CN109665418A - 一种电梯曳引机构 - Google Patents

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陈庆
邓健
李军
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Abstract

本发明公开了一种电梯曳引机构，包括用于控制电梯运行的电梯控制系统、曳引机、与曳引机相连接的曳引轮、绕设在曳引轮上的曳引绳，曳引绳一端连接轿厢，另一端连接对重，曳引轮同轴连接蜗轮，蜗杆与蜗轮相啮合，从而构成曳引轮的锁止机构，蜗杆与一保护电机相连接，保护电机和曳引机均采用伺服电机制成，同步控制器根据蜗杆与蜗轮的传动比分别控制曳引机和保护电机的转速，使蜗杆与涡轮的转速比与蜗杆与蜗轮的传动比保持同步；当保护电机负载超过最大设定值时，电梯控制系统切断保护电机和曳引机的电源。本发明能在电梯系统停电或出现故障时实现曳引轮的可靠制动，有效地避免轿厢冲顶或蹲底的安全事故。

Description

一种电梯曳引机构
技术领域
本发明涉及电梯制造技术领域，尤其是涉及一种安全性高的电梯曳引机构。
背景技术
在高层建筑中，电梯是一种必备的配套设备，可以给居住者带来极大的便利。目前，随着经济的发展，中高收入群体大量出现，别墅的需求量也在不断增加，相应地，适用于别墅类建筑的家用电梯也开始流行。电梯主要包括井道、可升降地设置在井道内的一个轿厢、用以驱动轿厢升降的驱动机构，目前，驱动机构大多是曳引式驱动机构，其包括一个设置在井道顶部的曳引机，曳引机连接曳引轮，曳引轮上绕设有曳引绳，曳引绳的一端连接轿厢，另一端连接一个可在井道内升降的对重，以便平衡轿厢的重量，从而降低曳引机的负载。当曳引机驱动曳引轮正反向转动时，绕设在曳引轮上的曳引绳往复移动，从而实现轿厢的升降，而对重则与轿厢反向升降。
由于曳引轮使依靠摩擦力驱动曳引绳移动的，因此，当电梯长期使用后，曳引绳和曳引轮之间容易产生打滑现象，或者控制系统对曳引机的控制失效，从而导致轿厢的快速冲顶或蹲底，轻者导致乘客身体和电梯的受损，严重的甚至会导致乘客死亡。为此，人们设计了各种可提高电梯运行时轿厢安全性的装置和方法，其中最主要的方式是在曳引机上设置一个电磁控制的制动机构。当电梯停电、或者因电梯出现故障控制系统切断电梯的供电时，制动机构中电磁铁失电而失去电磁吸力，此时制动机构依靠制动弹簧的作用力动作，即可对曳引机实现锁止制动；而电梯有电时，制动机构中的电磁铁得电，从而使制动机构解除对曳引机的锁止，电梯可正常运行。
例如，在中国专利文献上公开的一种“电梯曳引机”，其公告号为CN2401528Y，包括底座、电机、蜗轮箱、蜗杆、蜗轮轴、挂脚、蜗轮、曳引轮、制动机构，所述蜗轮轴的一端设有偏心套，蜗轮轴中部设有联接盘，联接盘一端与蜗轮相固，另一端与曳引轮相固，在联接盘与蜗轮之间以及联接盘与曳引轮之间分别设置轴承，在设置蜗轮轴的一对挂脚底部设有调整垫片。工作时，先接通电源，通过控制开关使制动机构处于通电状态，同时电机通过蜗杆带动蜗轮运转，进而通过联接盘带动曳引轮转动，绕设在曳引轮上的绳索即可带动电梯轿厢升降。当轿厢运行到预定的某一目标楼层时，通过操动控制开关使电机停转，同时由制动机构制动。制动原理如下：当电机断电，制动机构的电磁阀失电，一对抱闸通过弹簧弹力的作用锁紧制动轮，由抱阐上的帽瓦与制动轮之间的摩擦力使电机轴迅速停转，从而使电梯轿厢得以稳定地停层。
