超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统及方法

摘要

一种超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统及方法，适用于井下超深矿井和地面超高建筑内的高速、超高速及大行程的电梯。系统包括驱动轮组件、无绳限速器和触发装置，通过驱动轮组件驱动无绳限速器，无绳限速器监测轿厢速度控制触发装置动作，触发装置动作带动安全钳动作。本发明可根据不同的梯种和工况需求安装在轿顶或轿底，具有电气动作与机械动作双保护，动作迅速，安全可靠。由控制模块对轿厢速度实时监控，当运行速度达到设定速度时，控制模块响应使电梯安全装置动作；若电气保护失效，离心机构响应使系统产生机械动作，触发安全钳动作。其结构紧凑，可有效的避免限速绳过长引起的电梯安全隐患，占用空间小，适用范围广，安装使用方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统及方法，尤其适用于井下超 深矿井和地面超高建筑内的高速、超高速及大行程的电梯。

背景技术

电梯限速系统是电梯安全部件的重要组成，现有的限速系统主要由限速器、限速绳、安 全钳和张紧装置组成。随着矿山超深立井与高层建筑与日俱增，电梯也朝着高速，大行程的 研究方向发展。越来越多的高速、超高速大行程电梯不断应用于现代生产与生活中。

现有的限速系统应用在大行程高速特种电梯中存在限速绳张紧困难、晃绳、安全钳误动 作等一系列的安全隐患,主要问题根源在于限速绳的存在。限速绳从顶层的机房的限速器悬垂 至底层的底坑的张紧装置形成闭合回环，随着特种电梯的行程增大，所需的限速绳越长，导 致上述的安全隐患的存在，给大行程高速电梯的设计和运用造成极大不便。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种适用于高速、超高速 及大行程特种电梯的电气与机械双保护无绳限速系统及方法。

技术方案：本发明的超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统，它包括设在一侧T型 导轨上的驱动轮组件、与驱动轮组件相连的无绳限速器，无绳限速器上设有与安装在另一侧 T型导轨的安全钳相连的触发装置；

所述的驱动轮组件包括底座、设在底座上的支撑臂，支撑臂的顶端穿设有一根支撑轴， 支撑轴上设驱动轮，驱动轮与支撑轴之间设有第一轴承，驱动轮左半部分外圈套设耐磨橡胶 轮；

所述的无绳限速器包括机架、转轴、同步带轮、电磁离合器、齿轮、齿条、齿条滑槽、 随动轮、离心机构和编码器，机架底端固定在电梯轿厢上，转轴穿设在机架上，转轴上自左 向右依次穿设有同步带轮、第二轴套、第二轴承、动盘、第三轴套、第三轴承、随动轮、第 四轴套、第四轴承和编码器，同步带轮左端设有第二盖板，第二轴承左端设有第一轴承端盖， 齿轮套装在第三轴承的外圈上，离心机构设在随动轮上，第四轴承右端设有第二轴承端盖， 编码器右端设有第三盖板，机架上方设有上封盖；同步带轮上设有与驱动轮相连的同步带；

所述的触发装置包括安装座、滑筒、压缩弹簧、活动块、直线轴承和摇臂；所述安装座 顶端固定在电梯轿厢上，滑筒套接在安装座上，安装座的凹槽内设有压缩弹簧，压缩弹簧下 端设有活动块，活动块中部穿设有直线轴承，活动块下端套接有摇臂；

所述的齿条滑槽固定在机架内部下端，齿条滑槽内设有齿条，齿条末端柱销穿设在触发 机构的直线轴承内；

所述的同步带设在驱动轮组件的驱动轮右半部分同步带齿槽和无绳限速器的同步带轮之 间；摇臂末端套装有提拉转轴，提拉转轴上穿设有主动转臂，主动转臂末端设有提拉杆，提 拉杆底端设有安全钳楔块。

