一种限速制动保护装置及其在电梯中的应用

1.本发明涉及制动技术领域，特别是一种通过制动来实现运动限速的装置。


背景技术：

2.城市的迅速发展，高层建筑越来越来多，电梯被广泛应用于这些高层建筑中，服务于建筑物内各楼层人员或物资的运输，其中，电梯轿厢需要运行在至少两列垂直于水平面或稍稍倾斜(与铅垂线倾斜角小于15
°
)的刚性轨道上，其安全性要求非常高。但目前电梯坠落事故仍时有发生，大都起因于电梯没有安装防坠落保护装置所致，造成电梯在运行过程中，曳引机或电梯中央控制柜等发生故障，或者由于其它不可控因素而导致电梯加速下降，由于坠落速度极快，极易造成人员伤亡。目前，垂直升降电梯其运行平稳性以及防坠落性一直是业内主要研究课题。
3.除此之外，在其他产品技术领域，比如船舶、建筑施工、高空作业等，都可能需要控制升降速度，以防止失控带来的危险。
4.以船舶锚机为例，这是船舶上用于收放船锚的设备，通常由基座、支架、锚链轮、刹车系统以及动力系统等组成。投放船锚时，工作人员需使用刹车装置对锚链进行减速控制，直至抛锚完成。但现有锚机在使用过程中也存在刹车失误率高的问题，此时锚链如单次出链过长，速度过快，此时刹车，刹车带将承受很大的顿力，轻则损坏刹车带，重则锚链失控导致丢锚事故发生，或造成船舶碰撞或搁浅，进而产生更大的损失。
5.另外，在高层建筑物施工现场，常利用施工平台完成高空作业，包括墙体粉刷、设备安装、检修等。施工人员在平台上开展工作，需控制施工平台升降，但下降失控和冲顶失控的事故也时有发生，这就对速度制动提出了更高的要求，即必须双向控制速度，超速上升或超速下降都会产生安全事故，必须设置可以完成双向控制速度的制动装置。
6.但目前通用的刹车装置，基本上都是采用抱闸或胀闸的方式设计刹车机构。这种刹车利用刹车部件与旋转部件之间的摩擦力完成降速，若速度过大、摩擦力不足以抵消旋转力矩，或者是刹车部件失灵，将无法使旋转部件降速，轻则损坏设备，重则造成人身安全事故。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种限速制动保护装置，它能够对超速运行的设备或机件迅速予以制动，有效防止速度失控。
8.本发明的另一个目的是提供一种具有可靠限速制动的电梯，它能够对电梯失控运行时迅速予以制动，以防止速度失控带来的安全隐患。
9.本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
10.一种限速制动保护装置,所述限速制动保护装置包括外环制动机构、内环棘盘和固定座；所述外环制动机构装设在固定架上，固定架安装在固定座上；所述外环制动机构包括一个外环棘轮，外环棘轮内壁间隔均匀地设有多个棘爪槽，棘爪槽的截面形状为锐角，构
成锐角的两个边分别与相邻的棘爪槽的一个边通过圆弧吻接；所述内环棘盘包括设置在转动轴上的内环转盘，内环转盘上均匀间隔地设置多个相同的棘爪机构，所述棘爪机构包括离心棘爪，离心棘爪通过销轴旋转铰接在内环转盘上；在内环转盘上还设有可调限位机构，所述可调限位机构由限位座、限位销钉、弹簧和离心滑柱组成，其中，限位座固定在内环转盘上，限位座设有通孔，限位销钉的一端穿过限位座与所述离心棘爪构成可活动连接，弹簧套于限位销钉上，并给限位销钉提供复位力；所述离心棘爪为弧形条状，其端部为锐角状，其锐角角度与棘爪槽的截面锐角相匹配，从而构成限速制动卡扣。
11.上述限速制动保护装置，在离心棘爪上的限位销钉和离心滑柱相连的部位设有限位滑道，限位滑道为向外扩张的弧形，所述弧形与离心滑柱构成滑动配合。
12.上述限速制动保护装置，在外环棘轮的内壁圆弧上设有多个间隔排列的滚柱，所述滚柱套装在滚柱轴上，所述滚柱轴的两端分别固定在外圈棘轮和外环棘轮盖上，滚柱与滚柱轴为间隙配合。
13.上述限速制动保护装置，所述棘爪槽和棘爪机构以及由两者构成的限速制动卡扣的数量为3-8套。