然而现有的电梯曳引机构在安全方面仍然存在如下缺陷：由于现有的制动机构的动力来自弹簧和电磁铁，而制动机构的使用频率极低，也就是说，制动机构在平时都处于一种静止的待机状态，因此，需要制动时，容易因弹簧的卡死等原因导致制动的失效，或者因电磁铁的卡死导致制动机构难以复位解锁。此外制动机构在锁止曳引机或者曳引轮时依然使依靠摩擦力实现的，因此其锁止的可靠性不高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电梯曳引机构所存在的难以可靠制动、安全性不高的问题，提供一种电梯曳引机构，能在电梯系统停电或出现故障时实现曳引轮的可靠制动，有效地避免轿厢冲顶或蹲底的安全事故。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电梯曳引机构，包括：
电梯控制系统，其用于控制电梯的运行以及故障检测；
曳引机，其作为驱动轿厢升降的动力源；
与曳引机相连接的曳引轮，和绕设在曳引轮上的曳引绳构成驱动轿厢升降的动作执行机构；
蜗轮蜗杆机构，其中的蜗轮与曳引轮同轴连接，蜗杆与蜗轮相啮合，从而构成曳引轮的锁止机构；
同步机构，包括与蜗杆连接的保护电机、可控制曳引机和保护电机转速的同步控制器，保护电机采用伺服电机，所述同步控制器根据蜗杆与蜗轮的传动比分别控制曳引机和保护电机的转速，使蜗杆与涡轮的转速比和蜗杆与蜗轮的传动比保持同步；
当保护电机和曳引机任意一个出现异常时，电梯控制系统切断保护电机和曳引机的电源。
本发明设置一个蜗轮蜗杆机构，并且蜗轮与曳引轮同轴连接。我们知道，蜗轮蜗杆具有自锁作用，也就是说，蜗轮无法带动蜗杆转动，只能由蜗杆带动蜗轮转动。为此，本发明设置一个可驱动蜗杆转动的保护电机，并且保护电机和曳引机均采用可精确控制转速的伺服电机。这样，同步控制器可根据轿厢的运行需要控制曳引机的转速，与此同时，根据蜗轮蜗杆的传动比控制保护电机的转速，使蜗杆、蜗轮之间始终保持同步状态。也就是说，此时的蜗轮和曳引轮一样是依靠曳引机驱动的，而蜗杆则是依靠保护电机驱动的，蜗轮和蜗杆处于相互独立的状态，从而使蜗杆不会对蜗轮的转动形成阻碍，保护电机处于空载状态。当整个电梯系统停电时，蜗杆停止转动，即可对蜗轮形成可靠的机械自锁，从而对曳引轮形成可靠的制动。当本发明中的保护电机和曳引机所出现的异常可包括：曳引机失控导致速度超过最大设定值，此时蜗轮与蜗杆无法形成同步，蜗杆会自动阻碍蜗轮的转动，从而可避免轿厢的快速冲顶或蹲底；曳引机或者保护电机失控导致涡轮和蜗杆不能精确同步，此时蜗轮和蜗杆之间会形成相互接触和干扰，保护电机的负载会迅速上升。出现上述异常时，电梯控制系统即可切断保护电机和曳引机的电源，曳引轮依靠蜗轮蜗杆的自锁作用而可靠制动，从而确保电梯运行的安全。我们知道，在现有技术中，蜗轮蜗杆是一种具有自锁效果的传动机构，为了提高安全性，人们会在电梯上设置一些可检测轿厢升降速度的传感器，以便在轿厢出现快速升降时切断电源并制动曳引机。而本发明的蜗轮蜗杆既具有自锁作用，同时可构成一个可靠的机械式传感装置，一方面确保在停电或曳引机出现异常情况时可靠地制动曳引轮，另一方面能及时的感知到曳引机的非正常运转，进而可显著地提升电梯运行时的安全性。
作为优选，所述蜗杆的齿宽比蜗轮的齿槽宽小1-3mm，当保护电机驱动蜗杆与蜗轮保持同步时，蜗杆齿与蜗轮齿之间保持分离状态。
