旅客登機橋升降系統輔助制動裝置設計及分析

2013-06-01 02:31:22胡克明

機電工程技術 2013年1期

胡克明

（蒂森克虜伯機場系統（中山）有限公司，廣東中山 528437）

旅客登機橋是可靠性要求很高的設備，其升降系統直接關系到人、接駁飛機和整個登機橋的安全，所以在設計、制造以及檢驗過程中，對升降機構傳動系統的安全可靠性要求很高。一旦制動器失靈，登機橋將快速塌下，對人員和設備會造成傷害，甚至可能使飛機受到損傷。

1 升降系統概述

登機橋的升降系統為垂直布置，要求在升降一定的高度后，能保持位置的固定，如利用蝸輪或螺旋副傳動的自鎖性能，可簡單實現，但此類傳動機構效率低，所需電機的功率大，能源消耗也會增大。故常用的登機橋升降系統采用的是滾珠絲桿，滾珠絲桿傳動效率高，但滾珠絲桿不能自鎖，必須有制動裝置[1]。

通常登機橋的升降機構如圖1 所示，升降系統都是由滾珠絲桿、聯軸器、減速器和制動電機等零部件組成。

制動電機由普通電機的尾部裝有勵磁圓盤式制動器，用電磁力使制動器釋放，由彈簧產生制動作用，其制動力矩一般不小于電機額定轉矩的兩倍，設計的原理是斷電制動，這樣升降系統可克服橋的重力，保持橋的靜止，升降時，制動器打開，運行。這符合登機橋基本的安全要求。隨著社會的發展，對與人密切相關設備的安全要求也越來越高，如EN115:1995 12.6標準中就有自動扶梯必須裝設附加制動器的相關規定。電梯的制動器除需要做超載試驗外，另外還有安全鉗，以備制動失靈、鋼絲繩斷裂等引起安全事故。登機橋比電梯、扶梯等特種設備通行的人更多，一旦出事，問題會更加嚴重，還也可能給與之接駁的飛機造成損害。所以開發研究登機橋輔助制動裝置很有必要[2]。

圖1 普通機電橋升降機構

2 升降棘輪制動器的組成及工作原理

在升降傳動鏈的那個環節加制動器，用那種方式來制動，對升降機構的布局及成本影響很大。經綜合考慮采用棘輪輔助制動方式，安裝位置在升降機構傳動鏈的尾端，輔助制動升降機構如圖2所示。

圖2 輔助制動升降機構

主要由制動電動機、減速器、聯軸器、檢測裝置、棘輪、棘爪驅動裝置、滾珠絲桿等零件構成。該方式較常規的制動器結構簡單，整體布局沒變化，成本低，比較適合登機橋升降系統失靈時，只需單向制動防止登機橋急速下落而引發事故的場合。

輔助制動工作原理：登機橋升降系統由通道兩側各有一組滾珠絲桿，兩組電動機和制動器由同一電源，同一組正、反轉接觸器供電給并聯電動機和制動器，用來保證兩邊升降機構的同步性，為了對電機轉速、轉向及升降高度及故障進行實時監控，每組滾珠絲桿都裝有感應檢測裝置，通過PLC 對檢測出來的數字脈沖信號作實時數據采集、狀態判別，并可顯示結果，報警，制動。當從電機到聯軸器中某一環節出現故障，會引起滾珠絲桿轉動異常，登機橋控制系統把檢測裝置得到的數據與正常值作比較，就可以判斷傳動鏈是否有故障。并及時輸出制動信號，使輔助制動器動作，棘爪嵌入棘輪的槽內，阻止棘輪和滾珠絲桿停止轉動，這樣就可對半聯軸器前面的任一環節的損壞都能起到保護作用，從而防止升降電機斷軸、工作制動器失靈，減速器的齒輪斷齒或中間連接件松脫引起登機橋的快速下墜，造成設備、人身傷害的事故。

圖3 升降輔助制動器

圖4 棘爪驅動結構分解圖

棘輪輔助制動結構、組成：升降輔助制動器如圖3、棘爪驅動結構分解如圖4。機構采用電磁鐵驅動棘爪，主要由電磁鐵、回位彈簧、電磁鐵支架、棘爪、棘爪軸，軸座等組合而成。制動棘爪在彈簧的作用下靠向棘輪，在滾珠絲桿轉動0～3度內，即高度最多降0.2毫米內，棘爪會鑲入棘輪槽，通過棘爪與棘輪的咬合，直接對滾珠絲桿施加制動力矩、制止登機橋下墜、提高登機橋的可靠性和安全性的目的。

當排除故障后，登機橋再需作升降運動時，由PLC 控制滾珠絲桿反時針轉3 度左右，同時給電磁鐵送電，在電磁鐵的電磁力作用下，棘爪順時針轉動，棘爪與棘輪分離后，登機橋再按操作控件信號，進行登機橋升或降的運動。

為了合理布局、結構緊湊、減少占用空間。聯軸器采用的是彈性聯軸器，彈性聯軸器的上聯軸節直接開有檢測用的感應槽，下聯軸節直接加工出扁方，棘輪也加工出帶扁方的孔，通過該孔棘輪與下聯軸節組合成一個剛性體，當然也可將下聯軸節與棘輪直接做成一剛性整體，下聯軸節通過鍵聯接方式與滾珠絲桿組裝一起。棘輪裝配分解如圖5。

圖5 棘輪裝配分解圖

下聯軸節通過星形彈性體與上聯軸節嵌合，上聯軸節通過平鍵與減速器輸出軸聯接。因為是以工程塑料作彈性元件，能補償滾珠絲桿與減速器輸出軸一定的相對偏移，并有緩沖、減振的性，這樣對制造精度要求不必過嚴，達到能滿足性能要求，又能降低成本。該方式，所需零件數量少，制動迅速，止動可靠。不過在動作時沒有緩沖過程，故稱之為剛性輔助制動，在速度不高時適用。電梯的安全保護裝置，在電梯速度小于1 000 mm/s 時可用瞬時剛性制動鉗，考慮到登機橋的升降速度只有20 mm/s 左右以及自重或升降行程等因素，認為采用瞬時動作棘輪制動是可行的。

根據需要可做成得電動作型，也可做成失電動作型，不過采用得電動作時，需通過控制系統以適當的時間間隔對棘爪驅動裝置進行安全功能檢測，以避免導線松動、線圈絕緣損壞等原因引起棘爪不動作現象，保證輔助制動裝置的可靠性。

參考GB16899-1997 14.2.2 所有停止運行裝置應通過切斷電流起作用，而不是通過一個繼電器電路接通來完成。EN115:1995 14.2.2 All stopping devices shall act by interrupting current and not by the completion of a circuit of a relay[3].

這表明正常運行時保持通電狀態，而當需要附加制動器動作時，應通過切斷其電流起作用，即失電動作。所以采用失電動作的方式更適合安全方面要求。