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防墜落技術決定了載人升降機的興衰

防墜落技術決定了載人升降機的興衰

2008/2/25 14:39:00
墜落是升降機的首敵。防墜落裝置的作用是要將進入墜落狀態的容器(吊籠、轎廂)可靠地停住。評價防墜落裝置優劣的標準為二條:一、在可靠地制停吊籠的前題下,人員不受傷害;二、對被使用條件的要求,以不增加升降機結構復雜程度為最優。 載人升降機歷史從153年前奧的斯發明防墜落裝置開始,很長一段時間里停滯在低等級水平上,表現為瞬時制動,對吊籠的沖擊大,僅適用于低速度升降機使用。奧的斯當初的防墜落裝置的結構為將導軌的全程作了棘齒(朔齒),在升降平臺上作裝活動的棘爪(撐)用升降平臺受提升時的重力(提升繩上的漲力)的一部份使撐與棘爪分離,斷繩時漲力消失,撐自動與棘齒嚙合,瞬時制動住平臺。利用提升繩破斷時失去漲力發生瞬時制動的防墜落裝置,有多種形式。有些現在還在使用。這類低水平的防墜落裝置本文不作研究。 用限速器控制安全鉗夾導軌式的防墜落裝置,是防墜落技術上的一大進步。它制停吊籠(轎廂)的力是安全鉗對導軌的夾緊力而產生的摩擦力。這個力開始小,隨著滑動距離增加而增大,因此稱為漸進式防墜落裝置,室內電梯上都用這種裝置。 從原理上說,上述漸進式防墜落裝置已很理想,但是實際上還不夠理想。主要在于:1. 安全鉗與導軌之間的摩擦系數難以保持穩定,而不能獲得適量的摩擦制動力。這個摩擦力小了會溜,摩擦力大了沖擊大;2. 對使用條件的要求高,限于室內或封閉井道內使用,室外鋼絲繩式載人升降機 施工電梯上曾長期使用這類防墜落裝置,結果是失靈機率高,止不住墜落事故,終于在上世紀90年代這種施工升降機完全消失了。 取代鋼絲繩式載人施工升降機的是齒條齒輪式施工電梯,它使用的是離心式限速器與錐體摩擦結合為一體的封閉式防墜落裝置(簡稱安全器)。它不受環境條件的限制。但是它對使用條件的要求并不比限速器 安全鉗式防墜落裝置對使用條件的要求低。安全鉗要求被其所夾的吊籠導軌要磨面,而安全器則要求有全高度貫通的齒條作為它制停吊籠的支撐物。現在這種齒條的價格200元/m,每臺100m高度的齒條齒輪式升降機要裝200m齒條,計價為4萬,占整機總造價的1/5。 美國人發明齒條齒輪式施工電梯已半個世紀。這種機從其聞世開始,幾乎就沒有遇到競爭對手,因鋼絲繩式施工電梯止不住墜落事故,名聲很差,毫無競爭能力。所以齒條齒輪式施工電梯順利地遍及世界,被稱為國際制式施工電梯。因無比較對象作比較分析,一般人就看不到這種機的不足之處。而實際上這種機存在耗電量大、噪聲高、震動大、運行平穩度差、形式呆板不適于多種環境條件下使用等問題。而現在比較對象出來了,上述問題就暴露出來了。 所述比較對象是鋼絲繩式施工電梯,但不是上述90年代已消失的機型。而是脫胎換骨的新鋼絲繩式施工電梯。而“新”主要體現在防墜落技術上。 十年前,國人發明出了一種防墜落裝置與驅動裝置聯合成一體的裝置,名稱為防滑曳引機。發明人在在中國、美國、歐洲等國申請到了發明專利權。現作原理介紹。 防滑曳引的驅動裝置屬電梯摩擦驅動機類,防墜落裝置則稱為歐拉等制動力式。制停吊籠的摩擦力的產生原理與電梯摩擦驅動力的產生原理相同。 發明人應用歐拉公式原理,將一組鋼絲繩[10]繞過設在同一平面里的幾個摩擦輪(14A、14B、14C),兩頭分別與吊籠(12)和對重(11)連結。對摩擦輪設置制動機構(15、16)。如用離心限速器控制制動機構的釋放和制動的時機。升降機正常運時摩擦輪是自由輪,隨鋼絲繩拉著轉,在吊籠下降速度超規定值時,離心限速器發動作,制動機構即制動摩擦輪(14B、14C)鋼絲繩在摩擦輪輪槽內產生的摩擦力懸停吊籠。 摩擦輪一般為3個,鋼絲繩正反繞過三個輪子的總繞角達500度左右,按歐拉公式F1=F×e〆f計算,能產生足夠的制動摩擦力,如果將三個摩擦輪中的一個(14A)改成由驅動裝置(7)驅動的驅動輪,這樣就成為摩擦驅動和防墜落一體的“防滑曳引機”。 新鋼絲繩式施工電梯能夠自由變化形態的重要條件,是它的結構中取消了安全鉗。許多人對設有安全鉗的載人升降機、電梯,很不放心,其實從結構原理上去分析,這與有限速器安全鉗的差別僅在于平面之間產生摩擦力和符合歐拉公式的曲面之間產生摩擦力的差別。