蝸輪蝸桿傳動系統上行超速保護裝置設置的必要性探討

劉 磊，韋方平

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇常州 213000）

蝸輪蝸桿傳動系統上行超速保護裝置設置的必要性探討

劉 磊，韋方平

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇常州 213000）

針對目前蝸輪蝸桿傳動的有齒輪曳引式電梯，提出了不需要上行超速保護裝置也能起到控制上行超速的設想。根據GB7588-2003中關于上行超速保護裝置和制動器的要求，具體闡述了蝸輪蝸桿傳動的有齒輪曳引式電梯依靠其自鎖性能和機-電式制動器的安全冗余，同樣是符合安全要求的。

電梯；蝸輪蝸桿；上行超速保護；自鎖

0 引言

隨著GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》的頒布（以下簡稱GB7588-2003），很多條款較1995版本有了很大的變化，其中針對制動器提出了新的要求，同時要求增設上行超速保護裝置。從2004年1月1日起實施新標準，過渡期為1年，也就是說從2005年1月1日后出廠的電梯均應配備上行超速保護裝置。

1 常見上行超速保護裝置類型

根據GB7588-2003要求，按上行超速保護裝置安裝的位置不同，常見的主要有以下幾種：

（1）作用于轎廂，常見的有上行安全鉗、制動夾軌器等；

（2）作用于對重，常見的有對重安全鉗等；

（3）作用于鋼絲繩系統(懸掛繩或補償繩)，常見的有夾繩器等；

（4）作用于曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)，常見的是制動器。

目前來看，在蝸輪蝸桿傳動的有齒輪曳引式電梯中廣泛使用的是夾繩器。

2 新標準的要求

新實施的GB7588-2003對于機、電式制動器的要求較GB7588-1995有較大變化，具體條款如下[1]。

（1）12.4.2.1。當轎廂載有125%額定載荷并以額定速度向下運行時，操作制動器應能使曳引機停止運轉。在上述情況下，轎廂的減速度不應超過安全鉗動作或轎廂撞擊緩沖器所產生的減速度。

所有參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機械部件應分兩組裝設。如果一組部件不起作用，應仍有足夠的制動力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。

電磁線圈的鐵心被視為機械部件，而線圈則不是。

（2）12.4.2.3.1。切斷制動器電流，至少應用兩個獨立的電氣裝置來實現，不論這些裝置與用來切斷電梯驅動主機電流的電氣裝置是否為一體。

當電梯停止時，如果其中一個接觸器的主觸點未打開，最遲到下一次運行方向改變時，應防止電梯再運行。

其中最明顯是條款12.4.2.1，GB7588-1995版本里說明此條可暫緩執行，而GB7588-2003版本里明確要求此條為強制執行，明確說明電磁線圈的鐵心被視為機械部件，而線圈則不是。GB7588-2003對于制動器的可靠性要求進一步提高：必須裝設兩組獨立的制動器機械部件，同時至少應用兩個獨立的電氣裝置來切斷制動器電流。所以GB7588-2003實施后要求所有機—電式制動器必須安裝雙鐵芯，相當于要求設置兩組分別獨立的制動器，即使一組失效，另外一組也能可靠制停，即安全的冗余性。

同時，GB7588-2003增設對于上行超速保護裝置的條款，具體如下[1]。

（1）9.10.1。該裝置包括速度監控和減速元件，應能檢測出上行轎廂的速度失控，其下限是電梯額定速度的115%，上限是9.9.3規定的速度，并應能使轎廂制停，或至少使其速度降低至對重緩沖器的設計范圍。

（2）9.10.4。該裝置應作用于下列之一：

1）轎廂；

2）對重；

3）鋼絲繩系統(懸掛繩或補償繩)；

4）曳引輪（例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上）。

GB7588-2003明確指出上行超速保護裝置應由兩部分組成，一是速度監控元件，通常意義上是指限速器，二是減速執行元件，從安裝部位的不同上可以分為以上四大類，目前比較常見的是作用于鋼絲繩系統的夾繩器。值得注意的是，上行超速保護裝置是在電梯速度大于或等于額定速度的115%時才起作用，在電梯超速較少或正常速度沖頂時是起不到保護作用的。

3 蝸輪蝸桿傳動系統的等效性

q為蝸桿直徑系數，m為蝸桿中間平面的模數，d1為蝸桿分度圓直徑。

當蝸桿導程角γ小于或等于當量摩擦角?v時，蝸桿傳動就具有自鎖性。蝸桿的頭數Z1一般取1、2、4和6，要求效率高，即要求蝸桿導程角大時，頭數應取多些，但頭數越多，加工越困難，要求自鎖性要時蝸桿導程角應小些，一般為單頭。自鎖時，一般傳動效率低于0.5[2]。通常蝸輪蝸桿減速裝置都是運用在低速電梯，當速度超過2.0 m/s時一般不采用蝸輪蝸桿減速裝置，而采用斜齒輪減速裝置或行星齒輪減速裝置[3]，所以傳動效率低的缺點在低速電梯的要求上不是很重要。