14.上述限速制动保护装置，在所述可调限位机构上增设离心滑柱，所述离心滑柱为圆柱体，设置在离心棘爪的限位滑道内，离心滑柱与限位销钉铰接。
15.上述限速制动保护装置，增设反向限速制动动保护装置，所述反向限速制动动保护装置上的棘爪机构和反向棘爪槽和原来设置的限速制动保护装置上的棘爪机构和反向棘爪槽为对称设置，所述对称设置按如下原则确定：以转动轴的轴心o为原点，以位于销轴的轴心运行轨迹圆上、且在离心棘爪外的一点a为另一点，连接线段oa，以oa为对称轴，设置反向棘爪机构和反向棘爪槽。
16.解决本发明另一个问题的技术方案是：
17.一种具有可靠限速制动的电梯，所述电梯包括垂直电梯井、电梯轿厢、曳引机、钢丝绳和导向轮；另外，它还设有上述限速制动保护装置，所述电梯的牵引钢丝绳缠绕在限速制动保护装置中的转动轴上；所述限速制动保护装置的数量为两个，分别安装在转动轴的两端，构成双轮架限速制动保护装置。所述双轮架限速制动保护装置的数量为两个，分别安装在曳引机两侧的钢丝绳牵引回路中。
18.上述具有可靠限速制动的电梯，增设波形防滑轮，所述波形防滑轮安装在转动轴的两端，所述波形防滑轮由环形侧壁和套筒组成，在环形侧壁上设有弯曲排列的防滑凸起，在套筒上设有波纹状防滑凸棱，钢丝绳即缠绕在所述波形防滑轮上。
19.有益效果
20.本发明提供的限速制动保护装置，通过外环制动机构和内环棘盘之间设置的离心棘爪对发生超速的旋转轴轴速做出反应，离心棘爪即刻向外滑动，使限速制动卡扣动作，将内环棘盘与外环制动机构连为一体。由于外环制动机构与机架固定，从而瞬间将旋转轴予以制动，防止旋转轴继续失速旋转。本发明的制动动作反应迅速，制动可靠，解决了失速带来的安全事故。
21.本发明提供的安全电梯、可靠限速制动船用抛锚机、限速制动的可移动的高空作业平台，当钢丝绳上、下超速移动时，缠绕在转动轴上的钢丝绳运动突然加快、带动转动轴加速转动，从而带动内环棘盘加速旋转，在离心力的作用使得其上的离心棘爪向轴心外位
移，从而锁定电梯、船用抛锚机、可移动的高空作业平台，本发明在波形防滑轮上设置弯曲排列的防滑凸起，在套筒上设置波纹状防滑凸棱，钢丝绳缠绕在这样的波形防滑轮上将能够防止牵引钢丝绳打滑，使内环棘盘更能够准确地反应钢丝绳的超速状态，避免速度数值漏检，使制动限速更为可靠。
22.本发明除应用在电梯、船用抛锚机、可移动的高空作业平台上外，也可以应用在其他需要控制转速的场合。
附图说明
23.下面结合附图对本发明作进一步详述。
24.图1是本发明的结构示意图；
25.图2是本发明处于制动状态的结构示意图；
26.图3是本发明具有双向制动功能的结构示意图；
27.图4是图1的局部剖视图；
28.图5是离心棘爪机构的结构示意图；
29.图6是内壁圆弧上间隔排列的滚柱结构示意图；
30.图7是滚柱结构剖视图；
31.图8是波形防滑轮槽结构示意图；
32.图9是本发明双轮架(即安装两个限速制动保护装置)装配结构示意图；
33.图10是本发明单轮轴(即安装单个限速制动保护装置)安装示意图；
34.图11是本发明电梯使用示意图；
35.图12是本发明安装在船舶锚机上的使用状态示意图；
36.图13是本发明应用在高层建筑可移动升降施工平台上的安装结构示意图；
37.图中各标号分别表示为：1、外环制动机构，2、固定架，3、固定座，4、外环棘轮，5、内环棘盘，6、转动轴，7、离心棘爪，8、滚柱，9、限位销钉，10、弹簧，11、限位座，12、限位滑道，13、离心滑柱，14、销轴，15、限位槽，16、滚动钢珠，17、波形防滑轮，18、导向轮支架，19、中部凹槽，20、轮槽壁，21、粗糙防滑条，22、防滑突起，23、左加强筋，24、外环棘轮盖，25、滚柱轴，26、右加强筋，27、内环转盘，28、棘爪机构，29、垂直电梯井，30、钢丝绳，31、电梯轿厢，32、配重，33、导向轮，34、曳引轮，35、限速制动保护装置，36、棘爪槽，37、挡板，38、双轮架限速制动保护装置，39、曳引机，40、曳引机输出轴，41、导向轮轮轴，42、单轮轴限速制动保护装置，43、船体，44、甲板，45、滚轮，46、牵引钢丝绳，47、储绳仓，48、船锚，49、电机，50、高层建筑，51、可移动升降施工平台，52、滑轨，53、减速器，54、电动机输出轴，55、减速器输出轴，56、齿轮组，57、传动箱，58、传动轴，59、联轴器，60、底座。
