基于新型電梯限速器技術(shù)的研究

劉剛

摘 要：針對傳統(tǒng)機(jī)械式限速器存在的不足，設(shè)計(jì)了一種新型的電梯限速器。介紹了新型限速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方法及其測控系統(tǒng)的原理，并采用XC-3型電梯限速器測試儀對其進(jìn)行測試。結(jié)果表明，該限速器機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，限速動作迅速，速度測量準(zhǔn)確，精度保持性好，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電梯；限速器；測控系統(tǒng)；控制方法

中圖分類號：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.064

限速器是電梯安全保護(hù)系統(tǒng)中的安全控制部件之一，它隨時(shí)監(jiān)測控制著轎廂的速度，當(dāng)出現(xiàn)超速情況時(shí)，能及時(shí)發(fā)出信號，繼而產(chǎn)生機(jī)械動作切斷供電電路，使曳引機(jī)制動。如果電梯仍無法制動，則安裝在轎廂底部的安全鉗動作將轎廂強(qiáng)制制停。指令由限速器發(fā)出，由安全鉗執(zhí)行，兩者的聯(lián)動共同保障電梯的安全。目前，現(xiàn)有的電梯限速器多為純機(jī)械式的。這種限速器大都存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動作速度不準(zhǔn)確、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。為了彌補(bǔ)機(jī)械式限速器所存在的不足，本文設(shè)計(jì)了一種新型的電梯限速器。

1 新型限速器的結(jié)構(gòu)組成

圖1為新型電梯限速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)。圖1中的箭頭方向?yàn)檩啽P旋轉(zhuǎn)方向。新型限速器包括機(jī)架9、限速器輪盤1、棘輪12、連桿5、卡合裝置、制動機(jī)構(gòu)、電源系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)等。

在圖1中，限速器輪盤1與轉(zhuǎn)軸14固定連接并通過軸承18和軸承19安裝在機(jī)架9上；限速器輪盤1的上半輪槽內(nèi)纏繞有鋼絲繩，電梯轎廂移動帶動鋼絲繩運(yùn)動，從而使限速器輪盤1與其轉(zhuǎn)軸14一起轉(zhuǎn)動；棘輪12通過軸承20套在轉(zhuǎn)軸14上，安裝在限速器輪盤1與機(jī)架9之間，并可繞轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)；連桿5的一端套裝在棘輪12的固定軸15上并可繞固定軸15旋轉(zhuǎn)，連桿5的另一端與制動機(jī)構(gòu)連接。

卡合裝置包含步進(jìn)電動機(jī)3和棘爪2，步進(jìn)電動機(jī)3安裝在限速器輪盤1的輪輻上，棘爪2與步進(jìn)電動機(jī)3的轉(zhuǎn)軸固定連接，測控系統(tǒng)通過控制步進(jìn)電動機(jī)3的轉(zhuǎn)動從而控制棘爪2的轉(zhuǎn)動。

制動機(jī)構(gòu)包括緩沖彈簧7、壓繩塊支架6和壓繩塊8，連桿5的一端通過緩沖彈簧7與壓繩塊支架6連接，壓繩塊8通過固定軸11安裝在壓繩塊支架6上并可繞固定軸11轉(zhuǎn)動，壓繩塊支架6通過固定軸10安裝在限速器機(jī)架9上并可繞固定軸10轉(zhuǎn)動。

電源系統(tǒng)包括電力產(chǎn)生部分和電力供應(yīng)部分。電力產(chǎn)生部分包括磁電機(jī)16和整流部件，電力供應(yīng)部分包括可充電電池、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器和導(dǎo)電滑環(huán)4.磁電機(jī)16產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流后輸送給可充電電池充電。

在限速器輪盤1上的轉(zhuǎn)軸14的一端安裝光電編碼器13，其定子固定在機(jī)架9的外側(cè)，轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸14上，用來檢測限速器輪盤1的轉(zhuǎn)速并將該信號輸送給測控系統(tǒng)，結(jié)合限速器輪盤1鋼絲繩槽的節(jié)圓直徑，即可算出電梯轎廂的移動速度。

2 新型限速器的控制方法

新型限速器輪盤1的上半輪槽內(nèi)纏繞有鋼絲繩，電梯轎廂移動時(shí)帶動鋼絲繩運(yùn)動，鋼絲繩通過摩擦力又帶動限速器輪盤1與其轉(zhuǎn)軸14一起轉(zhuǎn)動。限速器輪盤1的轉(zhuǎn)速由光電編碼器13檢測后輸送給測控系統(tǒng)，測控系統(tǒng)根據(jù)限速器輪盤1鋼絲繩槽的節(jié)圓直徑即可算出電梯轎廂的移動速度。