進一步說,鋼絲繩對輪槽的壓力比安全鉗對導軌的壓力穩定,因為該壓力是吊籠或對重的重力,又因為摩擦系數更穩定,因此能產生穩定可靠的制停吊籠的摩擦力。實踐證明,這種結構的防墜落可靠度遠超現有各種防墜落裝置。國際電梯業權威性刊物美國《電梯世界》(《ELEVATOR WORLD》)曾有兩次防墜落試驗報道,一次是倫敦運輸部門試驗符合歐洲標準的限速器安全鉗的情況,結果是試驗到第32次墜落,另一次是這家刊物派代表親臨現場見證的試驗情況:試驗地在無錫,被試驗物是用防滑曳引機的防墜落裝置部份裝備成的鋼絲繩式施工電梯,結果是連續(中間不檢修)作了2100次防墜落破壞性試驗,結果全部成功,并且機械仍完好,正常運行。該雜志用九頁篇幅專題報道了本文所述的發明和試驗情況,稱發明是“21世紀的防墜落技術”。實際使用情況更為重要。用防滑曳引機裝備的新式施工電梯11年來在25省(直轄市)使用都沒發生安全事故。 新鋼絲繩式施工電梯有四個基本品種 防滑曳引機構成安全、活潑的載人升降機已是容易的事,而實際品種,如在電梯井里裝施工電梯,側裝曳引機式的電梯等就是自由創作示例。下面取基本品種中的一種與齒條齒輪式施工電梯外觀相近似的品種(建元施工電梯)作性能對比。 建元施工電梯與國際制式施工電梯主要技術指標的對比分析表: 產品名稱 性 能 建元施工電梯 齒輪齒條傳動式施工電梯 (國際制式) 施工電梯五大基礎指標 電機功率 4kW 21kW 防墜落可靠度試驗 美國《電梯世界》報道 建元電梯連續作2100次全部成功,并且機械仍完好。 (在英國倫敦試驗,符合歐洲標準的室內電梯防墜落裝置,僅作到第32次失敗墜落) 齒輪齒條傳動式施工升降機的防墜落可靠度未見有明確標準,只見其標準規定在安裝驗收時應作一次試驗。 噪 聲 76db(聲源在設備頂上摩擦驅動裝置內) 86db(聲源在吊籠內) 運行平穩度 在口徑10cm的杯子里裝滿水,放在速度0.9m/s的吊籠里,運行一周,水位下降 (潑掉)量1mm。 在口徑10cm的杯子里裝滿水放在速度0.63m/s吊籠里,運行一周,水位下降(潑掉)量15mm。 品種形式和服務范圍 形式變換自由能達到在各種場所使用。 固定形式單一品種。 速 度 0-54m/min變頻自由調速 38m/min定速 上述性能對比說明,二者之間的差距不是一點點,而是一個時代。升降機上用齒條齒輪傳動本來就不如鋼絲繩式傳動平穩安全和經濟實用,只因升降機技術界長期拿不出適用于室外鋼絲繩式升降機上使用的安全可靠的防墜落裝置,造成了鋼絲繩式施工電梯止不住墜落事故而不敢使用。齒條齒輪式施工電梯以防墜落可靠的優勢,迅速得到建筑界無選擇的認可,獨占了施工電梯市場幾十年。但是現在受到了無法應戰的挑戰,因為它的結構形式規定了它不能夠用自我完善的方法去接近或超過新鋼絲繩式施工電梯的性能。 齒條齒輪傳動形式用在室內機床設備中是普遍現象,能夠達到高質量的傳效果,但是在室外百米高的升降機,齒條1.5M段地固定在標準節上,全程貫通達到百米高度,而標準節是冷作件,因此這根百米高的齒條本身就難免粗糙。另一方面在這齒條上滾動的齒輪裝在吊籠上的減速器輸出軸上,吊籠以標準節弦桿為導軌升降,運行中軸線擺動不可避免,是含撞擊的嚙合傳動,并且是暴露于室外的敞開式傳動。這種粗糙的低級嚙合傳動形式震動大、噪聲高的問題很難改善的。 齒條齒輪傳動式施工電梯的吊籠在導軌架的側方,依靠裝在導軌架上的齒條給的反作用力上升,作用力點偏離吊籠中央1/2吊籠寬度。運行中的吊籠上部鉤著導軌架,下部壓著導軌架,這種不平衡運行耗能量大。而鋼絲繩式施工電梯的提升力作用在吊籠中央,是平衡運行,導軌僅負擔導向作用。又是用防滑曳引機驅動,必然省力。 結束語:防滑曳引機已證明了施工電梯、載人升降機用鋼絲繩提升是簡單便利而合理的提升形式;齒輪、齒條傳動形式用在施工電梯上是迫于一種限速器錐體摩擦結合一體的防墜安全器的使用條件的要求;以防滑曳引機為核心的升降機防墜落系統改變了施工電梯,令人敬威的緊張面孔,開創了施工電梯安全活潑,形式自由,多方面服務的新時代;防滑曳引機的發明為施工電梯普及化,電梯家電化開辟了快速綠色通道。
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