建筑简易升降机防坠落保护装置研究与设计.doc

建筑简易升降机防坠落保护装置研究与制定

建筑简易升降机随着建筑业的兴起，使用数量与日俱增，但目前绝大多数都未配置防坠落保护装置，一旦断绳，将会发生机毁人亡的重大事故，因此研制出一种安全可靠的防坠落保护装置及具迫切性和必要性。1996年福建省科委下达了研制建筑简易升降机防坠保护装置的重点科研项目，承当并完成了这一项目，该科研成果已通过福建省科委主持的技术鉴定，现将制定要点概述如下。
1制定思路和要求
1．1保护装置在升降机正常作业时，一旦发生断绳，保护装置应马上动作，将吊笼制停，即可靠性要好。
1．2当保护装置动作时，其制动距离应小于0．5m，即灵敏度要高。
1．3保护装置不管在任何载荷〔不超过升降机的额定载荷，包括吊笼自重〕下一旦发生断绳，均应可靠动作，冲击力要小，不对导轨、井架和装置结构造成损坏，即随机性要强。
1．4吊笼上两个保护装置应当制定相同并同时作用，且吊笼坠落试验前后底板在各方向的水平偏差改变值不超过5%，即均衡性要高。
1．5保护装置应能适应不同规格的吊笼，且安装该保护装置时，不对简易升降机操作和机构作较大改动，即结构应简单，适用性要广。
1．6该装置起作用时，排除故障应安全简便。连续重复30次断绳模拟试验〔其中重载试验不少于10次〕，对结构无损坏，能重复使用，即重复性要好。
2制定原理
所研制的保护装置由悬挂机构和制停机构两大部分组成。悬挂机构主要由牵引架体、牵引杆、压缩弹簧和牵引钢丝绳等组成。制停机构主要由偏心制动轮、拉力弹簧、制动座板、导向块等组成。
该保护装置采纳弹簧偏心轮式，其工作原理为，当正常提升时，牵引钢丝绳拉动偏心轮，使其旋转；当牵引杆上升到上极限位置时，偏心轮切口面与导轨平行，因偏心轮平面与导轨之间留有间隙，吊笼可上、下运行。一旦发生断绳，悬挂机构内的压缩弹簧迅速将牵引杆弹回原处，牵引钢丝绳松驰，偏心轮在拉力弹簧作用下转动，瞬即与导轨接触，在磨擦力的作用下，偏心轮转过一定角度，可靠地将吊笼制停在导轨上。
依据机构的自锁原理，当驱动力的有效分力小于驱动力本身所引起的最大磨擦力，即驱动力的作用线进入到磨擦角以内时，即使驱动力任意增大也无法使滑块运动起来。从理论上推导，假设偏心轮按圆弧展开，其形状为一斜楔，并且斜楔的升角是变化的，所以偏心轮夹具具有随机性和自锁性。下面将论证偏心夹具的自锁条件。
偏心夹具如图la，设偏心轮半径为R，旋转轴半径为r，转角为α，作用力为P，力臂长为l，求其自锁条件。
@Y4101
解：作出工件2对偏心轮3的总反力R23及偏心轮3与旋转轴间的摩擦圆〔摩擦圆的半径ρ=f·r〕，欲使此夹具自锁，R23应通过该摩擦圆。为此，如图lb所示，须使
S1≥S-ρ〔1〕
利用几何推导，得
e≤cosφ(RSinφ+rf)/[sinα+fcosφ(α-φ)]〔2〕
@Y4102
从公式(2)看出：自锁条件与力臂长度l和作用力P的大小无关，只要满足这一几何特性和零部件的机械强度要求，就能可靠自锁。
3偏心轮保护装置的制定计算
当提升钢丝绳突然断裂后，偏心轮在拉力弹簧力的作用下旋转，使偏心轮与导轨之间产生一定的初始正压力N0，同时偏心轮与导轨之间产生初始摩擦力F0，在F0的作用下，偏心轮进一步旋转，使偏心轮与导轨之间的正压力进一步增大，同时摩擦力也随之增加，直到摩擦力F≥Ge/2〔Ge为吊笼额定载重量，包括吊笼自重，每台吊笼一般装2套保护装置〕，吊笼便附着在导轨上。
从断绳至吊笼被制停住，偏心轮保护装置动作过程可分为从钢丝绳断裂到偏心轮在弹簧拉力作用下与导轨面接触产生一定的初始正压力过程和在摩擦力作用下，偏心轮进一步锁紧至吊笼被安全制停住过程。
第一阶段：受力分析见图2a，所有力对转动中心O1，取矩：
@Y4103
P·l1Sinθ-F0(R-ecosα)-R23ρ-N0esinα=0
其中：F0=N0f1，R23≈N0，ρ=r·f2，f1=f2
经推导，得
式中：P-拉力弹簧拉力，N；
F0-初始摩擦，N；
R-偏心轮半径，mm；
r-旋转轴半径，mm；
l1-旋转中心至弹簧拉力作用A点距离，mm；
l2-旋转中心至C点的距离，mm；
l3-弹簧拉力作用点A与C之间距离，mm；
f1-导轨与偏心轮间的摩擦系数；
f2-旋转轴与偏心轮间的摩擦系数；
α-O1O2延长线与BO2延长线之间夹角；
β-BA与No之间的夹角；
φ-总反力R23与正压力N之间的夹角；
Φ-ρ与O1O2之间的夹角
第二阶段受力分析如图2b，所有力对转动中心O1取矩〔弹簧力不计〕。摩擦力F阻止吊笼和制停装置沿导转面下滑，所以方向向上。
@Y4201
F(R-ecosα)-N·eSinα-R＇23ρ＞0
其中：N=F/f1,R＇23≈N,ρ=r·f2,f1=f2
代入〔2〕式并化简
esinα－rf1/[(R－ecosα)f