旅客登机桥升降系统辅助制动装置设计及分析

2013-06-01胡克明

机电工程技术 2013年1期

胡克明

（蒂森克虏伯机场系统（中山）有限公司，广东中山 528437）

旅客登机桥是可靠性要求很高的设备，其升降系统直接关系到人、接驳飞机和整个登机桥的安全，所以在设计、制造以及检验过程中，对升降机构传动系统的安全可靠性要求很高。一旦制动器失灵，登机桥将快速塌下，对人员和设备会造成伤害，甚至可能使飞机受到损伤。

1 升降系统概述

登机桥的升降系统为垂直布置，要求在升降一定的高度后，能保持位置的固定，如利用蜗轮或螺旋副传动的自锁性能，可简单实现，但此类传动机构效率低，所需电机的功率大，能源消耗也会增大。故常用的登机桥升降系统采用的是滚珠丝杆，滚珠丝杆传动效率高，但滚珠丝杆不能自锁，必须有制动装置[1]。

通常登机桥的升降机构如图1 所示，升降系统都是由滚珠丝杆、联轴器、减速器和制动电机等零部件组成。

制动电机由普通电机的尾部装有励磁圆盘式制动器，用电磁力使制动器释放，由弹簧产生制动作用，其制动力矩一般不小于电机额定转矩的两倍，设计的原理是断电制动，这样升降系统可克服桥的重力，保持桥的静止，升降时，制动器打开，运行。这符合登机桥基本的安全要求。随着社会的发展，对与人密切相关设备的安全要求也越来越高，如EN115:1995 12.6标准中就有自动扶梯必须装设附加制动器的相关规定。电梯的制动器除需要做超载试验外，另外还有安全钳，以备制动失灵、钢丝绳断裂等引起安全事故。登机桥比电梯、扶梯等特种设备通行的人更多，一旦出事，问题会更加严重，还也可能给与之接驳的飞机造成损害。所以开发研究登机桥辅助制动装置很有必要[2]。

图1 普通机电桥升降机构

2 升降棘轮制动器的组成及工作原理

在升降传动链的那个环节加制动器，用那种方式来制动，对升降机构的布局及成本影响很大。经综合考虑采用棘轮辅助制动方式，安装位置在升降机构传动链的尾端，辅助制动升降机构如图2所示。

图2 辅助制动升降机构

主要由制动电动机、减速器、联轴器、检测装置、棘轮、棘爪驱动装置、滚珠丝杆等零件构成。该方式较常规的制动器结构简单，整体布局没变化，成本低，比较适合登机桥升降系统失灵时，只需单向制动防止登机桥急速下落而引发事故的场合。

辅助制动工作原理：登机桥升降系统由通道两侧各有一组滚珠丝杆，两组电动机和制动器由同一电源，同一组正、反转接触器供电给并联电动机和制动器，用来保证两边升降机构的同步性，为了对电机转速、转向及升降高度及故障进行实时监控，每组滚珠丝杆都装有感应检测装置，通过PLC 对检测出来的数字脉冲信号作实时数据采集、状态判别，并可显示结果，报警，制动。当从电机到联轴器中某一环节出现故障，会引起滚珠丝杆转动异常，登机桥控制系统把检测装置得到的数据与正常值作比较，就可以判断传动链是否有故障。并及时输出制动信号，使辅助制动器动作，棘爪嵌入棘轮的槽内，阻止棘轮和滚珠丝杆停止转动，这样就可对半联轴器前面的任一环节的损坏都能起到保护作用，从而防止升降电机断轴、工作制动器失灵，减速器的齿轮断齿或中间连接件松脱引起登机桥的快速下坠，造成设备、人身伤害的事故。

图3 升降辅助制动器

图4 棘爪驱动结构分解图

棘轮辅助制动结构、组成：升降辅助制动器如图3、棘爪驱动结构分解如图4。机构采用电磁铁驱动棘爪，主要由电磁铁、回位弹簧、电磁铁支架、棘爪、棘爪轴，轴座等组合而成。制动棘爪在弹簧的作用下靠向棘轮，在滚珠丝杆转动0～3度内，即高度最多降0.2毫米内，棘爪会镶入棘轮槽，通过棘爪与棘轮的咬合，直接对滚珠丝杆施加制动力矩、制止登机桥下坠、提高登机桥的可靠性和安全性的目的。

当排除故障后，登机桥再需作升降运动时，由PLC 控制滚珠丝杆反时针转3 度左右，同时给电磁铁送电，在电磁铁的电磁力作用下，棘爪顺时针转动，棘爪与棘轮分离后，登机桥再按操作控件信号，进行登机桥升或降的运动。

为了合理布局、结构紧凑、减少占用空间。联轴器采用的是弹性联轴器，弹性联轴器的上联轴节直接开有检测用的感应槽，下联轴节直接加工出扁方，棘轮也加工出带扁方的孔，通过该孔棘轮与下联轴节组合成一个刚性体，当然也可将下联轴节与棘轮直接做成一刚性整体，下联轴节通过键联接方式与滚珠丝杆组装一起。棘轮装配分解如图5。

图5 棘轮装配分解图

下联轴节通过星形弹性体与上联轴节嵌合，上联轴节通过平键与减速器输出轴联接。因为是以工程塑料作弹性元件，能补偿滚珠丝杆与减速器输出轴一定的相对偏移，并有缓冲、减振的性，这样对制造精度要求不必过严，达到能满足性能要求，又能降低成本。该方式，所需零件数量少，制动迅速，止动可靠。不过在动作时没有缓冲过程，故称之为刚性辅助制动，在速度不高时适用。电梯的安全保护装置，在电梯速度小于1 000 mm/s 时可用瞬时刚性制动钳，考虑到登机桥的升降速度只有20 mm/s 左右以及自重或升降行程等因素，认为采用瞬时动作棘轮制动是可行的。

根据需要可做成得电动作型，也可做成失电动作型，不过采用得电动作时，需通过控制系统以适当的时间间隔对棘爪驱动装置进行安全功能检测，以避免导线松动、线圈绝缘损坏等原因引起棘爪不动作现象，保证辅助制动装置的可靠性。

参考GB16899-1997 14.2.2 所有停止运行装置应通过切断电流起作用，而不是通过一个继电器电路接通来完成。EN115:1995 14.2.2 All stopping devices shall act by interrupting current and not by the completion of a circuit of a relay[3].

这表明正常运行时保持通电状态，而当需要附加制动器动作时，应通过切断其电流起作用，即失电动作。所以采用失电动作的方式更适合安全方面要求。