防坠落技术决定了载人升降机的兴衰

   2023-11-15 互联网1730
核心提示:坠落是升降机的首敌。防坠落装置的作用是要将进入坠落状态的容器(吊笼、轿厢)可靠地停住。评价防坠落装置优劣的标准为二条:一、

坠落是升降机的首敌。防坠落装置的作用是要将进入坠落状态的容器(吊笼、轿厢)可靠地停住。评价防坠落装置优劣的标准为二条:一、在可靠地制停吊笼的前题下,人员不受伤害;二、对被使用条件的要求,以不增加升降机结构复杂程度为最优。

载人升降机历史从153年前奥的斯发明防坠落装置开始,很长一段时间里停滞在低等级水平上,表现为瞬时制动,对吊笼的冲击大,仅适用于低速度升降机使用。奥的斯当初的防坠落装置的结构为将导轨的全程作了棘齿(朔齿),在升降平台上作装活动的棘爪(撑)用升降平台受提升时的重力(提升绳上的涨力)的一部份使撑与棘爪分离,断绳时涨力消失,撑自动与棘齿啮合,瞬时制动住平台。利用提升绳破断时失去涨力发生瞬时制动的防坠落装置,有多种形式。有些现在还在使用。这类低水平的防坠落装置本文不作研究。

用限速器控制安全钳夹导轨式的防坠落装置,是防坠落技术上的一大进步。它制停吊笼(轿厢)的力是安全钳对导轨的夹紧力而产生的摩擦力。这个力开始小,随着滑动距离增加而增大,因此称为渐进式防坠落装置,室内电梯上都用这种装置。

从原理上说,上述渐进式防坠落装置已很理想,但是实际上还不够理想。主要在于:1. 安全钳与导轨之间的摩擦系数难以保持稳定,而不能获得适量的摩擦制动力。这个摩擦力小了会溜,摩擦力大了冲击大;2. 对使用条件的要求高,限于室内或封闭井道内使用,室外钢丝绳式载人升降机 施工电梯上曾长期使用这类防坠落装置,结果是失灵机率高,止不住坠落事故,终于在上世纪90年代这种施工升降机完全消失了。

取代钢丝绳式载人施工升降机的是齿条齿轮式施工电梯,它使用的是离心式限速器与锥体摩擦结合为一体的封闭式防坠落装置(简称安全器)。它不受环境条件的限制。但是它对使用条件的要求并不比限速器 安全钳式防坠落装置对使用条件的要求低。安全钳要求被其所夹的吊笼导轨要磨面,而安全器则要求有全高度贯通的齿条作为它制停吊笼的支撑物。现在这种齿条的价格200元/m,每台100m高度的齿条齿轮式升降机要装200m齿条,计价为4万,占整机总造价的1/5。

美国人发明齿条齿轮式施工电梯已半个世纪。这种机从其闻世开始,几乎就没有遇到竞争对手,因钢丝绳式施工电梯止不住坠落事故,名声很差,毫无竞争能力。所以齿条齿轮式施工电梯顺利地遍及世界,被称为国际制式施工电梯。因无比较对象作比较分析,一般人就看不到这种机的不足之处。而实际上这种机存在耗电量大、噪声高、震动大、运行平稳度差、形式呆板不适于多种环境条件下使用等问题。而现在比较对象出来了,上述问题就暴露出来了。

所述比较对象是钢丝绳式施工电梯,但不是上述90年代已消失的机型。而是脱胎换骨的新钢丝绳式施工电梯。而“新”主要体现在防坠落技术上。

十年前,国人发明出了一种防坠落装置与驱动装置联合成一体的装置,名称为防滑曳引机。发明人在在中国、美国、欧洲等国申请到了发明专利权。现作原理介绍。

防滑曳引的驱动装置属电梯摩擦驱动机类,防坠落装置则称为欧拉等制动力式。制停吊笼的摩擦力的产生原理与电梯摩擦驱动力的产生原理相同。

发明人应用欧拉公式原理,将一组钢丝绳[10]绕过设在同一平面里的几个摩擦轮(14A、14B、14C),两头分别与吊笼(12)和对重(11)连结。对摩擦轮设置制动机构(15、16)。如用离心限速器控制制动机构的释放和制动的时机。升降机正常运时摩擦轮是自由轮,随钢丝绳拉着转,在吊笼下降速度超规定值时,离心限速器发动作,制动机构即制动摩擦轮(14B、14C)钢丝绳在摩擦轮轮槽内产生的摩擦力悬停吊笼。

摩擦轮一般为3个,钢丝绳正反绕过三个轮子的总绕角达500度左右,按欧拉公式F1=F×e〆f计算,能产生足够的制动摩擦力,如果将三个摩擦轮中的一个(14A)改成由驱动装置(7)驱动的驱动轮,这样就成为摩擦驱动和防坠落一体的“防滑曳引机”。