本发明的蜗轮蜗杆在电梯正常运行时并非是一个传输动力的传动机构，由于蜗杆的齿宽比蜗轮的齿槽宽小1-3mm，因此蜗杆齿与蜗轮的齿槽之间会具有一个间隙，从而使蜗杆齿与蜗轮齿之间保持分离状态，可避免蜗杆与蜗轮之间产生接触摩擦，同时降低同步控制器对曳引机、保护电机转速的控制精度要求，避免因曳引机、保护电机之间转速的轻微偏差造成电梯的频繁停机。
作为优选，所述蜗杆的一端与保护电机相连接，蜗杆的另一端与一可驱动蜗杆转动的救援机构相关联。
当电梯出现异常而停机时，蜗轮蜗杆制动曳引轮，此时，乘客可通过辅助的救援机构驱动蜗杆转动，从而通过蜗轮带动曳引轮转动，使轿厢移动而实现就近平层，此时的乘客即可手动移开电梯的轿门和层门而实现自救。和现有技术不同的是，本发明的救援机构并非直接驱动曳引机，也就是说，在整个自救过程中，曳引轮始终处于涡轮蜗杆的自锁控制下，救援机构可正向地驱动曳引轮转动，相反地，曳引轮无法反向拖动救援机构动作，从而有效地避免因救援机构的动作停顿或失误等原因导致轿厢的冲顶或蹲底。
作为优选，所述救援机构包括与蜗杆连接的救援电机，所述救援电机与一备用电源电连接。
在电梯正常运行时，救援电机处于停机状态；当电梯出现停电或异常情况而切断曳引机、保护电机的电源时，备用电源可为救援电机短时间内供电，以便使救援电机可驱动曳引轮转动，进而使轿厢以低速升降而就近平层。
作为优选，所述备用电源为蓄电池。
由于在紧急救援时，只需使轿厢就近平层即可，因此，我们可采用蓄电池作为备用电源，从而有利于简化结构，并方便乘客使用。
作为优选，所述备用电源为人力发电机，所述人力发电机包括一个设置在轿厢内的人力驱动元件，当同步机构和曳引机的电源被切断时，轿厢内的乘客可通过人力驱动元件使人力发电机的转子转动发电，从而驱动救援电机转动，进而通过蜗杆、蜗轮带动曳引轮转动。
人力发电机有利于多数乘客通过自行发电的方式实现乘客自救，从而可避免因蓄电池放电等原因造成的蓄电池失效导致无法自救，有利于提高自救的可靠性。
作为优选，所述人力驱动元件包括竖直地设置在轿厢侧壁内的滑槽和位于滑槽上方且可转动地支承在轴承座上的转动轴，转动轴与人力发电机的转子相连接，滑槽内设有可上下滑动的滑块，滑块的侧面铰接有可在竖直平面内转动的踩踏杆，转动轴上设有驱动轮，驱动轮与转动轴之间设有单向传动机构，一牵引绳的一端连接在滑块上，牵引绳的另一端连接并卷绕在驱动轮上，在转动轴上绕设有盘簧，盘簧的外端与转动轮相连接，盘簧的内端与转动轴的轴承座相连接，所述踩踏杆具有一个竖直向上的待机位置和向外转动至水平状态的工作位置，当踩踏杆处于工作位置时，乘客可向下踩踏踩踏杆，从而带动滑块向下移动，进而通过牵引绳带动驱动轮正向转动，此时盘簧绕紧蓄能，驱动轮通过单向传动机构带动转动轴转动，并带动转子转动而发电；当滑块向下移动到位时，松开踩踏杆，盘簧释放能量，从而带动驱动轮反向转动，此时牵引绳带动滑块上移复位。
我们知道，一个人腿的力量要远大于手的力量，为此，本发明创造性地在轿厢的侧壁上设置一个可上下移动的踩踏杆，需要紧急救援时，乘客可向外波动踩踏杆，使踩踏杆处于水平的工作位置，此时乘客可方便地踩踏踩踏杆，从而使踩踏杆带动滑块向下移动，进而通过牵引绳带动驱动轮正向转动。此时盘簧逐渐绕紧而蓄能，驱动轮通过单向传动机构带动转动轴转动，并带动转子转动而发电；当滑块向下移动到位时，松开踩踏杆，盘簧释放能量，从而带动驱动轮反向转动，此时牵引绳带动滑块上移复位。如此往复循环，即可实现人力发电机的持续发电。
