動(dòng)作，尤其是在做限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，電梯上行準(zhǔn)備復(fù)位限速器和安全鉗開關(guān)時(shí)，稍不留神轎廂上行超速保護(hù)裝置就誤動(dòng)作，從而需要花費(fèi)大力氣復(fù)位，特別是夾繩器。反而電梯如果真的沖頂，因?yàn)楹芏嗲闆r下電梯沖頂都沒有達(dá)到額定速度的115%，上行超速保護(hù)裝置認(rèn)為這種情況不屬于上行超速，所以不會動(dòng)作，然而實(shí)際情況是此時(shí)電梯已經(jīng)沖頂，危險(xiǎn)已經(jīng)發(fā)生了。如果此時(shí)的蝸輪蝸桿具有自鎖性，蝸輪就不會成為主動(dòng)件，上行失控也就不會出現(xiàn)了。

當(dāng)然極端情況是蝸輪的齒全部被剃光，或是蝸輪與輸出軸的鍵、軸承、螺栓等機(jī)械斷裂，轎廂才有可能會上行超速失控，前提是制動(dòng)器還得失效并且是制動(dòng)器的兩套獨(dú)立裝置全部失效。這樣的情況發(fā)生的幾率是多少呢？相比于上行超速保護(hù)裝置誤動(dòng)作概率實(shí)在太小太小了。

筆者也曾拆過幾個(gè)不同品牌的蝸輪蝸桿曳引機(jī)，其中有的帶自鎖，有的不帶自鎖，不帶自鎖的通常是2頭或3頭的蝸桿，究其原因應(yīng)當(dāng)是想提高傳動(dòng)效率，從而放棄自鎖。蝸輪蝸桿傳動(dòng)相比于一般的齒輪傳動(dòng)最顯著的莫過于結(jié)構(gòu)緊湊和具有自鎖性，如果單單為了提高傳動(dòng)效率而放棄自鎖是得不償失的。

4 結(jié)論

目前廣泛使用的限速器-夾繩器的上行超速保護(hù)裝置，可以在大于額定速度的115%的時(shí)候起到防止上行超速的作用，但是其不能實(shí)現(xiàn)對超速較少或正常速度沖頂?shù)念A(yù)防，仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，且增設(shè)裝置需要一定的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。

新要求的制動(dòng)器的制動(dòng)能力不成問題，結(jié)構(gòu)上同樣也可以符合GB7588-2003中9.10.4 d)的要求，即作用于曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)。那么自鎖的蝸輪蝸桿-制動(dòng)器結(jié)構(gòu)就可以代替限速器-夾繩器的上行超速保護(hù)裝置，不必增設(shè)裝置從而實(shí)現(xiàn)上行超速保護(hù)。

綜上所述，對于蝸輪蝸桿傳動(dòng)的有齒輪曳引式電梯，只要蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)符合自鎖要求，且同時(shí)配用符合GB7588-2003要求的機(jī)-電式制動(dòng)器，理論上就可以不再配備上行超速保護(hù)裝置。

［1］GB7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.

［2］馬履中.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

［3］毛懷新.電梯與自動(dòng)扶梯技術(shù)檢驗(yàn)［M］.北京：學(xué)苑出版社，2001.

(編輯：王智圣)

圖4 不間斷接駁恒張力控制系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)論

隨著對制袋機(jī)運(yùn)行速度的要求越來越高，減少制袋工藝中的接駁過程浪費(fèi)的時(shí)間以及提高接駁效率，是確保高速制袋的重要保證。本文提出的制袋機(jī)不間斷接駁恒張力控制嵌入式順序與伺服控制系統(tǒng)，利用順序控制與伺服控制的思想，高效率的不間斷接駁，最大限度地壓縮了接駁時(shí)間，降低了工人的操作強(qiáng)度。所設(shè)計(jì)的制袋機(jī)不間斷接駁恒張力控制嵌入式控制系統(tǒng)在筆者公司產(chǎn)業(yè)化的高速三列制袋機(jī)上試驗(yàn)性運(yùn)行，在30 000個(gè)袋/小時(shí)運(yùn)行速度下，塑料包裝質(zhì)量達(dá)到了要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］韓凌，陸榮鑑.制袋機(jī)的檢測與控制技術(shù)發(fā)展概述［J］.包裝工程，2010（11）：135-139.

［2］陶惠君，蓋作有.塑料制袋機(jī)的科學(xué)發(fā)展及技術(shù)創(chuàng)新［J］.飲料工業(yè)，2010，13（10）：42-45.

［3］劉洪志.基于ARM嵌入式的制袋機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012.

［4］彭澤光，閻秋生，魏慶.新型高效塑料軟包裝復(fù)合袋制袋機(jī)開發(fā)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2012，41（5）：39-41.

第一作者簡介：彭澤光，男，1962年生，廣東潮州人，大學(xué)?？疲こ處?。研究領(lǐng)域：制袋機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)。

(編輯：向 飛)

Discuss on the Necessary of the Ascending Car Overspeed Protection in the Worm and Gear Drive

LIU Lei，WEI Fang-ping
（Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province of Changzhou Branch，Changzhou 213000，China）

This paper put forward the idea that the ascending car overspeed can be controlled without the ascending car overspeed protection in the current worm and gear drive of traction type elevator.According to the requirements on the ascending car overspeed protection and brake of GB7588-2003，the paper specifically expounded the worm and gear drive in traction type elevator also can meet the safety requirements depend on its self-locking and the safety redundancy of mechanical-electric brake.

elevator；worm and gear；ascending car overspeed protection；self-locking

TU857

A

1009－9492(2014)03－0094－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.029

劉 磊，男，1984年生，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生。研究領(lǐng)域：電梯檢驗(yàn)。

2013－09－09