新钢丝绳式施工电梯能够自由变化形态的重要条件,是它的结构中取消了安全钳。许多人对设有安全钳的载人升降机、电梯,很不放心,其实从结构原理上去分析,这与有限速器安全钳的差别仅在于平面之间产生摩擦力和符合欧拉公式的曲面之间产生摩擦力的差别。进一步说,钢丝绳对轮槽的压力比安全钳对导轨的压力稳定,因为该压力是吊笼或对重的重力,又因为摩擦系数更稳定,因此能产生稳定可靠的制停吊笼的摩擦力。实践证明,这种结构的防坠落可靠度远超现有各种防坠落装置。国际电梯业权威性刊物美国《电梯世界》(《ELEVATOR WORLD》)曾有两次防坠落试验报道,一次是伦敦运输部门试验符合欧洲标准的限速器安全钳的情况,结果是试验到第32次坠落,另一次是这家刊物派代表亲临现场见证的试验情况:试验地在无锡,被试验物是用防滑曳引机的防坠落装置部份装备成的钢丝绳式施工电梯,结果是连续(中间不检修)作了2100次防坠落破坏性试验,结果全部成功,并且机械仍完好,正常运行。该杂志用九页篇幅专题报道了本文所述的发明和试验情况,称发明是“21世纪的防坠落技术”。实际使用情况更为重要。用防滑曳引机装备的新式施工电梯11年来在25省(直辖市)使用都没发生安全事故。

新钢丝绳式施工电梯有四个基本品种

防滑曳引机构成安全、活泼的载人升降机已是容易的事,而实际品种,如在电梯井里装施工电梯,侧装曳引机式的电梯等就是自由创作示例。下面取基本品种中的一种与齿条齿轮式施工电梯外观相近似的品种(建元施工电梯)作性能对比。

建元施工电梯与国际制式施工电梯主要技术指标的对比分析表:

产品名称

性 能

建元施工电梯

齿轮齿条传动式施工电梯

(国际制式)

施工电梯五大基础指标

电机功率

4kW

21kW

防坠落可靠度试验

美国《电梯世界》报道

建元电梯连续作2100次全部成功,并且机械仍完好。

(在英国伦敦试验,符合欧洲标准的室内电梯防坠落装置,仅作到第32次失败坠落)

齿轮齿条传动式施工升降机的防坠落可靠度未见有明确标准,只见其标准规定在安装验收时应作一次试验。

噪 声

76db(声源在设备顶上摩擦驱动装置内)

86db(声源在吊笼内)

运行平稳度

在口径10cm的杯子里装满水,放在速度0.9m/s的吊笼里,运行一周,水位下降 (泼掉)量1mm。

在口径10cm的杯子里装满水放在速度0.63m/s吊笼里,运行一周,水位下降(泼掉)量15mm。

品种形式和服务范围

形式变换自由能达到在各种场所使用。

固定形式单一品种。

速 度

0-54m/min变频自由调速

38m/min定速

上述性能对比说明,二者之间的差距不是一点点,而是一个时代。升降机上用齿条齿轮传动本来就不如钢丝绳式传动平稳安全和经济实用,只因升降机技术界长期拿不出适用于室外钢丝绳式升降机上使用的安全可靠的防坠落装置,造成了钢丝绳式施工电梯止不住坠落事故而不敢使用。齿条齿轮式施工电梯以防坠落可靠的优势,迅速得到建筑界无选择的认可,独占了施工电梯市场几十年。但是现在受到了无法应战的挑战,因为它的结构形式规定了它不能够用自我完善的方法去接近或超过新钢丝绳式施工电梯的性能。

齿条齿轮传动形式用在室内机床设备中是普遍现象,能够达到高质量的传效果,但是在室外百米高的升降机,齿条1.5M段地固定在标准节上,全程贯通达到百米高度,而标准节是冷作件,因此这根百米高的齿条本身就难免粗糙。另一方面在这齿条上滚动的齿轮装在吊笼上的减速器输出轴上,吊笼以标准节弦杆为导轨升降,运行中轴线摆动不可避免,是含撞击的啮合传动,并且是暴露于室外的敞开式传动。这种粗糙的低级啮合传动形式震动大、噪声高的问题很难改善的。

齿条齿轮传动式施工电梯的吊笼在导轨架的侧方,依靠装在导轨架上的齿条给的反作用力上升,作用力点偏离吊笼中央1/2吊笼宽度。运行中的吊笼上部钩着导轨架,下部压着导轨架,这种不平衡运行耗能量大。而钢丝绳式施工电梯的提升力作用在吊笼中央,是平衡运行,导轨仅负担导向作用。又是用防滑曳引机驱动,必然省力。

结束语:防滑曳引机已证明了施工电梯、载人升降机用钢丝绳提升是简单便利而合理的提升形式;齿轮、齿条传动形式用在施工电梯上是迫于一种限速器锥体摩擦结合一体的防坠安全器的使用条件的要求;以防滑曳引机为核心的升降机防坠落系统改变了施工电梯,令人敬威的紧张面孔,开创了施工电梯安全活泼,形式自由,多方面服务的新时代;防滑曳引机的发明为施工电梯普及化,电梯家电化开辟了快速绿色通道。


 
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