所述的电磁离合器包括定盘、动盘和衔铁，定盘固定在机架上，定盘上设有磁轭组件， 动盘穿设在转轴上，动盘上设有摩擦片，衔铁设在齿轮的左侧。

所述的离心机构包括离心甩块、第一销轴、挡销和调节装置，第一销轴和挡销设在随动 轮上，离心甩块上端套接第一销轴，离心甩块下端穿设调节装置，调节装置包括调节螺栓、 套筒、盘头螺钉、柱销和拉伸弹簧，调节螺栓穿设在离心甩块下端的凸台上，套筒和盘头螺 钉设在调节螺栓末端，柱销穿设在套筒的开口端，拉伸弹簧勾设在两个柱销之间。

使用上所述装置的超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统的方法，包括如下步骤：

(1)无绳限速系统的驱动：驱动轮左端的耐磨橡胶轮以设定的压紧力倚靠在电梯的T型 导轨端面，驱动轮随轿厢下行与T型导轨产生相对运动逆时针旋转，驱动轮通过同步带将动 力传输至无绳限速器的同步带轮，使转轴逆时针旋转，转轴通过平键带动电磁离合器的动盘 和随动轮旋转；

(2)无绳限速系统电气动作：编码器采集转轴速度，将信号传输至控制模块，控制模块 分析速度信号控制电气安全装置和电磁离合器的磁轭组件，当电梯上行或下行速度达到电梯 安全规范的限速器电气动作速度时，电气安全装置响应，使电梯驱动主机停止运转；当电梯 下行速度达到限速器机械动作速度时，磁轭组件工作产生磁力，将衔铁与动盘吸合，衔铁固 定在齿轮左侧，动盘带动衔铁与齿轮逆时针转动，使与齿轮啮合的齿条沿齿条滑槽向右滑动；

(3)无绳限速系统机械动作：当电梯下行速度达到电梯安全规范的限速器机械动作速度 时，若无绳限速系统电气动作失效，未使齿轮转动，电梯下行速度进一步增加，超过限速器 机械动作速度，此时随动轮上的离心机构动作，离心甩块上的棘齿楔入齿轮上的内齿槽，随 动轮带动齿轮逆时针转动，使与齿轮啮合的齿条沿齿条滑槽向右滑动；

(4)无绳限速系统触发装置动作：当齿条向右滑动至末端柱销完全脱离直线轴承时，压 缩弹簧的恢复力使活动块沿滑筒内壁竖直向下移动，推动摇臂绕提拉转轴顺时针转动，摇臂 驱动提拉转轴，提拉转轴带动主动转臂顺时针转动使提拉杆带动安全钳楔块竖直向上运动， 实现安全钳动作。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：

(1)系统去除限速绳，避免限速绳过长引起的电梯安全隐患：本系统将限速器安装在轿 厢上，利用驱动轮组件驱动无绳限速器，实现了无限速绳的电梯限速系统控制；

(2)采用电气动作与机械动作双保护，动作迅速，安全可靠：系统采用编码器采集轿厢 速度信号，由控制模块对轿厢运行速度实时监控，当电梯上行或下行速度达到电梯安全规范 的限速器电气动作速度时，控制模块迅速响应，触发电气安全装置，使电梯驱动主机停止运 转；当电梯下行速度达到限速器机械动作速度时，控制模块迅速响应，使系统产生电气动作， 触发安全钳动作；若电气保护失效，离心机构响应使系统产生机械动作，触发安全钳动作；

(3)系统限速速度易调节，适用范围广：电气动作保护的限速速度由控制模块调节，通 过修改代码调节限速速度；机械动作保护的限速速度由离心机构的调节装置调节，通过调节 螺栓控制拉伸弹簧的拉力调节限速速度；