當(dāng)轎廂運(yùn)行速度達(dá)到電梯額定速度的115%時(shí)，測控系統(tǒng)立即向電梯主控系統(tǒng)發(fā)出緊急停止信號。如果由于某種原因?qū)е码娞菁蓖Ｊ?，?dāng)轎廂的移動速度達(dá)到額定值的120%時(shí)，測控系統(tǒng)又迅速控制卡合裝置產(chǎn)生動作，于是步進(jìn)電動機(jī)3帶動棘爪2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)設(shè)定的角度，使棘爪2嵌入棘輪12中，棘輪12被棘爪2推著按逆時(shí)針方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，棘輪12又通過連桿5帶動壓繩塊支架6繞固定軸10轉(zhuǎn)動，于是壓繩塊8繞固定軸11將鋼絲繩夾緊，從而導(dǎo)致安全鉗動作，使電梯緊急制停。

測控系統(tǒng)在控制卡合裝置產(chǎn)生動作的同時(shí)，還向電梯主控系統(tǒng)發(fā)送了一個(gè)卡合限位信號，告知電梯主控系統(tǒng)卡合動作已經(jīng)產(chǎn)生；隨后，測控系統(tǒng)處于一種待機(jī)狀態(tài)，等待維修人員排除故障后反饋一個(gè)信號。當(dāng)測控系統(tǒng)收到主控系統(tǒng)的反饋信號后再控制卡合裝置產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位動作，于是步進(jìn)電動機(jī)3控制棘爪2順時(shí)針旋轉(zhuǎn)設(shè)定的角度，棘爪2從棘輪12中退出，限位動作解除，限速器恢復(fù)常態(tài)。

3 新型限速器的測控系統(tǒng)

新型限速器的測控系統(tǒng)是基于一塊單片機(jī)芯片。該單片機(jī)接收光電編碼器的脈沖信號和通過DIP開關(guān)設(shè)定的參數(shù)，輸出并顯示轎廂的實(shí)時(shí)移動速度，給電梯主控系統(tǒng)傳送超速報(bào)警信號，并在必要時(shí)控制步進(jìn)電動機(jī)觸發(fā)卡合裝置實(shí)現(xiàn)轎廂的緊急制停。

圖2所示為新型限速器測控系統(tǒng)的原理。在圖2中，單片機(jī)AT89S52外接晶振頻率為12 MHz，片內(nèi)自帶8 K字節(jié)的Flash存儲器和256字節(jié)的RAM存儲器。由比較器LM393和反相器74HC14組成上電復(fù)位電路。AT89S52的P1.0～P1.3引腳接收4位撥動開關(guān)SW-DIP4所設(shè)定的參數(shù)，P2.0～P2.7引腳提供4個(gè)LED數(shù)碼管（DS0～DS4）的8段驅(qū)動信號，P1.4～P1.7引腳提供4個(gè)LED數(shù)碼管的位驅(qū)動信號。AT89S52的P3.0、P3.1和P3.6引腳用來控制步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，P3.3引腳向電梯主控系統(tǒng)發(fā)送急停信號，P3.4引腳用作定時(shí)器，P3.5引腳用來接收光電編碼器的脈沖信號。

4 新型限速器的測試結(jié)果

按照上述思路，設(shè)計(jì)、制作了新型電梯限速器的樣機(jī)。該限速器型式試驗(yàn)號為TXF310-038-100307，額定速度銘牌值為2.00 m/s，電氣動作速度銘牌值為2.30 m/s，機(jī)械動作速度銘牌值為2.50 m/s。采用某公司生產(chǎn)的XC-3型電梯限速器測試儀對新型限速器進(jìn)行功能測試，測試次數(shù)為12次。對另外一臺純機(jī)械式的限速器（型式試驗(yàn)號、速度銘牌值均與新型限速器相同）也采用XC-3型限速器測試儀進(jìn)行檢測，測試次數(shù)為12次。通過對比顯示：①新型限速器的電氣動作速度和機(jī)械動作速度非常準(zhǔn)確，12次檢測結(jié)果基本不變，測控系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；而純機(jī)械式限速器的2個(gè)動作速度波動幅度則較大。②與純機(jī)械式限速器相比，新型限速器的電氣動作時(shí)間和機(jī)械動作時(shí)間均很短。③新型限速器的電氣動作速度和機(jī)械動作速度均可在大范圍內(nèi)進(jìn)行精確的數(shù)字設(shè)定，而純機(jī)械式限速器只能通過螺栓、螺母在小范圍內(nèi)進(jìn)行模糊調(diào)整。④限位動作產(chǎn)生后，新型限速器可以自動解除限位裝置，而純機(jī)械式限速器則要人工手動脫開限位機(jī)構(gòu)。⑤新型限速器可以實(shí)時(shí)顯示轎廂移動速度，純機(jī)械式限速器無此功能。

5 結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)機(jī)械式限速器存在的不足，設(shè)計(jì)了一種新型電梯限速器，通過XC-3型限速器測試儀的檢測工作，證明了該限速器具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、速度測量準(zhǔn)確、動作速度穩(wěn)定、自適應(yīng)范圍廣、實(shí)時(shí)顯示轎廂速度、自帶工作電源、自動解除限位等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

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〔編輯：劉曉芳〕