因此，本发明具有如下有益效果：能在电梯系统停电或出现故障时实现曳引轮的可靠制动，有效地避免轿厢冲顶或蹲底的安全事故。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是人力驱动元件的一种结构示意图。
图中：1、曳引机 2、蜗轮蜗杆机构 4、曳引轮 41、曳引绳 5、保护电机 6、救援电机7、安装平台 8、轿厢 81、滑槽 82、转动轴 821、轴承座 83、滑块 84、踩踏杆 85、驱动轮86、牵引绳 87、盘簧。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种电梯曳引机构，包括设置在电梯井道顶部的安装平台7上的曳引机1，曳引机采用的是伺服电机，以便于精确控制其转速，曳引机构成驱动轿厢升降的动力源。曳引机的输出轴上同轴连接一个曳引轮4，曳引轮上绕设有曳引绳41，曳引绳的一端绕过转向滑轮后与轿厢8相连接，曳引绳的另一端绕过转向滑轮后与对重9相连接，曳引轮与曳引绳共同构成驱动轿厢升降的动作执行机构。当曳引机输出扭矩以驱动曳引轮转动时，绕设在曳引轮上的曳引绳一端下降，另一端上升，从而驱动轿厢的升降。当与曳引绳一端连接的轿厢上升时，与曳引绳另一端连接的对重同步下降；反之，当与曳引绳一端连接的轿厢下降时，与曳引绳另一端连接的对重同步上升。
此外，本发明需要设置一个蜗轮蜗杆机构2，其中蜗轮与曳引轮的轮轴同轴连接，设置在安装平台上的蜗杆与涡轮啮合。由于相互啮合在一起的蜗轮蜗杆具有自锁作用，也就是说，蜗轮无法带动蜗杆转动，只能由蜗杆带动蜗轮转动。因此，相互啮合的蜗轮蜗杆可构成曳引轮的锁止机构。
当然，为了确保电梯的正常运行，本发明还包括一个同步机构，以便使蜗杆与涡轮的转速比与蜗杆与蜗轮的传动比保持同步。也就是说，当曳引轮和蜗轮停止转动时，蜗杆保持静止，此时的蜗杆可对蜗轮形成可靠的自锁；当曳引机驱动曳引轮转动、以便使轿厢升降时，蜗轮跟随叶轮转动，此时同步机构使蜗杆转动，并且使蜗杆与涡轮的转速比与蜗杆与蜗轮的传动比保持同步。这样，蜗杆不会对蜗轮形成自锁，曳引轮可正常转动，并且涡轮和蜗杆分别右曳引轮和同步机构驱动，在蜗轮和蜗杆之间没有扭矩的传输，此时的同步机构处于空载状态。当电梯停电、或者系统出现异常时，同步机构和曳引轮同时切断电源，此时的蜗杆即可对蜗轮形成可靠的自锁。可以理解的是，本发明还需设置一个电梯控制系统，以便对电梯的运行进行控制，同时检测电梯的故障或异常情况，从而做出及时的动作，以确保电梯运行的安全。由于电梯控制系统是所有电梯都具有的一个现有技术，因此，本实施例中不做具体的描述。
具体地，本发明的同步机构包括具有伺服控制模块的同步控制器、与蜗杆连接的保护电机5，保护电机同样采用伺服电机，同步控制器可精确控制曳引机和保护电机的转速。同步控制器首先根据电梯轿厢的运行情况控制曳引机的转速，然后根据蜗杆与蜗轮的传动比控制保护电机的转速，从而确保蜗杆与涡轮的转速比与蜗杆与蜗轮的传动比保持同步，进而使蜗杆和蜗轮保持独立转动，此时的保护电机处于空载状态。如果电梯的曳引机的转速控制出现异常，从而导致轿厢升降速度产生异常，或者保护电机的转速控制出现异常，此时涡轮和蜗杆的转速无法匹配，从而在蜗轮蜗杆之间形成相互干扰，此时驱动蜗杆的保护电机的负载会快速上升。当保护电机负载超过最大设定值、或者曳引机与保护电机的转速与设定值之间的偏差超过允许值时，电梯控制系统认定电梯系统出现异常，此时即切断保护电机和曳引机的电源，使蜗杆构成对蜗轮的可靠自锁，从而实现曳引轮的可靠制动，避免发生轿厢冲顶或蹲底的安全事故。需要说明的是，本发明中只要保护电机的转速正常时，则曳引轮无法带动蜗轮快速转动。而如果保护电机的转速过快时，其负载会急速上升，电梯控制系统即可切断保护电机和曳引机的供电，从而确保电梯运行的安全。
