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1、建筑簡(jiǎn)易升降機(jī)防墜落保護(hù)裝置研究與設(shè)計(jì)建筑簡(jiǎn)易升降機(jī)隨著建筑業(yè)的興起，使用數(shù)量與日俱增，但目前絕大多數(shù)都未配置防墜落保護(hù)裝置，一旦斷繩，將會(huì)發(fā)生機(jī)毀人亡的重大事故，因此研制出一種安全可靠的防墜落保護(hù)裝置及具迫切性和必要性。1996年福建省科委下達(dá)了研制建筑簡(jiǎn)易升降機(jī)防墜保護(hù)裝置的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，作者承擔(dān)并完成了這一項(xiàng)目，該科研成果已通過(guò)福建省科委主持的技術(shù)鑒定，現(xiàn)將設(shè)計(jì)要點(diǎn)概述如下。1設(shè)計(jì)思路和要求11保護(hù)裝置在升降機(jī)正常作業(yè)時(shí)，一旦發(fā)生斷繩，保護(hù)裝置應(yīng)立即動(dòng)作，將吊籠制停，即可靠性要好。12當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，其制動(dòng)距離應(yīng)小于05m，即靈敏度要高。13保護(hù)裝置不論在任何載荷（不超過(guò)升降機(jī)的額定載2、荷，包括吊籠自重）下一旦發(fā)生斷繩，均應(yīng)可靠動(dòng)作，沖擊力要小，不對(duì)導(dǎo)軌、井架和裝置結(jié)構(gòu)造成損壞，即隨機(jī)性要強(qiáng)。14吊籠上兩個(gè)保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)相同并同時(shí)作用，且吊籠墜落試驗(yàn)前后底板在各方向的水平偏差改變值不超過(guò)5%，即均衡性要高。15保護(hù)裝置應(yīng)能適應(yīng)不同規(guī)格的吊籠，且安裝該保護(hù)裝置時(shí)，不對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)操作和機(jī)構(gòu)作較大改動(dòng)，即結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，適用性要廣。16該裝置起作用時(shí)，排除故障應(yīng)安全簡(jiǎn)便。連續(xù)重復(fù)30次斷繩模擬試驗(yàn)（其中重載試驗(yàn)不少于10次），對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)損壞，能重復(fù)使用，即重復(fù)性要好。2設(shè)計(jì)原理所研制的保護(hù)裝置由懸掛機(jī)構(gòu)和制停機(jī)構(gòu)兩大部分組成。懸掛機(jī)構(gòu)主要由牽引架體、牽引桿、壓縮彈簧和牽引鋼絲繩等組成。3、制停機(jī)構(gòu)主要由偏心制動(dòng)輪、拉力彈簧、制動(dòng)座板、導(dǎo)向塊等組成。該保護(hù)裝置采用彈簧偏心輪式，其工作原理為，當(dāng)正常提升時(shí)，牽引鋼絲繩拉動(dòng)偏心輪，使其旋轉(zhuǎn)；當(dāng)牽引桿上升到上極限位置時(shí)，偏心輪切口面與導(dǎo)軌平行，因偏心輪平面與導(dǎo)軌之間留有間隙，吊籠可上、下運(yùn)行。一旦發(fā)生斷繩，懸掛機(jī)構(gòu)內(nèi)的壓縮彈簧迅速將牽引桿彈回原處，牽引鋼絲繩松馳，偏心輪在拉力彈簧作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，瞬即與導(dǎo)軌接觸，在磨擦力的作用下，偏心輪轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，可靠地將吊籠制停在導(dǎo)軌上。根據(jù)機(jī)構(gòu)的自鎖原理，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的有效分力小于驅(qū)動(dòng)力本身所引起的最大磨擦力，即驅(qū)動(dòng)力的作用線進(jìn)入到磨擦角以內(nèi)時(shí)，即使驅(qū)動(dòng)力任意增大也無(wú)法使滑塊運(yùn)動(dòng)起來(lái)。從理論上推導(dǎo)，若偏心輪4、按圓弧展開，其形狀為一斜楔，并且斜楔的升角是變化的，所以偏心輪夾具具有隨機(jī)性和自鎖性。下面將論證偏心夾具的自鎖條件。偏心夾具如圖la，設(shè)偏心輪半徑為R，旋轉(zhuǎn)軸半徑為r，轉(zhuǎn)角為，作用力為P，力臂長(zhǎng)為l，求其自鎖條件。Y4101解：作出工件2對(duì)偏心輪3的總反力R23及偏心輪3與旋轉(zhuǎn)軸間的摩擦圓（摩擦圓的半徑=fr），欲使此夾具自鎖，R23應(yīng)通過(guò)該摩擦圓。為此，如圖lb所示，須使S1S-（1）利用幾何推導(dǎo)，得ecos(RSin+rf)/sin+fcos(-)（2）Y4102從公式(2)看出：自鎖條件與力臂長(zhǎng)度l和作用力P的大小無(wú)關(guān)，只要滿足這一幾何特性和零部件的機(jī)械強(qiáng)度要求，就能可靠自鎖。3偏心輪保5、護(hù)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)提升鋼絲繩突然斷裂后，偏心輪在拉力彈簧力的作用下旋轉(zhuǎn)，使偏心輪與導(dǎo)軌之間產(chǎn)生一定的初始正壓力N0，同時(shí)偏心輪與導(dǎo)軌之間產(chǎn)生初始摩擦力F0，在F0的作用下，偏心輪進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，使偏心輪與導(dǎo)軌之間的正壓力進(jìn)一步增大，同時(shí)摩擦力也隨之增加，直到摩擦力FGe/2（Ge為吊籠額定載重量，包括吊籠自重，每臺(tái)吊籠一般裝2套保護(hù)裝置），吊籠便附著在導(dǎo)軌上。