蝸輪蝸桿傳動時，一般蝸桿為主動件，連接電動機的輸出端，同時也成為蝸桿傳動的輸入端。當蝸輪蝸桿傳動滿足自鎖條件時，即蝸輪不能成為主動件時，當電機失電時，抱閘抱緊，電梯無法運動，即使電機有電，抱閘打開時，電梯也不會溜梯即不會發生上行超速現象。

另一方面，在日常檢驗中，經常發現上行超速保護裝置誤動作，尤其是在做限速器-安全鉗聯動試驗時，電梯上行準備復位限速器和安全鉗開關時，稍不留神轎廂上行超速保護裝置就誤動作，從而需要花費大力氣復位，特別是夾繩器。反而電梯如果真的沖頂，因為很多情況下電梯沖頂都沒有達到額定速度的115%，上行超速保護裝置認為這種情況不屬于上行超速，所以不會動作，然而實際情況是此時電梯已經沖頂，危險已經發生了。如果此時的蝸輪蝸桿具有自鎖性，蝸輪就不會成為主動件，上行失控也就不會出現了。

當然極端情況是蝸輪的齒全部被剃光，或是蝸輪與輸出軸的鍵、軸承、螺栓等機械斷裂，轎廂才有可能會上行超速失控，前提是制動器還得失效并且是制動器的兩套獨立裝置全部失效。這樣的情況發生的幾率是多少呢？相比于上行超速保護裝置誤動作概率實在太小太小了。

筆者也曾拆過幾個不同品牌的蝸輪蝸桿曳引機，其中有的帶自鎖，有的不帶自鎖，不帶自鎖的通常是2頭或3頭的蝸桿，究其原因應當是想提高傳動效率，從而放棄自鎖。蝸輪蝸桿傳動相比于一般的齒輪傳動最顯著的莫過于結構緊湊和具有自鎖性，如果單單為了提高傳動效率而放棄自鎖是得不償失的。

4 結論

目前廣泛使用的限速器-夾繩器的上行超速保護裝置，可以在大于額定速度的115%的時候起到防止上行超速的作用，但是其不能實現對超速較少或正常速度沖頂的預防，仍然存在一定的風險，且增設裝置需要一定的經濟代價。

新要求的制動器的制動能力不成問題，結構上同樣也可以符合GB7588-2003中9.10.4 d)的要求，即作用于曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)。那么自鎖的蝸輪蝸桿-制動器結構就可以代替限速器-夾繩器的上行超速保護裝置，不必增設裝置從而實現上行超速保護。

綜上所述，對于蝸輪蝸桿傳動的有齒輪曳引式電梯，只要蝸輪蝸桿設計符合自鎖要求，且同時配用符合GB7588-2003要求的機-電式制動器，理論上就可以不再配備上行超速保護裝置。

［1］GB7588-2003.電梯制造與安裝安全規范［S］.

［2］馬履中.機械設計基礎［M］.北京：北京理工大學出版社，2000.

［3］毛懷新.電梯與自動扶梯技術檢驗［M］.北京：學苑出版社，2001.

(編輯：王智圣)

圖4 不間斷接駁恒張力控制系統流程圖

3 結論

隨著對制袋機運行速度的要求越來越高，減少制袋工藝中的接駁過程浪費的時間以及提高接駁效率，是確保高速制袋的重要保證。本文提出的制袋機不間斷接駁恒張力控制嵌入式順序與伺服控制系統，利用順序控制與伺服控制的思想，高效率的不間斷接駁，最大限度地壓縮了接駁時間，降低了工人的操作強度。所設計的制袋機不間斷接駁恒張力控制嵌入式控制系統在筆者公司產業化的高速三列制袋機上試驗性運行，在30 000個袋/小時運行速度下，塑料包裝質量達到了要求。

參考文獻：

［1］韓凌，陸榮鑑.制袋機的檢測與控制技術發展概述［J］.包裝工程，2010（11）：135-139.

［2］陶惠君，蓋作有.塑料制袋機的科學發展及技術創新［J］.飲料工業，2010，13（10）：42-45.

［3］劉洪志.基于ARM嵌入式的制袋機控制系統設計［D］.南京：南京林業大學，2012.

［4］彭澤光，閻秋生，魏慶.新型高效塑料軟包裝復合袋制袋機開發［J］.機電工程技術，2012，41（5）：39-41.

第一作者簡介：彭澤光，男，1962年生，廣東潮州人，大學專科，工程師。研究領域：制袋機的機電一體化技術。

(編輯：向 飛)

Discuss on the Necessary of the Ascending Car Overspeed Protection in the Worm and Gear Drive

LIU Lei，WEI Fang-ping
（Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province of Changzhou Branch，Changzhou 213000，China）

This paper put forward the idea that the ascending car overspeed can be controlled without the ascending car overspeed protection in the current worm and gear drive of traction type elevator.According to the requirements on the ascending car overspeed protection and brake of GB7588-2003，the paper specifically expounded the worm and gear drive in traction type elevator also can meet the safety requirements depend on its self-locking and the safety redundancy of mechanical-electric brake.

elevator；worm and gear；ascending car overspeed protection；self-locking

TU857

A

1009－9492(2014)03－0094－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.029

劉 磊，男，1984年生，江蘇揚州人，碩士研究生。研究領域：電梯檢驗。

2013－09－09