《自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置創(chuàng)意設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置創(chuàng)意設計（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置創(chuàng)意設計 摘要：自動扶梯的應用在生活中已廣泛普及，其隨之而來的安全問題也不容忽視。文章就自動扶梯逆轉(zhuǎn)問題提出了一種利用剪切增稠流體實現(xiàn)防逆轉(zhuǎn)保護的設計方案，特色在于棘輪機構(gòu)和U形轉(zhuǎn)子。對剪切增稠流體材料的選用提出標準并進行優(yōu)選，對材料特性曲線進行線性化。較市場上現(xiàn)有的防逆轉(zhuǎn)保護裝置，具有不易磨損、無源、制動平穩(wěn)等優(yōu)點，為解決現(xiàn)有自動扶梯逆轉(zhuǎn)問題提出新的技術(shù)方案。 關(guān)鍵詞：自動扶梯；防逆轉(zhuǎn)；創(chuàng)意設計；剪切增稠流體；線性化 0引言 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的便民設施給人類的日常生活帶來極大的便利。自動扶梯是一種在建筑物的不同層高間

2、運載人員的連續(xù)輸送機械。目前，自動扶梯已廣泛應用于人流集中的公共場所，如大型商場、地下通道、地鐵站、火車站和機場等。在為人們的生活帶來便利的同時，自動扶梯事故頻繁發(fā)生也引發(fā)社會各界對其安全問題的高度關(guān)注。導致自動扶梯事故的原因錯綜復雜，其中自動扶梯發(fā)生逆轉(zhuǎn)是常見原因，約占事故總量的10%左右。自動扶梯發(fā)生逆轉(zhuǎn)時，乘客腳下的電梯突然朝相反方向運動，但是由于慣性，乘客上半身仍會保持原來的運動方向，從而導致了乘客的滾落、下跌、擠壓和踩踏等事故，給乘客的生命安全造成極大的危害。北京、上海、武漢和香港等地都曾發(fā)生過自動扶梯逆轉(zhuǎn)事故，造成了多名人員受傷。在這一背景下，研發(fā)自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置具有重要意義。通

3、常自動扶梯的防逆轉(zhuǎn)保護裝置安裝在驅(qū)動裝置或梯級上。當信號傳感裝置監(jiān)測到非操縱逆轉(zhuǎn)信號后，切斷電源，通過工作制動器和附加制動器動作，使電梯停車。常見的扶梯防逆轉(zhuǎn)保護裝置的品牌有日立、三菱、迅達和OTIS等。日立采用停止器，在發(fā)生緊急事故時，楔塊卡入鏈輪使得電梯立即停止運行，雖然能有效迅速地停止電梯，但電梯急停太快容易對電梯上的乘客造成二次傷害；三菱和迅達都是停止器和制動器同時應用，雖然利用機械摩擦制動減緩了電梯急停的速度，但機構(gòu)的摩擦元件在發(fā)生摩擦時容易出現(xiàn)磨損，長此以往，緊急制動裝置有失效的可能。而且以上的扶梯緊急制動裝置都是利用電磁線圈脫鉤觸發(fā)機構(gòu)的原理，即是需要電的，無法保證在突然斷電的情

4、況下的扶梯安全。針對現(xiàn)有自動扶梯防逆轉(zhuǎn)保護裝置的不足，本文提出利用剪切增稠流體這一非牛頓流體實現(xiàn)自動扶梯逆轉(zhuǎn)時的制動作用。剪切增稠流體是20世紀90年代由美國"陸軍研究實驗室";（ARL）研制成功的一種新型功能材料，在防彈衣等領(lǐng)域已取得了成功應用。剪切增稠流體是一種將納米或者微米尺度的顆粒分散到極性介質(zhì)中，形成的濃縮顆粒懸浮液，在受到外界沖擊造成流體內(nèi)部剪切作用時會造成粒子簇、顆粒的摩擦和阻塞，粘度會立刻增大，外界沖擊消失后，流體又恢復到原來的狀態(tài)，呈現(xiàn)柔韌性，這也是產(chǎn)生剪切增稠效應的物理機理。此外，剪切增稠流體還具有響應速度快、過程可逆的特點。剪切增稠流體的這些特性為解決現(xiàn)有自動扶梯防逆轉(zhuǎn)保

5、護裝置的易磨損、急停太快、受用電限制等不足提出了可能，本文基于剪切增稠流體對自動扶梯防逆轉(zhuǎn)保護裝置進行探索性設計。 1整體方案 本文設計的自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置主要由緩降機構(gòu)、傳動機構(gòu)、棘輪機構(gòu)和緊固機構(gòu)等組成，如圖1所示。緩降機構(gòu)主要由U形轉(zhuǎn)子、軸、殼體和剪切增稠流體等組成。傳動機構(gòu)由行星輪減速器組成，包括齒圈、太陽輪、行星輪、系桿等。行星輪減速器相對于定軸輪系具有局域傳動比范圍更大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，經(jīng)過特殊設計后可使U型轉(zhuǎn)子與殼體間隙中的剪切增稠流體處于合適的剪切速率范圍，從而使剪切增稠流體產(chǎn)生良好的剪切增稠效果。如圖2所示，棘輪機構(gòu)由棘輪，棘爪、中心輪等組成，用于單向