(4)系统结构紧凑，占用空间小：系统各部件结构紧凑，易安装在轿厢上；结合现有的 安全钳提拉机构使用，适用性好。

附图说明

图1是本发明整体系统安装在轿顶的正视图；

图2是本发明整体系统安装在轿顶的俯视图；

图3是本发明整体系统安装在轿底的正视图；

图4是本发明整体系统安装在轿底的仰视图；

图5是本发明的驱动轮组件的剖视图；

图6是本发明的无绳限速器的剖视图；

图7是本发明的无绳限速器左半部分的剖视图；

图8是本发明的无绳限速器右半部分的剖视图；

图9是本发明的离心机构的正视图；

图10是本发明的调节装置的剖视图；

图11是本发明的触发装置的正视图；

图12是本发明的触发装置的侧视图；

图13是安全钳的正视图；

图14是安全钳的俯视图。

图中：1-驱动轮组件；2-无绳限速器；3-触发装置；4-安全钳；5-T型导轨；1-1-底座； 1-2-支撑臂；1-3-第一盖板；1-4-第一螺钉组件；1-5-第一轴套；1-6-驱动轮；1-7-第一轴 承；1-8-支撑轴；1-9-第一弹性挡圈；1-10耐磨橡胶轮；1-11-同步带；2-1-机架；2-2-同 步带轮；2-3-转轴；2-4-电磁离合器；2-5-上封盖；2-6-齿轮；2-7-离心机构；2-8-编码器； 2-9-齿条；2-10-齿条滑槽；2-11-第一轴承端盖；2-12-第二轴套；2-13-第二盖板；2-14- 第二螺钉组件；2-15-第一平键；2-16-第二轴承；2-17-第三螺钉组件；2-18-第四螺钉组件； 2-19-第二弹性挡圈；2-20-定盘；2-21-动盘；2-22-衔铁；2-23-螺钉；2-24-第三弹性挡圈； 2-25-第三轴承；2-26-第三轴套；2-27-第二平键；2-28-弹簧片；2-29-铆钉；2-30-摩擦片； 2-31-磁轭组件；2-32-第五螺钉组件；2-33-挡销；2-34-调节装置；2-35-随动轮；2-36-第 三平键；2-37-离心甩块；2-38-第四弹性挡圈；2-39-第一销轴；2-40-第四轴套；2-41-第二 轴承端盖；2-42-弹片；2-43-第四轴承；2-44-第三盖板；2-45-第六螺钉组件；2-46-码盘； 2-47-第七螺钉组件；2-48-第八螺钉组件；2-49-套筒；2-50-调节螺栓；2-51-凸台；2-52- 盘头螺钉；2-53-拉伸弹簧；2-54-柱销；3-1-摇臂；3-2-滑筒；3-3-活动块；3-4-压缩弹簧； 3-5-安装座；3-6-直线轴承；3-7-止动环；3-8-第五弹性挡圈；3-9-第二销轴；4-1-主动转 臂；4-2-提拉转轴；4-3-提拉杆；4-4-安全钳楔块。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1至4所示，本发明的超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统，主要由驱动轮 组件1、无绳限速器2和触发装置3构成。由驱动轮组件1驱动无绳限速器2，无绳限速器2 监测轿厢速度控制触发装置3动作，触发装置3动作带动安全钳4动作。可根据不同的梯种 和工况需求安装在轿顶或轿底。驱动轮组件1设在一侧T型导轨5上，触发装置3设在另一 侧T型导轨5上，驱动轮组件1经同步带1-11与无绳限速器2相连，无绳限速器2上设有与 另一侧T型导轨5相连的触发装置3。

如图5所示，所述的驱动轮组件1包括底座1-1、支撑臂1-2、支撑轴1-8和驱动轮1-6， 支撑臂1-2底端固定在底座1-1上，支撑臂1-2顶端穿设一根支撑轴1-8，支撑轴1-8左端 设有第一盖板1-3，第一螺钉组件1-4穿过第一盖板1-3将支撑轴1-8固定在支撑臂1-2上， 支撑轴1-8上穿设一个第一轴套1-5和一对第一轴承1-7，驱动轮1-6套装在第一轴承1-7 上，第一弹性挡圈1-9卡设在驱动轮1-6内孔中，限定第一轴承1-7位置，驱动轮1-6左半 部分外圈套设耐磨橡胶轮1-10，增加驱动轮1-6的耐磨性；驱动轮1-6右半部分开设有同步 带1-11齿槽。

