用于高安全防护等级的升降机液压阻尼卷筒

赵 灯

（天津舞台科学技术研究所，天津 300193）

1 引言

现有的升降机械，如吊车、行车、垂直升降电梯、各种起重机械，多是通过卷筒收放钢丝绳、钢带或其他绳状牵引物升降重物的升降机械，其制动依靠抱闸完成。卷筒本身无阻尼制动安全装置，升降过程中若无人员或其他方式的控制，其速度不能调整，发生断电、制动、动力连接部件失灵等故障时，其下降速度往往无法控制，由此发生的事故甚至人身伤亡事故屡见不鲜，例如升降设备的制动失灵会使得重物以自由落体的速度砸向地面，可导致人身伤亡及财产损失。重载电梯的抱闸失灵会导致轿厢向下坠落，而空载电梯抱闸失灵则会导致轿厢在对重铁的牵引下向上加速直至撞顶。

2 现状

在一个升降机械驱动链中，除了制动器，至少还有电机、减速机、联轴器和卷筒等各机械部件，在这个机械链中任何一个环节的断裂（如联轴器断裂、轴键失灵、减速机齿轮损坏等等）都会导致整个系统失控，引起灾难性的事故。现有的升降机械中，起制动作用的抱闸，一般都设在电动机与减速机之间，少数与卷筒相接触。卷筒是整个驱动链中的最后一环（钢丝绳等牵引物除外），制动装置越靠近卷筒，系统中部件损坏对系统制动的影响越小，安全性越高，但对制动装置的体量、能量要求越大。因此，制动装置的设置要权衡利弊，综合考虑。如何控制住卷筒的速度，使之在系统失控的情况下能够以安全的速度运行或实现安全制动，是一个需要解决的重要问题。

在舞台、商场、图书馆、博物馆、军事设施等其他领域中使用的防火幕、防爆门等，要求能在断电的条件下，分段以不同的速度降落，以便既能快速隔离，又使人员有时间撤离，目前有多种防火幕闭合控制器能够实现防火幕所需的控制要求。

如何使用升降机驱动链上的最后一个部件——卷筒，来实现上述需求？

3 解决方法

现有的“防火幕用全内置式油压阻尼滚筒”提供了一个很好的技术平台，该装置成功地应用在了舞台的防火幕控制领域，其原理是：在卷筒内部安装液压活塞、螺杆和油路，啮合在螺杆上的活塞随卷筒转动，并随螺杆上的螺纹方向在卷筒内移动，被移动的活塞挤压的液压油通过油路向活塞的另侧流动，控制油路流量即可控制活塞移动速度，同时也就控制了卷筒的旋转速度。

但是现有技术，其油路通道开口处置于活塞密封圈的通道上，并依靠密封圈控制油路的通断，实现分段阻尼，活塞移动时，油路开口处对密封圈的反复刮磨，使得该装置的使用寿命大打折扣。

为了克服现有的防火幕用全内置式油压阻尼滚筒技术存在的缺点，参考现有产品，设计了一种分段阻尼卷筒，为卷筒式升降机及防火幕提供一种小体积的、可反复使用的、分段可调速阻尼的一体化液压分段阻尼卷筒。

3.1 技术方案

一体化液压分段阻尼卷筒由带驱动轴的卷筒、螺杆轴、与螺杆轴相啮合的活塞、导向杆、支架等构成，该卷筒的驱动轴由旋转驱动方式进行驱动，卷筒内有螺杆轴，螺杆轴中有液压介质通道，通道中有调节介质流量的调节阀，卷筒内有与螺杆轴相啮合的活塞，有数个与螺杆轴相平行并且贯穿于活塞的导向杆，导向杆的两端固定于卷筒的两端。

螺杆轴中的液压介质通道位于螺杆轴内，为1个或多个通道，通道的开口位于螺杆轴径向螺纹处。导向杆的作用是使活塞随卷筒共同旋转，并在螺杆轴的作用下沿轴向运动。

图1为本装置一个实施例的结构剖视图。其中：1 调节阀，2 轴键，3 轴承支架，4 油路B，5 导向杆，6 卷筒， 7 螺杆轴，8 活塞，9 导向杆，10 液压油，11 油路C，12 液压油，13 钢丝绳，14 推力轴承，15 轴承支架，16 驱动轴，17 贯通油路，18堵芯，19油路A。

