建筑简易升降机防坠落保护装置研究与设计制氮机

建筑简易升降机防坠落保护装置研究与设计

建筑简易升降机防坠落保护装置研究与设计 2011年12月02日 来源： 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，作者承担并完成了这一项目，该科研成果已通过福建省科委主持的技术鉴定，现将设计要点概述如下。 1 设计思路和要求 1．1保护装置在升降机正常作业时，一旦发生断绳，保护装置应立即动作，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保护装置不论在任何载荷（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设计相同并同时作用，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 设计原理 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。 该保护装置采用弹簧偏心轮式，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。 根据机构的自锁原理，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，若偏心轮按圆弧展开，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 偏心轮保护装置的设计计算 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)f1]＜1 （5） 可见，只要偏心轮的设计能满足（5）式的几何条件，则弹簧力只要能使偏心轮与轨道间产生一点摩擦图例是可使偏心轮越锁越紧。 3．2结构设计要点 3．2．1旋转轴径d计算 从受力分析知道，当摩擦力F≥Kge/2时，吊笼将牢靠地制停在导轨上，其作用反力通过该转轴的摩擦圆，近似地等于导轨对偏心轮的反作用力N，因此，旋转轴主要受剪切力作用，其直径选择可按圆柱销剪切的公式来求得。 d≥2000N/(π[τ]) (6) 式中：N-导致对偏心轮的反作用力，N； k-动载系数取为1．3； Ge-吊笼额定载重量，包括自重，N； [τ]-45#钢抗剪强度，Pa。 设计时还应考虑可能单边卡住导轨的不利情况，全部重载由单边保护装置承受以及考虑保护装置的重复使用性，安全系数应取大些，装置中d选取为25mm。 3．2．2 偏心轮半径R的初选 为使结构紧凑，并考虑材料挤压强度，一般按经验R可在（2～4）r≥R≥e+r+10之间选取，本装置R取为50mm。 3．2．3 偏心轮偏心距的选择计算 将R，r和φ=t-1sf的数值代入公式（2）并化简， e≤7/[Sinα+0．15cos(α－φ)] (7) 因为采用拉簧，α应控制在π/2之内，即α在0～π/2中变化，所以Sinα+0．15cos(α－φ)的值在0．15～1之间变化，将此值代入公式(7)，e≤(46．6～7)，取小值，所以e≤7，为了使自锁更可靠，本装置中e为6mm。 3．2．4 拉力弹簧的选择 从公式（4）看出，当R，r，e，f1、f2，l1、l2及φ为定值时，P取决于F0和α，弹簧力只要能使偏心轮与轨道间产生一点摩擦力，便可使偏心轮越锁越紧。但是，初始摩擦力过小，会延长制动时间，甚至使吊笼下落速度过大而不能锁住，因此应尽可能使弹簧的拉力大一些，保证在足够短的时间内将吊笼锁住。但是，弹簧的拉力也不应过大，以免复位困难，经过反复试验，我们选用了初拉力为250～300N的弹簧，并作为可调的，能使1500kg的吊笼在钢丝绳突然断裂的情况下可靠地附着在导轨的任何位置上。 4 结束语 从自锁条件和受力分析中看出，当偏心轮保护装置满足其几何特性自锁条件和零部件的机械强度时，不论作用力多大都能可靠自锁，其制动力矩是随机的，不是恒定不变的最大力矩，这样冲击力极力小，制动平稳可靠，由于悬挂机构和制停机构之间采用牵引钢丝绳作柔性连接，所以结构简单，安装方便，复位容易、适用范围广。本装置经福建省中心检验所检验，福建省科委鉴定，满足上述设计和要求。

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