如图6至10所示，所述的无绳限速器2包括机架2-1、转轴2-3、同步带轮2-2、电磁 离合器2-4、齿轮2-6、齿条2-9、齿条滑槽2-10、随动轮2-35、离心机构2-7和编码器2-8。 机架2-1底端固定在电梯轿厢上，齿条滑槽2-10固定在机架2-1内部下端，齿条滑槽2-10 内设有齿条2-9，齿条2-9末端柱销穿设在触发机构3的直线轴承3-6内；所述的同步带1-11 设在驱动轮组件1的驱动轮1-6右半部分同步带齿槽和无绳限速器2的同步带轮2-2之间。 机架2-1上穿设一根转轴2-3，转轴2-3上自左向右穿设有同步带轮2-2、第二轴套2-12、 第二轴承2-16、动盘2-21、第三轴套2-26、第三轴承2-25、随动轮2-35、第四轴套2-40、 第四轴承2-43和编码器2-8，转轴2-3由安装在机架2-1两端的第二轴承2-16和第四轴承 2-43支撑。同步带轮2-2左端设有第二盖板2-13，由第二螺钉组件2-14将其固定在转轴2-3 端面，约束同步带轮2-2在转轴2-3上的轴向定位，同步带轮2-2与转轴2-3之间通过第一 平键2-15连接。第二轴承2-16左端设有第一轴承端盖2-11，第三螺钉组件2-17将其固定 在机架2-1上。电磁离合器2-4包括定盘2-20、动盘2-21和衔铁2-22，定盘2-20由第五螺 钉组件2-32固定在机架2-1内侧，定盘2-20上设有磁轭组件2-31，动盘2-21与转轴2-3 之间通过第二平键2-27连接，动盘2-21上设有摩擦片2-30，定盘2-20内孔卡设的第二弹 性挡圈2-19和动盘2-21左端约束第二轴承2-16在转轴2-3上的轴向定位，齿轮2-6套装在 第三轴承2-25的外圈上，齿轮2-6内孔卡设第三弹性挡圈2-24约束第三轴承2-25在转轴 2-3上的轴向定位，衔铁2-22由螺钉2-23和铆钉2-29固定在齿轮2-6左侧，衔铁2-22与 齿轮2-6之间设有弹簧片2-28。随动轮2-35与转轴2-3之间通过第三平键2-36连接，离心 机构2-7设在随动轮2-35上，离心机构2-7包括离心甩块2-37、第一销轴2-39、挡销2-33 和调节装置2-34，第一销轴2-39和挡销2-33设在随动轮2-37上，离心甩块2-37上端套接 第一销轴2-39，由第四弹性挡圈2-38约束其轴向定位，挡销2-33约束离心甩块2-37的极 限位置。离心甩块2-37下端穿设调节装置2-34；调节装置2-34包括调节螺栓2-50、套筒 2-49、盘头螺钉2-52、柱销2-54和拉伸弹簧2-53，调节螺栓2-50穿设在离心甩块2-37下 端的凸台2-51上，套筒2-49和盘头螺钉2-52设在调节螺栓2-50末端，套筒2-49受盘头螺 钉2-52约束只在调节螺栓2-50上轴向移动，不随调节螺栓2-50的旋转而转动。柱销2-51 穿设在套筒2-49的开口端，拉伸弹簧2-53两端的耳环勾设在两个柱销2-51之间。第四轴承 2-43右端设有第二轴承端盖2-41，编码器2-8左端由第七螺钉组件2-47连接弹片2-42，第 八螺钉组件2-48将第二轴承端盖2-41和弹片2-42固定在机架2-1上。编码器2-8右端设有 第三盖板2-44，第六螺钉组件2-45将其固定在编码器2-8的码盘2-46和转轴2-3上，实现 转轴2-3对码盘2-46的驱动。机架2-1上方设有上封盖2-5，第四螺钉组件2-18将其固定 在机架2-1上。