另外，本发明蜗杆的齿宽可比蜗轮的齿槽宽小1-3mm，其优选值为2mm。这样，当保护电机驱动蜗杆与蜗轮保持同步时，可使蜗杆齿与蜗轮齿之间保持分离状态。也就是说，蜗杆齿与蜗轮齿之间保持最佳1mm的间隙，以避免蜗杆和蜗轮之间产生摩擦干扰，确保保护电机处于空载状态。
为了在电梯出现故障时乘客的及时自救，我们可设置相应的救援机构，以便在紧急时刻驱动蜗杆转动，进而通过涡轮带动曳引轮转动。具体地，我们可使蜗杆的一端与保护电机相连接，蜗杆的另一端与一救援电机6相连接，该救援电机平时处于停机状态，也就是说，救援电机的电机轴跟随蜗轮一起转动。当电梯出现停电或异常情况而切断曳引机、保护电机的电源时，乘客可按下轿厢内的自救按钮，从而启动救援电机，此时救援电机即可驱动蜗杆转动，进而通过蜗杆带动蜗轮转动，最终驱动曳引轮转动，使轿厢移动而实现就近平层，乘客即可及时地离开轿厢而完成自救。
为了确保任何情况下的可靠自救，我们可设置一个由蓄电池构成的备用电源，从而在电梯停电时为救援电机供电。还有，备用电源也可以是一个由人力驱动的小型的人力发电机，以便轿厢内的乘客通过人力发电机自行发电为救援电机供电而完成紧急自救。该人力发电机包括具有定子和转子的发电单元（图中未示出）、用于驱动转子转动的人力驱动元件。轿厢内的乘客可通过人力驱动元件使人力发电机的转子转动发电，从而驱动救援电机转动，进而通过蜗杆、蜗轮带动曳引轮转动。
进一步地，如图2所示，人力驱动元件包括竖直地设置在轿厢侧壁内的滑槽81和位于滑槽上方且可转动地支承在轴承座821上的转动轴82，转动轴与发电单元的转子相连接，从而使转动轴可直接带动转子转动。优选地，转动轴和发电单元的转子轴上可分别设置链轮，两个链轮之间绕设传动链条，从而使转动轴通过传动链条与转子相连接。这样，我们可将发电单元设置在轿厢的顶部，从而方便结构布置。此外，滑槽内设置可上下滑动的滑块83，滑块的侧面铰接有可在竖直平面内转动的踩踏杆84，踩踏杆具有一个竖直向上的待机位置和向外转动至水平状态的工作位置。当踩踏杆处于待机位置时，踩踏杆紧贴轿厢的内侧壁；当踩踏杆处于工作位置时，滑块上的限位块使踩踏杆保持在水平状态，以便于乘客向下踩踏踩踏杆。
当然，我们还需要在转动轴上设置一个驱动轮85，驱动轮的边缘设置U形的轮槽，并在驱动轮与转动轴之间设置单向传动机构。在滑块上连接一根牵引绳86，牵引绳的另一端连接并卷绕在驱动轮的轮槽内。这样，当乘客向下踩踏踩踏杆时，即可带动滑块向下移动，从而通过牵引绳带动驱动轮正向转动，进而通过单向传动机构带动转动轴转动，以驱动转子转动而发电。需要说明的是，我们还可在转动轴上位于转动轮旁侧位置绕设一个盘簧87，盘簧的外端与转动轮的侧面相连接，盘簧的内端与转动轴的轴承座相连接。这样，需要救援时，乘客可先将踩踏杆向外转动至水平的工作位置，然后向下踩踏踩踏杆，从而带动滑块向下移动，进而通过牵引绳带动驱动轮正向转动，此时盘簧绕紧蓄能，驱动轮通过单向传动机构带动转动轴转动，并带动转子转动而发电；当滑块向下移动到位时，松开踩踏杆，盘簧释放能量，从而带动驱动轮反向转动，此时牵引绳带动滑块上移复位。如此循环往复，即可使人力发电机持续发电。