3.2 具体实施方式

如图1所示，该一体化液压分段阻尼卷筒，由轴承支架3、15支撑，输入轴16由旋转驱动方式进行驱动，带动卷筒6转动，卷筒6的外表面缠绕有牵引重物的带状牵引物，本实施例中为钢丝绳13，卷筒6转动带动钢丝绳13收放，钢丝绳13的另一端悬挂重物或防火幕（图中省略），随卷筒6对钢丝绳13的收放而升降。上升时：卷筒6旋转并收集钢丝绳13，卷筒6内的活塞8由于导向杆9的带动，随卷筒6同步旋转，螺杆轴7由轴键2使之固定不动，活塞8与螺杆轴7是螺纹啮合的，在啮合螺纹的作用下，转动的活塞8向右侧移动，挤压右侧的液压油10通过油路C 11、贯通油路17及油路B 4、油路A 19 到达活塞8的左侧。下降时，上述运动过程则相反。

正常升降过程中，由于未达到限制速度，液压油的流量很小，各个油路通道对液压油的阻力很小，不影响升降速度。当起重设备的抱闸等部件失灵，或防火幕处于火险启动状态，此时卷筒6失去来自驱动轴16的制动和动力，在重力的作用下，悬挂重物或防火幕的钢丝绳13牵引卷筒6快速旋转并释放钢丝绳13，活塞8向左移动，由于流量加大，油路通道以及调节阀1对流量的限制，活塞8的左侧受到液压油10的推力，阻碍了活塞8向左的移动速度，使得卷筒6的旋转速度受到限制，控制了重物或防火幕的下降速度。当活塞8继续向左移动并遮盖油路A 19的油孔时，该油路被阻断，活塞8的左移速度进一步减慢，卷筒6释放钢丝绳13减慢，重物或防火幕的下降速度也随之进一步减慢，同理，当活塞继续左移将油路B 4阻断后，液压油仅能通过活塞8与螺杆轴7之间的啮合缝隙渗过，将使得重物或防火幕的下降速度更加缓慢，这样就达到了分段阻尼、控制速度的效果。分别调节三个调节阀1，可分别调节各段速度，使之达到要求。螺杆轴与活塞之间的缝隙，通过控制加工精度进行限制，必要时可通过在活塞上附加一个与螺杆轴相啮合的螺母，调整其与活塞的角度，便可减少二者与螺杆轴啮合的缝隙。

此外，若抽出三个调节阀1的阀芯，外接油压检测和流量控制元件，可根据需要在任何时刻启动阻尼控制。

3.3 特点

（1）可为卷筒式的升降设备提供一种安全防护系统，可保护除钢丝绳等牵引物断裂以外的机械失控故障；防止因卷筒驱动中某环节的失灵如轴键损坏、联轴器断裂、驱动轴断裂、齿轮损坏、抱闸失灵等等造成的负荷自由坠落现象。

（2）结构紧凑，体积小，安装调试简单，可直接替换原有的普通卷筒。

（3）液压介质通道和调节阀位于静止的螺杆轴中，因此，可安装电控调节阀及其他内置或外接的压力、流量检测控制系统。可方便地在降落的过程中，全程随意控制其速度，因此，可将其应用于有此要求的特殊升降设备，如一些演出设备。

（4）可断电运行，甚至运行于没有电源的环境，尤其是当应用于专用防火幕时，采用人工升起，自动降落，可以省掉那些只有在安装和调试中才使用的电力驱动设备。

（5）安全可靠，可长期反复运行，而且易于调节，不易损坏。

4 结束语

一体化液压分段阻尼卷筒研制的初衷是为了改进现有防火幕上使用的液力阻尼卷筒。本装置是在原有产品基础上的改进，其不同处是采用了全新的油路方式，使得改进后的阻尼卷筒拓展了自身的应用领域，不仅可以作为防火（防爆）幕、门的闭合控制器，而且可以应用于其他使用卷筒的升降机械，使之提高自身安全防护能力；为升降机械，尤其是需要特种安全防护要求的升降机械、舞台机械，提供了一种全新的设备选择方案。

本文提出的装置已获得国家发明专利，发明名称：一体化液压分段阻尼卷筒，专利号 ZL200810053525.6。

［1］谢东明.一起电梯冲顶事故技术分析.中国电梯，2008（19）

［2］朱思东.当今电梯安全的症结.中国电梯，2008（17）

［3］实用新型专利89200327.8（舞台防火幕及闭合速度控制装置 夏扬，刘宪民）

［4］实用新型专利00243067.3（防火幕用全内置式油压阻尼滚筒 马超）