具有制动功能的电梯滚动导靴设计及分析

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电梯作为高层建筑物内主要的运输工具，在人员输送、货物运输等各方面发挥着重要的作用。电梯品质可以分为三大要素，即安全陛、功能性和舒适性[1]。其中，电梯的安全性为首要因素↑几年国内电梯安全事故频发，如2011年，东莞市南城区鸿福商务写字楼A 奥的斯电梯突发事故，电梯轿厢从 19楼直接坠落，在8楼停顿1S后继续下坠，掉到了负-层，20人受伤。事后调查表明电梯因缺少13常维护，导致限速器安全钳系统失效。因此，进-步增加电梯的安全系数具有深刻的现实意义。目前已有多种不同于限速器-安全钳系统的电梯保护装置被开发出来，例如：西子奥的斯电梯有限公司所拥有的《电梯-体式安全装置》发明专利 ，日本株式会社 日立制作所拥有的《电梯安全装置和具有该电梯安全装置的电梯》发明专利131。它们的共同特点是利用与电梯导轨接触的轮子自身的旋转来检测电梯轿厢的速度，取消了限速器系统，保留了安全钳系统。它们只是对限速器-安全钳系统进行了改进，并不能增加电梯的安全系数。针对上述问题，通过借鉴汽车鼓式制动器的工作原理，设计了-种完全不同于限速器-安全钳系统的电梯安全装置，即-种具有制动功能的电梯滚动导靴，并对其制动性能进行了分析。该导靴不仅能起到导向与减振的作用，还能起到安全保护的作用。

2新型导靴的结构与工作原理电梯轿厢主要由轿厢架 、轿厢、导靴 、导轨、减震块等组成，其中，4组导靴安装在上、下轿架的左、右两侧，如图 1所示。中、高速电梯主要采用滚动式导靴 。滚动式导靴的三个导轮紧贴在T型导轨的三个工作面上，限制电梯轿厢在水平方向的移动，使轿厢只能沿着导轨上下移动 ，并以滚动摩擦代替滑动摩擦，减小电梯运行中的振动和噪音，提高乘坐电梯的舒适感月。

研究的电梯滚动导靴是通过导靴导轮与电梯导轨的抱持 ，来实现让电梯轿厢紧急制动的功能。该滚动导靴装置具有滚动导轮机构、液压执行机构以及导轮停转机构，分别如图2、图3所示。其中，滚动导轮机构包括-组三个分别紧贴在 T型导轨三个工作面上的导轮、与导轮轴铰接的支撑摆杆、与支撑摆杆铰接的来稿日期：2012-08-14作者简介：陈 红，(1989-)，男，河南人，硕士，主要研究方向：高速电梯液压主动导靴；冯永慧，(1989-)，女，上海人，博士后，硕士生导师，主要研究方向：高速电梯振动主动控制28 陈 红等：具有制动功能的电梯滚动导靴设计及分析 第6期导靴基座；液压执行机构包括驱动液压缸 1、与液压缸相连的支 上行超速和下行超速，可得电梯上行所需最大制动力的计算公式撑摆杆；导轮停转机构集成在导轮内部，并与导轮外壳扣合形成 为E61：Fs2PaKQ(a g) (1)完整的导轮，主要包括液压缸2、制动闸片、制动底板。 为了使安全钳的加持力不至于过大或过小，推荐取嘶0.8g图 1电梯轿厢结构简图Fig.1 A Drawing of the Elevator Cages Structure图 2导靴构成示意图Fig.2 A Diagram of the Rolling Guide Shoe板图3导轮停转机构Fig.3 The Braking System of the Guide Wheel当电梯轿厢过失速时，液压执行机构中的驱动液压缸 1提供-个驱动力 ，使支撑摆杆摆动；支撑摆杆带动滚动导轮机构中的导轮压向导轨，给导轨-个正压 Ⅳ0，使导轮抱持导轨，同时，停转机构中的液压缸 2向两个方向输出同样大小的驱动力 ，撑开制动闸片，制动闸片与制动鼓发生摩擦，使导轮停止转动。这样，电梯轿厢在4组导靴共 12个导轮与导轨的摩擦作用下，实现紧急制动。在电梯正常工作时，液压缸1、2不输出力，导靴滚轮仅在弹簧的作用下紧贴导轨，实现减振和导向的作用。