Claims (7)

1.一种电梯曳引机构，其特征是，包括：
电梯控制系统，其用于控制电梯的运行以及故障检测；
曳引机，其作为驱动轿厢升降的动力源；
与曳引机相连接的曳引轮，和绕设在曳引轮上的曳引绳构成驱动轿厢升降的动作执行机构；
蜗轮蜗杆机构，其中的蜗轮与曳引轮同轴连接，蜗杆与蜗轮相啮合，从而构成曳引轮的锁止机构；
同步机构，包括与蜗杆连接的保护电机、可控制曳引机和保护电机转速的同步控制器，保护电机采用伺服电机，所述同步控制器根据蜗杆与蜗轮的传动比分别控制曳引机和保护电机的转速，使蜗杆与涡轮的转速比和蜗杆与蜗轮的传动比保持同步；
当保护电机和曳引机任意一个出现异常时，电梯控制系统切断保护电机和曳引机的电源。
2.根据权利要求1所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述蜗杆的齿宽比蜗轮的齿槽宽小1-3mm，当保护电机驱动蜗杆与蜗轮保持同步时，蜗杆齿与蜗轮齿之间保持分离状态。
3.根据权利要求1所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述蜗杆的一端与保护电机相连接，蜗杆的另一端与一可驱动蜗杆转动的救援机构相关联。
4.根据权利要求3所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述救援机构包括与蜗杆连接的救援电机，所述救援电机与一备用电源电连接。
5.根据权利要求4所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述备用电源为蓄电池。
6.根据权利要求4所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述备用电源为人力发电机，所述人力发电机包括一个设置在轿厢内的人力驱动元件，当同步机构和曳引机的电源被切断时，轿厢内的乘客可通过人力驱动元件使人力发电机的转子转动发电，从而驱动救援电机转动，进而通过蜗杆、蜗轮带动曳引轮转动。
7.根据权利要求5所述的一种电梯曳引机构，其特征是，所述人力驱动元件包括竖直地设置在轿厢侧壁内的滑槽和位于滑槽上方且可转动地支承在轴承座上的转动轴，转动轴与人力发电机的转子相连接，滑槽内设有可上下滑动的滑块，滑块的侧面铰接有可在竖直平面内转动的踩踏杆，转动轴上设有驱动轮，驱动轮与转动轴之间设有单向传动机构，一牵引绳的一端连接在滑块上，牵引绳的另一端连接并卷绕在驱动轮上，在转动轴上绕设有盘簧，盘簧的外端与转动轮相连接，盘簧的内端与转动轴的轴承座相连接，所述踩踏杆具有一个竖直向上的待机位置和向外转动至水平状态的工作位置，当踩踏杆处于工作位置时，乘客可向下踩踏踩踏杆，从而带动滑块向下移动，进而通过牵引绳带动驱动轮正向转动，此时盘簧绕紧蓄能，驱动轮通过单向传动机构带动转动轴转动，并带动转子转动而发电；当滑块向下移动到位时，松开踩踏杆，盘簧释放能量，从而带动驱动轮反向转动，此时牵引绳带动滑块上移复位。
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