6、傳動，在鏈輪正常運轉(zhuǎn)時，緩降機構(gòu)與棘輪脫離傳動，而在鏈輪逆轉(zhuǎn)（即自動扶梯逆轉(zhuǎn)）時，緩降機構(gòu)與棘輪產(chǎn)生傳動，從而使緩降機構(gòu)僅在自動扶梯逆轉(zhuǎn)時發(fā)生作用。緊固機構(gòu)包括連接盤等，將鏈輪與棘輪連接。所設計的方案中將轉(zhuǎn)子設計為U形，一方面可以增加與流體的接觸面積，增大阻力；另一方面，中間凹陷部分設計了傳動裝置，有效和合理地利用空間，這在空間狹小的自動扶梯內(nèi)部非常有利。所設計的自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)緊急制動功能的方式：在自動扶梯逆轉(zhuǎn)出發(fā)緊急制動時，轉(zhuǎn)動的U形轉(zhuǎn)子與殼體之間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動，在U形轉(zhuǎn)子和殼體之間的剪切增稠流體中形成增大的剪切速率，剪切增稠流體的粘度隨著剪切速率的增大而增大，從而對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生更

7、大阻礙作用，使與U形轉(zhuǎn)子連接的鏈輪減速，進而使正在逆轉(zhuǎn)的自動扶梯減速。減速后自動扶梯的鏈輪速度下降，進而U形轉(zhuǎn)子速度下降，U形轉(zhuǎn)子和殼體之間剪切增稠流體的剪切速率下降，從而粘度下降，對U形轉(zhuǎn)子的阻力下降。最終U形轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定在一個較低值，即與U形轉(zhuǎn)子連接的鏈輪及逆轉(zhuǎn)的自動扶梯也被控制在合理的速度范圍內(nèi)，這種特點可以防止急停過快對自動扶梯上的乘客造成二次傷害。 2剪切增稠流體材料 剪切增稠流體的材料特性對自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置的性能有重要影響。剪切增稠特性一般用粘度-剪切速率曲線表示，給出了粘度隨剪切速率變化的關(guān)系，如果粘度隨剪切速率增大而明顯增加，則剪切增稠效應明顯。但是

8、，常見的剪切增稠流體并不是在所有的剪切速率區(qū)間都表現(xiàn)為明顯的剪切增稠效應。為使自動扶梯在突然逆轉(zhuǎn)的情況下能及時受到剪切增稠流體的阻力，并根據(jù)速度大小調(diào)整阻力最終將逆轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定在合理的范圍。理想的材料應符合以下標準：①剪切速率較低時沒有剪切稀化特性，即圖像應呈現(xiàn)單調(diào)遞增或穩(wěn)定趨勢；②剪切速率較高時具有明顯剪切增稠特性；③粘度盡可能高一些，以提供足夠的阻力。如圖3所示，擬從文獻[5]、文獻[7]~文獻[10]中進行剪切增稠流體材料的優(yōu)選，其中文獻[10]中備選材料為兩種，即體積分數(shù)為54%和56%的兩種材料。文獻[7]、文獻[8]和文獻[10]中的材料在剪切速率較小的一段都存在明顯的剪切稀化現(xiàn)象，

9、不能及時對轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更多的阻力作用，不符合選用標準①。文獻[9]中的材料在前期的剪切稀化段很短，可以忽略，其粘度隨著剪切速率的增加而增加，但是相對其他材料粘度過小，對轉(zhuǎn)子阻力過小，可能無法起到足夠的制動作用，不符合選用標準③。文獻[5]中的體積分數(shù)為54%和56%的兩種材料，都符合3種選用標準。由于體積分數(shù)為56%的材料在較大剪切速率下具有更為明顯的剪切增稠特性，基于選用標準②，故選用體積分數(shù)為56%的剪切增稠流體材料作為自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置的優(yōu)選材料。 3剪切速率-粘度曲線線性化 一般地，剪切增稠流體的剪切速率-粘度曲線是一個復雜的函數(shù)，考慮到定量計算和設計的簡

10、便，有必要將剪切增稠流體的剪切速率-粘度曲線進行線性化處理。觀察圖3e所示的剪切速率-粘度曲線，其在0s-1~80s-1的剪切速率范圍內(nèi)粘度變化很小，而在大于80s-1的剪切速率范圍內(nèi)粘度迅速增加。 4結(jié)論 針對現(xiàn)有自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置的不足，本文設計了一種基于剪切增稠流體的自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置。研究中取得了如下主要結(jié)論：（1）設計的自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置主要由緩降機構(gòu)、傳動機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、緊固機構(gòu)等組成。（2）自動扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置中采用棘輪機構(gòu)使緩降機構(gòu)僅在自動扶梯逆轉(zhuǎn)時發(fā)生作用，采用U型轉(zhuǎn)子增大阻力面積且為傳動裝置提供空間。（3）對剪切增稠流體材料的優(yōu)選提出了3個標準：①剪切

11、速率較低時沒有剪切稀化特性；②剪切速率較高時具有明顯剪切增稠特性；③粘度盡可能高一些，以提供足夠的阻力。（4）優(yōu)選文獻[5]中體積分數(shù)為56%的材料作為裝置中的剪切增稠流體材料。（5）將優(yōu)選材料的剪切速率-粘度曲線進行兩段線性化，給出了表達式。本文設計結(jié)果僅是方案設計，雖然對自動扶梯滿載時動力矩和材料特性曲線線性化進行了定量計算，但是仍有必要對緩降裝置尺寸等進行定量計算。 參考文獻 [1]劉曉龍．自動扶梯逆轉(zhuǎn)事故原因分析與防逆轉(zhuǎn)保護裝置的檢驗方法探討[J]．硅谷，2014（13）：166-167． [2]鄧沖．自動扶梯的逆轉(zhuǎn)事故與防逆轉(zhuǎn)保護分析[J]．技術(shù)與

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