蜗轮蜗杆传动系统上行超速保护装置设置的必要性探讨

刘 磊，韦方平

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏常州 213000）

蜗轮蜗杆传动系统上行超速保护装置设置的必要性探讨

刘 磊，韦方平

（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏常州 213000）

针对目前蜗轮蜗杆传动的有齿轮曳引式电梯，提出了不需要上行超速保护装置也能起到控制上行超速的设想。根据GB7588-2003中关于上行超速保护装置和制动器的要求，具体阐述了蜗轮蜗杆传动的有齿轮曳引式电梯依靠其自锁性能和机-电式制动器的安全冗余，同样是符合安全要求的。

电梯；蜗轮蜗杆；上行超速保护；自锁

0 引言

随着GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的颁布（以下简称GB7588-2003），很多条款较1995版本有了很大的变化，其中针对制动器提出了新的要求，同时要求增设上行超速保护装置。从2004年1月1日起实施新标准，过渡期为1年，也就是说从2005年1月1日后出厂的电梯均应配备上行超速保护装置。

1 常见上行超速保护装置类型

根据GB7588-2003要求，按上行超速保护装置安装的位置不同，常见的主要有以下几种：

（1）作用于轿厢，常见的有上行安全钳、制动夹轨器等；

（2）作用于对重，常见的有对重安全钳等；

（3）作用于钢丝绳系统(悬挂绳或补偿绳)，常见的有夹绳器等；

（4）作用于曳引轮(例如直接作用在曳引轮，或作用于最靠近曳引轮的曳引轮轴上)，常见的是制动器。

目前来看，在蜗轮蜗杆传动的有齿轮曳引式电梯中广泛使用的是夹绳器。

2 新标准的要求

新实施的GB7588-2003对于机、电式制动器的要求较GB7588-1995有较大变化，具体条款如下[1]。

（1）12.4.2.1。当轿厢载有125%额定载荷并以额定速度向下运行时，操作制动器应能使曳引机停止运转。在上述情况下，轿厢的减速度不应超过安全钳动作或轿厢撞击缓冲器所产生的减速度。

所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。如果一组部件不起作用，应仍有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。

电磁线圈的铁心被视为机械部件，而线圈则不是。

（2）12.4.2.3.1。切断制动器电流，至少应用两个独立的电气装置来实现，不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。

当电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。

其中最明显是条款12.4.2.1，GB7588-1995版本里说明此条可暂缓执行，而GB7588-2003版本里明确要求此条为强制执行，明确说明电磁线圈的铁心被视为机械部件，而线圈则不是。GB7588-2003对于制动器的可靠性要求进一步提高：必须装设两组独立的制动器机械部件，同时至少应用两个独立的电气装置来切断制动器电流。所以GB7588-2003实施后要求所有机—电式制动器必须安装双铁芯，相当于要求设置两组分别独立的制动器，即使一组失效，另外一组也能可靠制停，即安全的冗余性。

同时，GB7588-2003增设对于上行超速保护装置的条款，具体如下[1]。

（1）9.10.1。该装置包括速度监控和减速元件，应能检测出上行轿厢的速度失控，其下限是电梯额定速度的115%，上限是9.9.3规定的速度，并应能使轿厢制停，或至少使其速度降低至对重缓冲器的设计范围。

（2）9.10.4。该装置应作用于下列之一：

1）轿厢；

2）对重；

3）钢丝绳系统(悬挂绳或补偿绳)；

4）曳引轮（例如直接作用在曳引轮，或作用于最靠近曳引轮的曳引轮轴上）。

GB7588-2003明确指出上行超速保护装置应由两部分组成，一是速度监控元件，通常意义上是指限速器，二是减速执行元件，从安装部位的不同上可以分为以上四大类，目前比较常见的是作用于钢丝绳系统的夹绳器。值得注意的是，上行超速保护装置是在电梯速度大于或等于额定速度的115%时才起作用，在电梯超速较少或正常速度冲顶时是起不到保护作用的。

3 蜗轮蜗杆传动系统的等效性

q为蜗杆直径系数，m为蜗杆中间平面的模数，d1为蜗杆分度圆直径。

当蜗杆导程角γ小于或等于当量摩擦角ϕv时，蜗杆传动就具有自锁性。蜗杆的头数Z1一般取1、2、4和6，要求效率高，即要求蜗杆导程角大时，头数应取多些，但头数越多，加工越困难，要求自锁性要时蜗杆导程角应小些，一般为单头。自锁时，一般传动效率低于0.5[2]。通常蜗轮蜗杆减速装置都是运用在低速电梯，当速度超过2.0 m/s时一般不采用蜗轮蜗杆减速装置，而采用斜齿轮减速装置或行星齿轮减速装置[3]，所以传动效率低的缺点在低速电梯的要求上不是很重要。