具体实施方式
38.参看图1、图2、图3，本发明提供的限速制动保护装置35，包括外环制动机构1、内环棘盘5和固定座3；所述外环制动机构1装设在固定架2上，固定架2安装在固定座3上；所述外环制动机构1包括一个外环棘轮4，外环棘轮4内壁间隔均匀地设有多个棘爪槽36，棘爪槽的截面形状为锐角，构成锐角的两个边分别与相邻的棘爪槽36的一个边通过圆弧吻接，该圆弧的半径逐渐加大，并逐步过渡到和锐角的边吻接；所述内环棘盘5包括设置在转动轴6上
的内环转盘27，内环转盘27上均匀间隔地设置多个相同的棘爪机构28，所述棘爪机构28包括离心棘爪7，离心棘爪7通过销轴14旋转铰接在内环转盘27上；在内环转盘27上还设有可调限位机构，所述可调限位机构由限位座11、限位销钉9、弹簧10和离心滑柱13组成，其中，限位座11固定在内环转盘27上，限位座11设有通孔，限位销钉9的一端穿过限位座11与所述离心棘爪7构成可活动连接，弹簧10套于限位销钉上，并给限位销钉提供复位力。
39.参看图1、图2、图3，所述离心棘爪7为弧形条状，其端部为锐角状，其锐角角度与棘爪槽的截面锐角相匹配，从而构成限速制动卡扣。如转动轴加速转动，从而带动两端内环转盘加速转动，由于离心力的作用使得其上的离心棘爪在限位销钉以及离心滑柱的共同作用下重心外位移，卡到外环棘爪槽处，从而实现制动目的。
40.参看图5，在离心棘爪7上、在其限位销钉9和离心滑柱13相连的部位设有限位滑道12，限位滑道12为向外扩张的长圆弧形孔，所述长圆弧形孔与离心构成滑动配合。限位滑道12限制在其上滑动的离心滑柱13的运动方向和位移距离，保证离心棘爪7在离心力作用下能可靠地卡在外环棘爪槽处。
41.参看图6、图7，在外环棘轮4的内壁圆弧上设有多个间隔排列的滚柱8，所述滚柱8套装在滚柱轴25上，所述滚柱轴25的两端分别固定在外圈棘轮4和外环棘轮盖24上，滚柱8与滚柱轴25为滑动配合。外环棘轮内壁处设有多个间隔排列的滚柱8用以减小离心棘爪圆弧面滑动时与其可能发生的摩擦。
42.参看图1、图2、图3，棘爪槽36和棘爪机构28以及由两者构成的限速制动卡扣的数量为3-8套。可根据具体使用情况设置限速制动卡扣的数量，当转动轴的转动动量较大时，可选择较大的数值，否则可选择数值3，以确保限速制动机构既结构简单、又安全可靠。
43.参看图4，可调限位机构上增设离心滑柱13，所述离心滑柱13为圆柱体，设置在离心棘爪7的限位滑道12内，离心滑柱13与限位销钉9铰接。保证离心棘爪7在离心力作用下能够顺利地向外滑动，并满足棘爪槽和棘爪机构可靠地卡接。
44.参看图3，增设反向限速制动，所述反向限速制动的构成部分棘爪机构28和棘爪槽36与原来设置的限速制动保护装置上的棘爪机构28和棘爪槽36为对称设置，所述对称设置按如下原则确定：以转动轴6的轴心o为原点，以位于销轴14的轴心运行轨迹圆上、且在离心棘爪7外的一点a为另一点，连接线段oa，以oa为对称轴，设置反向棘爪机构28和反向棘爪槽36，实现双向制动。制作时可在双向限速制动保护装置的内环棘盘5上设置2n个棘爪机构28，内环棘盘5上共设n条对称轴，相邻两条对称轴之间的角度均为360
°
/n，两个棘爪机构28对称设置在其中一对称轴oa的两侧，棘爪机构28上的离心滑柱13端靠近对称轴，其余棘爪机构28分别设置在其余的对称轴两侧；外环棘轮4内壁间隔均匀地设有多个棘爪槽36，外环棘轮4的内壁间隔均匀地设有2n棘爪槽36，棘爪槽的截面形状为锐角，所述外环棘轮4上设置共设n条对称轴，相邻两条对称轴之间的角度均为360
°
/n，其中两个棘爪槽36对称设置在对称轴oa的两侧。
