1、建筑簡易升降機防墜落保護裝置研究與設計建筑簡易升降機隨著建筑業的興起，使用數量與日俱增，但目前絕大多數都未配置防墜落保護裝置，一旦斷繩，將會發生機毀人亡的重大事故，因此研制出一種安全可靠的防墜落保護裝置及具迫切性和必要性。1996年福建省科委下達了研制建筑簡易升降機防墜保護裝置的重點科研項目，作者承擔并完成了這一項目，該科研成果已通過福建省科委主持的技術鑒定，現將設計要點概述如下。1設計思路和要求11保護裝置在升降機正常作業時，一旦發生斷繩，保護裝置應立即動作，將吊籠制停，即可靠性要好。12當保護裝置動作時，其制動距離應小于05m，即靈敏度要高。13保護裝置不論在任何載荷（不超過升降機的額定載
2、荷，包括吊籠自重）下一旦發生斷繩，均應可靠動作，沖擊力要小，不對導軌、井架和裝置結構造成損壞，即隨機性要強。14吊籠上兩個保護裝置應當設計相同并同時作用，且吊籠墜落試驗前后底板在各方向的水平偏差改變值不超過5%，即均衡性要高。15保護裝置應能適應不同規格的吊籠，且安裝該保護裝置時，不對簡易升降機操作和機構作較大改動，即結構應簡單，適用性要廣。16該裝置起作用時，排除故障應安全簡便。連續重復30次斷繩模擬試驗（其中重載試驗不少于10次），對結構無損壞，能重復使用，即重復性要好。2設計原理所研制的保護裝置由懸掛機構和制停機構兩大部分組成。懸掛機構主要由牽引架體、牽引桿、壓縮彈簧和牽引鋼絲繩等組成。
3、制停機構主要由偏心制動輪、拉力彈簧、制動座板、導向塊等組成。該保護裝置采用彈簧偏心輪式，其工作原理為，當正常提升時，牽引鋼絲繩拉動偏心輪，使其旋轉；當牽引桿上升到上極限位置時，偏心輪切口面與導軌平行，因偏心輪平面與導軌之間留有間隙，吊籠可上、下運行。一旦發生斷繩，懸掛機構內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動，瞬即與導軌接觸，在磨擦力的作用下，偏心輪轉過一定角度，可靠地將吊籠制停在導軌上。根據機構的自鎖原理，當驅動力的有效分力小于驅動力本身所引起的最大磨擦力，即驅動力的作用線進入到磨擦角以內時，即使驅動力任意增大也無法使滑塊運動起來。從理論上推導，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，設偏心輪半徑為R，旋轉軸半徑為r，轉角為，作用力為P，力臂長為l，求其自鎖條件。Y4101解：作出工件2對偏心輪3的總反力R23及偏心輪3與旋轉軸間的摩擦圓（摩擦圓的半徑=fr），欲使此夾具自鎖，R23應通過該摩擦圓。為此，如圖lb所示，須使S1S-（1）利用幾何推導，得ecos(RSin+rf)/sin+fcos(-)（2）Y4102從公式(2)看出：自鎖條件與力臂長度l和作用力P的大小無關，只要滿足這一幾何特性和零部件的機械強度要求，就能可靠自鎖。3偏心輪保
5、護裝置的設計計算當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，使偏心輪與導軌之間產生一定的初始正壓力N0，同時偏心輪與導軌之間產生初始摩擦力F0，在F0的作用下，偏心輪進一步旋轉，使偏心輪與導軌之間的正壓力進一步增大，同時摩擦力也隨之增加，直到摩擦力FGe/2（Ge為吊籠額定載重量，包括吊籠自重，每臺吊籠一般裝2套保護裝置），吊籠便附著在導軌上。從斷繩至吊籠被制停住，偏心輪保護裝置動作過程可分為從鋼絲繩斷裂到偏心輪在彈簧拉力作用下與導軌面接觸產生一定的初始正壓力過程和在摩擦力作用下，偏心輪進一步鎖緊至吊籠被安全制停住過程。第一階段：受力分析見圖2a，所有力對轉動中心O1，取矩：Y41
6、03Pl1Sin-F0(R-ecos)-R23-N0esin=0其中：F0=N0f1，R23N0，=rf2，f1=f2經推導，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-旋轉軸半徑，mm；l1-旋轉中心至彈簧拉力作用A點距離，mm；l2-旋轉中心至C點的距離，mm；l3-彈簧拉力作用點A與C之間距離，mm；f1-導軌與偏心輪間的摩擦系數；f2-旋轉軸與偏心輪間的摩擦系數；-O1O2延長線與BO2延長線之間夾角；-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，所有力對轉動中心O1取矩（彈簧力不計）。摩擦力
7、F阻止吊籠和制停裝置沿導轉面下滑，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esinrf1/(Recos)f11（5）可見，只要偏心輪的設計能滿足（5）式的幾何條件，則彈簧力只要能使偏心輪與軌道間產生一點摩擦圖例是可使偏心輪越鎖越緊。32結構設計要點321旋轉軸徑d計算從受力分析知道，當摩擦力FKge/2時，吊籠將牢靠地制停在導軌上，其作用反力通過該轉軸的摩擦圓，近似地等于導軌對偏心輪的反作用力N，因此，旋轉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求得。d2000N/()(6)式中：N-導致對
8、偏心輪的反作用力，N；k-動載系數取為13；Ge-吊籠額定載重量，包括自重，N；-45#鋼抗剪強度，Pa。設計時還應考慮可能單邊卡住導軌的不利情況，全部重載由單邊保護裝置承受以及考慮保護裝置的重復使用性，安全系數應取大些，裝置中d選取為25mm。322偏心輪半徑R的初選為使結構緊湊，并考慮材料擠壓強度，一般按經驗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算將R，r和=t-1sf的數值代入公式（2）并化簡，e7/Sin+015cos()(7)因為采用拉簧，應控制在/2之內，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R，r，e，f1、f2，l1、l2及為定值時，P取決于F0和，彈簧力只要能使偏心輪與軌道間產生一點摩擦力，便可使偏心輪越鎖越緊。但是，初始摩擦力過小，會延長制動時間，甚至使吊籠下落速度過大而不能鎖住，因此應盡可能使彈簧的拉力大一些，保證在足夠短的時間內將吊籠鎖住。但是，彈簧的拉力也不應過大，以免復位困難，經過反復試驗，我們選用了初拉力為250300N的彈簧，并作為可調的，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軌的任何位置上。4結束語從自鎖條件和受力分析中看出，當偏心輪保護裝置滿足其幾何特性自鎖條件和零部件的機械強度時，不論作用力多大都能可靠自鎖，其制動力矩是隨機的，不是恒定不變的最大力矩，這樣沖擊力極力小，制動平穩可靠，由于懸掛機構和制停機構之間采用牽引鋼絲繩作柔性連接，所以結構簡單，安裝方便，復位容易、適用范圍廣。本裝置經福建省中心檢驗所檢驗，福建省科委鑒定，滿足上述設計和要求。 5 / 5
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