從斷繩至吊籠被制停住，偏心輪保護(hù)裝置動(dòng)作過(guò)程可分為從鋼絲繩斷裂到偏心輪在彈簧拉力作用下與導(dǎo)軌面接觸產(chǎn)生一定的初始正壓力過(guò)程和在摩擦力作用下，偏心輪進(jìn)一步鎖緊至吊籠被安全制停住過(guò)程。第一階段：受力分析見圖2a，所有力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O1，取矩：Y416、03Pl1Sin-F0(R-ecos)-R23-N0esin=0其中：F0=N0f1，R23N0，=rf2，f1=f2經(jīng)推導(dǎo)，得式中：P-拉力彈簧拉力，N；F0-初始摩擦，N；R-偏心輪半徑，mm；r-旋轉(zhuǎn)軸半徑，mm；l1-旋轉(zhuǎn)中心至彈簧拉力作用A點(diǎn)距離，mm；l2-旋轉(zhuǎn)中心至C點(diǎn)的距離，mm；l3-彈簧拉力作用點(diǎn)A與C之間距離，mm；f1-導(dǎo)軌與偏心輪間的摩擦系數(shù)；f2-旋轉(zhuǎn)軸與偏心輪間的摩擦系數(shù)；-O1O2延長(zhǎng)線與BO2延長(zhǎng)線之間夾角；-BA與No之間的夾角；-總反力R23與正壓力N之間的夾角；-與O1O2之間的夾角第二階段受力分析如圖2b，所有力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O1取矩（彈簧力不計(jì)）。摩擦力7、F阻止吊籠和制停裝置沿導(dǎo)轉(zhuǎn)面下滑，所以方向向上。Y4201F(R-ecos)-NeSin-R230其中：N=F/f1,R23N,=rf2,f1=f2代入（2）式并化簡(jiǎn)esinrf1/(Recos)f11（5）可見，只要偏心輪的設(shè)計(jì)能滿足（5）式的幾何條件，則彈簧力只要能使偏心輪與軌道間產(chǎn)生一點(diǎn)摩擦圖例是可使偏心輪越鎖越緊。32結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)321旋轉(zhuǎn)軸徑d計(jì)算從受力分析知道，當(dāng)摩擦力FKge/2時(shí)，吊籠將牢靠地制停在導(dǎo)軌上，其作用反力通過(guò)該轉(zhuǎn)軸的摩擦圓，近似地等于導(dǎo)軌對(duì)偏心輪的反作用力N，因此，旋轉(zhuǎn)軸主要受剪切力作用，其直徑選擇可按圓柱銷剪切的公式來(lái)求得。d2000N/()(6)式中：N-導(dǎo)致對(duì)8、偏心輪的反作用力，N；k-動(dòng)載系數(shù)取為13；Ge-吊籠額定載重量，包括自重，N；-45#鋼抗剪強(qiáng)度，Pa。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮可能單邊卡住導(dǎo)軌的不利情況，全部重載由單邊保護(hù)裝置承受以及考慮保護(hù)裝置的重復(fù)使用性，安全系數(shù)應(yīng)取大些，裝置中d選取為25mm。322偏心輪半徑R的初選為使結(jié)構(gòu)緊湊，并考慮材料擠壓強(qiáng)度，一般按經(jīng)驗(yàn)R可在（24）rRe+r+10之間選取，本裝置R取為50mm。323偏心輪偏心距的選擇計(jì)算將R，r和=t-1sf的數(shù)值代入公式（2）并化簡(jiǎn)，e7/Sin+015cos()(7)因?yàn)椴捎美桑瑧?yīng)控制在/2之內(nèi)，即在0/2中變化，所以Sin+015cos()的值在0151之間變化，將此值代9、入公式(7)，e(4667)，取小值，所以e7，為了使自鎖更可靠，本裝置中e為6mm。324拉力彈簧的選擇從公式（4）看出，當(dāng)R，r，e，f1、f2，l1、l2及為定值時(shí)，P取決于F0和，彈簧力只要能使偏心輪與軌道間產(chǎn)生一點(diǎn)摩擦力，便可使偏心輪越鎖越緊。但是，初始摩擦力過(guò)小，會(huì)延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間，甚至使吊籠下落速度過(guò)大而不能鎖住，因此應(yīng)盡可能使彈簧的拉力大一些，保證在足夠短的時(shí)間內(nèi)將吊籠鎖住。但是，彈簧的拉力也不應(yīng)過(guò)大，以免復(fù)位困難，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們選用了初拉力為250300N的彈簧，并作為可調(diào)的，能使1500kg的吊籠在鋼絲繩突然斷裂的情況下可靠地附著在導(dǎo)軌的任何位置上。4結(jié)束語(yǔ)從自鎖條件和受力分析中看出，當(dāng)偏心輪保護(hù)裝置滿足其幾何特性自鎖條件和零部件的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，不論作用力多大都能可靠自鎖，其制動(dòng)力矩是隨機(jī)的，不是恒定不變的最大力矩，這樣沖擊力極力小，制動(dòng)平穩(wěn)可靠，由于懸掛機(jī)構(gòu)和制停機(jī)構(gòu)之間采用牽引鋼絲繩作柔性連接，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，復(fù)位容易、適用范圍廣。本裝置經(jīng)福建省中心檢驗(yàn)所檢驗(yàn)，福建省科委鑒定，滿足上述設(shè)計(jì)和要求。 5 / 5