45.参看图8，增设波形防滑轮17，所述波形防滑轮17安装在转动轴6的两端，所述波形防滑轮17由环形侧壁和套筒组成，在环形侧壁上设有弯曲排列的防滑凸起20，在套筒上设有波纹状防滑凸棱19，钢丝绳30即缠绕在述波形防滑轮17上。波形防滑轮槽侧壁的防滑凸和套筒上设有波纹状防滑凸棱19用以防止绳索打滑，保证速制动保护装置的安全运行。
46.图10中描述了一种单轮轴的限速制动保护装置，所述装置中包括电机49、减速器
53、电动机输出轴54、减速器输出轴55、联轴器59和底座60；它使用上述的限速制动保护装置35，转动轴6一端设置波形防滑轮17,另一端接联轴器59，所述联轴器59与减速器53的输出轴55连接，所述减速器53连接电机49。所述电机49、减速器53和限速制动保护装置35均固定在底座60上。
47.参看图11所示的电梯结构示意图，它包括垂直电梯井29、电梯轿厢31、曳引机39、钢丝绳30和导向轮33，它使用本发明的限速制动保护装置。所述电梯的牵引钢丝绳30缠绕在限速制动保护装置35中的转动轴6上。所述限速制动保护装置35的数量为两个，分别安装在转动轴6的两端，构成所谓的双轮架限速制动保护装置38。所述双轮架限速制动保护装置38的数量为两个，分别安装在曳引机39两侧的钢丝绳30牵引回路中。电梯升降带动钢丝绳30上下移动带动转动轴转动，当电梯下降速度突然加快时，由于离心力作用，限速制动保护装置35可自动锁定、使电梯停止运行以避免加速过程持续进行。故障排除，可将电梯向上提升以解除锁定状态，从而恢复正常运行。
48.参看图12，船舶锚机是船舶上用于收放锚及锚链的机械设备，通常由基座、支架、锚链轮、刹车系统、动力传输系统等组成。将锚抛出后，需使用刹车装置对锚链进行减速，每放出适当长度锚链，刹车一次，严格控制好出链速度，直至抛锚完成。但在抛锚过程中，有时锚链的出链速度迅速增加，加速度很大，导致工作人员不能快速做出反应，从而使得刹车操作失误。当刹车操作失误时会使锚链单次出链过长，速度过快，此时刹车装置中的刹车带将承受很大的顿力，轻则损坏刹车带，重则锚链失控导致丢锚事故发生，造成船舶碰撞或搁浅，进而产生更大的损失。本发明所提供的限速制动保护装置也可用于此，作为船舶锚机用抛锚限速保护的最终安全手段。本发明提供的船用抛锚机包括甲板44、滚轮45、牵引钢丝绳46、双轮轴限速制动保护装置38、船锚48、储绳仓47。限速制动保护装置采用双向制动、双轮架安装形式，从甲板滚轮引出的绳索缠绕双轮架转动轴6上的波形防滑轮17后，连接船锚抛出，若抛锚速度过快则可触发装置自锁进行制动。
49.参看图13，可移动的高空作业平台被广泛应用于各行各业，尤其是高耸建筑物施工项目中使用更广。高耸建筑施工过程中最常用的施工方法有液压滑模法、多点同步电动升模施工法等，虽平台施工原理有所不同，但总体来说都为通过施工平台的升降来完成高空作业，包括墙体粉刷、设备安装、检修等可移动性高空作业。对于高空升降平台来说其安全性尤为重要，施工人员于平台之上开展工作，若平台在升降过程中出现故障则会直接导致施工人员安全事故的发生，特别是在高空作业的情况下，对人员生命安全造成极大危害。因此对于施工平台升降时的速度及平稳性有着严格要求。本发明的限速制动保护装置可用于此，若升降平台速度异常，突然加速上升或下降则装置会立即对其进行限速以尽可能避免故障的发生，从而保障施工人员的生命安全。这种具有可靠限速制动的可移动的高空作业平台，包括可移动升降施工平台51、滑轨52、动力输出装置，所述动力输出装置包括电机49、减速器53、电机输出轴54、减速器输出轴55、齿轮组56、传动箱57、传动轴58、联轴器59和底座60；可移动的高空作业平台采用单轮轴安装方式构成单轮轴限速制动保护装置42，当由于电动机误操作或减速器故障以及其它因素导致转动轴6转动过快而致使施工平台加速升降时，限速制动保护装置可即使对及进行限速制动处理，以尽可能避免安全事故的发生。