如图11至12所示，触发装置3包括安装座3-5、滑筒3-2、压缩弹簧3-4、活动块3-3、 直线轴承3-6和摇臂3-1。安装座3-5顶端固定在轿厢上，滑筒3-2通过螺纹连接套装在安 装座3-5上，安装座3-5凹槽内设有压缩弹簧3-4,压缩弹簧3-4下端设有活动块3-3，活动 块3-3中部穿设一个直线轴承3-6，直线轴承3-6两端卡设有止动环3-7，活动块3-3下端由 第二销轴3-9连接有摇臂3-1，第二销轴3-9两端卡设第五弹性挡圈3-8。

如图13至14所示，安全钳4包括提拉转轴4-2、主动转臂4-1、提拉杆4-3和安全钳楔 块4-4，提拉转轴4-2上穿设有触发装置3的摇臂3-1和安全钳4的主动转臂4-1，主动转臂 4-1末端设有提拉杆4-3，提拉杆4-3底端设有安全钳楔块4-4，安全钳楔块4-4分布在T型 导轨5两侧。

本发明的超高层电梯电气与机械双保护无绳限速系统的方法，具体步骤如下：

(1)无绳限速系统的驱动：驱动轮1-6左端的耐磨橡胶轮1-10以设定的压紧力倚靠在 电梯的T型导轨5端面，驱动轮1-6随轿厢下行与T型导轨5产生相对运动使其逆时针旋转， 驱动轮1-6通过同步带1-11将动力传输至无绳限速器2的同步带轮2-2，使转轴2-3逆时针 旋转，转轴2-3通过平键带动电磁离合器2-4的动盘2-21和随动轮2-35旋转；

(2)无绳限速系统电气动作：编码器2-8采集转轴2-3速度，将信号传输至控制模块， 控制模块分析速度信号控制电气安全装置和电磁离合器2-4的磁轭组件2-31，当电梯上行或 下行速度达到电梯安全规范的限速器电气动作速度时，电气安全装置响应，使电梯驱动主机 停止运转；当电梯下行速度达到限速器机械动作速度时，磁轭组件2-31工作产生磁力，将衔 铁2-22与动盘2-21上吸合，衔铁2-22固定在齿轮2-6左侧，动盘2-21带动衔铁2-22与齿 轮2-6逆时针转动，使与齿轮2-6啮合的齿条2-9沿齿条滑槽2-10向右滑动；

(3)无绳限速系统机械动作：当电梯下行速度达到电梯安全规范的限速器机械动作速度 时，若无绳限速系统电气动作失效，未使齿轮2-6转动，电梯下行速度进一步增加，超过限 速器机械动作速度，此时随动轮2-35上的离心机构2-7动作，离心甩块2-37上的棘齿楔入 齿轮2-6上的内齿槽，随动轮2-35带动齿轮2-6逆时针转动，使与齿轮2-6啮合的齿条2-9 沿齿条滑槽2-10向右滑动；

(4)无绳限速系统触发装置动作：当齿条2-9向右滑动至末端柱销完全脱离直线轴承 3-6时，压缩弹簧3-4的恢复力使活动块3-3沿滑筒3-2内壁竖直向下移动，推动摇臂3-1 绕提拉转轴4-2顺时针转动，摇臂3-1驱动提拉转轴4-2，提拉转轴4-2带动主动转臂4-1 顺时针转动使提拉杆4-3带动安全钳楔块4-4竖直向上运动，实现安全钳4动作。