蜗轮蜗杆传动时，一般蜗杆为主动件，连接电动机的输出端，同时也成为蜗杆传动的输入端。当蜗轮蜗杆传动满足自锁条件时，即蜗轮不能成为主动件时，当电机失电时，抱闸抱紧，电梯无法运动，即使电机有电，抱闸打开时，电梯也不会溜梯即不会发生上行超速现象。

另一方面，在日常检验中，经常发现上行超速保护装置误动作，尤其是在做限速器-安全钳联动试验时，电梯上行准备复位限速器和安全钳开关时，稍不留神轿厢上行超速保护装置就误动作，从而需要花费大力气复位，特别是夹绳器。反而电梯如果真的冲顶，因为很多情况下电梯冲顶都没有达到额定速度的115%，上行超速保护装置认为这种情况不属于上行超速，所以不会动作，然而实际情况是此时电梯已经冲顶，危险已经发生了。如果此时的蜗轮蜗杆具有自锁性，蜗轮就不会成为主动件，上行失控也就不会出现了。

当然极端情况是蜗轮的齿全部被剃光，或是蜗轮与输出轴的键、轴承、螺栓等机械断裂，轿厢才有可能会上行超速失控，前提是制动器还得失效并且是制动器的两套独立装置全部失效。这样的情况发生的几率是多少呢？相比于上行超速保护装置误动作概率实在太小太小了。

笔者也曾拆过几个不同品牌的蜗轮蜗杆曳引机，其中有的带自锁，有的不带自锁，不带自锁的通常是2头或3头的蜗杆，究其原因应当是想提高传动效率，从而放弃自锁。蜗轮蜗杆传动相比于一般的齿轮传动最显著的莫过于结构紧凑和具有自锁性，如果单单为了提高传动效率而放弃自锁是得不偿失的。

4 结论

目前广泛使用的限速器-夹绳器的上行超速保护装置，可以在大于额定速度的115%的时候起到防止上行超速的作用，但是其不能实现对超速较少或正常速度冲顶的预防，仍然存在一定的风险，且增设装置需要一定的经济代价。

新要求的制动器的制动能力不成问题，结构上同样也可以符合GB7588-2003中9.10.4 d)的要求，即作用于曳引轮(例如直接作用在曳引轮，或作用于最靠近曳引轮的曳引轮轴上)。那么自锁的蜗轮蜗杆-制动器结构就可以代替限速器-夹绳器的上行超速保护装置，不必增设装置从而实现上行超速保护。

综上所述，对于蜗轮蜗杆传动的有齿轮曳引式电梯，只要蜗轮蜗杆设计符合自锁要求，且同时配用符合GB7588-2003要求的机-电式制动器，理论上就可以不再配备上行超速保护装置。

［1］GB7588-2003.电梯制造与安装安全规范［S］.

［2］马履中.机械设计基础［M］.北京：北京理工大学出版社，2000.

［3］毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验［M］.北京：学苑出版社，2001.

(编辑：王智圣)

图4 不间断接驳恒张力控制系统流程图

3 结论

随着对制袋机运行速度的要求越来越高，减少制袋工艺中的接驳过程浪费的时间以及提高接驳效率，是确保高速制袋的重要保证。本文提出的制袋机不间断接驳恒张力控制嵌入式顺序与伺服控制系统，利用顺序控制与伺服控制的思想，高效率的不间断接驳，最大限度地压缩了接驳时间，降低了工人的操作强度。所设计的制袋机不间断接驳恒张力控制嵌入式控制系统在笔者公司产业化的高速三列制袋机上试验性运行，在30 000个袋/小时运行速度下，塑料包装质量达到了要求。

参考文献：

［1］韩凌，陆荣鑑.制袋机的检测与控制技术发展概述［J］.包装工程，2010（11）：135-139.

［2］陶惠君，盖作有.塑料制袋机的科学发展及技术创新［J］.饮料工业，2010，13（10）：42-45.

［3］刘洪志.基于ARM嵌入式的制袋机控制系统设计［D］.南京：南京林业大学，2012.

［4］彭泽光，阎秋生，魏庆.新型高效塑料软包装复合袋制袋机开发［J］.机电工程技术，2012，41（5）：39-41.

第一作者简介：彭泽光，男，1962年生，广东潮州人，大学专科，工程师。研究领域：制袋机的机电一体化技术。

(编辑：向 飞)

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

刘 磊，男，1984年生，江苏扬州人，硕士研究生。研究领域：电梯检验。

2013－09－09