3导靴系统的计算设计此导靴的主要目的是为高速电梯( >2m/s)提供-种有别于限速器安全钳系统的安全保护装置。在实际应用中可以与限速器安全钳机构共同配置，也可单独设立。GB7588-2003规定额定速度大于 0.63m/s的电梯均应采用渐进式安全钳，所以该导靴应能提供同样大小的制动力。电梯出现超速的状态有两种，即来进行计算；电梯下行所需最大的制动力的计算公式为 ： (PQ)( ) (2)同样为了使安全钳的加持力不至于过大或过小，推荐取 。20.6g来进行计算；上述al a2的选取饮合GB7588-2003规定的渐进式安全钳的平均减速度应在(0.2～1.0)g之间的要求。

式中： -电梯上行所需最大制动力，N； -电梯下行所需最大制动力，N； 电梯轿厢空载时的重量 (含随行部分)，kg；Q-电梯额定载荷，kg；g-重力加速度 ，m/s ；，--电梯平衡系数；o。-电梯轿厢上行制动时的平均减速度 ，m/s ；nf-电梯轿厢下行制动时的平均减速度，m/s ； -曳引轮轿厢侧绳张力，N； -曳引轮对重侧绳张力，N；/x。-电梯导靴跟导轨之间的摩擦因数。针对-款电梯，给定参数：PlO00kg、Q1000kg、K0.5、g10nds ，可得 Ⅱ1、Ⅱ2、 、 ，因Fx> ，取最终所需的制动力 FFx。-部电梯具有 12个滚动导轮，每个导轮均具制动功能，则电梯轿厢致停所需的制动力 将由这 12个滚动导轮共同提供，那每个导轮所提供的摩擦力 112。因为电梯导靴的滚轮与电梯导轨之间无润滑，接触材料分别为耐磨橡胶和冷轧钢材，查阅摩擦因数表可得 .为0.2m，则每个导轮对导轨施加的正压力 NoF]tx，。

4导靴系统的设计4.1滚动导轮与液压执行机构设计如图2所示，液压缸 1提供的力 直接作用于导靴导轮的旋转轴，与导轮对导轨施加的正压力Ⅳn处在同-直线上，所以FoNo。液压缸输出的作用力P与液压缸直径 和液压压力之间有如下关系式翻 d2、/ - (3)式中：p-考虑电梯系统调节装置作用下的液压缸或管路液压，p：(8 12)MPa那么液压缸 (4)图4液压执行机构的三维模型Fig.4 A 3-Dmodel of the Hydraulic Actuator根据 GB 7524-87标准规定的液压缸尺寸系列 ，保留-定余量并兼顾到经济性，选取液压缸 1的直径 。参考QC/T 309-1999标准规定的汽车制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列，选取导轮外壳的工作直径D 和制动闸片的宽度曰 考虑到导轮外壳有 5mm的厚度以及导轮外壳表面覆盖有-层厚度为15ram的耐磨橡胶，则导靴导轮的最终直径D：为(D。40)。参考No.6June.2013 机械设计与制造 33汽车行驶时，路面对汽车的激励多为低于 20Hz以下的垂直振动频率，路面激励随着道路条件的改变而不同，在较好路面条件下，如高速公路，此激励多在 3Hz以下，汽车的第-阶固有频率应该高于20Hz。汽车行驶过程中发动机在怠速时的激振频率为(30～33)Hz(怠速取(600-700)r/min)，由分析结果看，空载和90%容积时振动频率接近路面激振频率范围，有发生整体扭转振动和车架后部局部弯曲振动的可能性。

5结论通过对高强钢油罐半挂车的静动态分析可以得到以下结论：(1)四种典型工况的静力学分析结果表明，该高强钢油罐半挂车完全满足强度刚度要求，且具有很大的安全系数，获得的各位置的应力和位移数据，为对其进行优化谢斗提供了依据。(2)流固耦合模态分析结果表明，随着油罐车贮液量的不断增加，其整体弯曲振型对应的固有频率不断降低，并且各频率均避开了路面激励频率；空载时油罐车出现整体扭转振动。但由于油液的耦合作用，贮液量50%及90%时，罐车在分析频率范围内并没有出现整体扭转振动，而表现为局部振动，说明油液对油罐车的振动起到了抑制作用。

(3)高强度钢板在轻量化中的应用研究还停留在简单模型的理论研究阶段，针对高强钢油罐半挂车实际模型进行了有意义的分析和研究，但这种分析和研究只是初步的。要将高强钢成功应用在油罐半挂车上，还有很多工作要做，比如焊接工艺的确定，焊接残余应力的消除等，只有将轻量化设计工作与工艺工作圆满结合，才能彻底解决高强钢在油罐半挂车上的应用问题。