阅读说明：本技术 一种起重机械超速保护离合装置 (Hoisting machinery overspeed protection clutch device ) 是由 姚威杰 王伟 王东麟 臧晨晨 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种起重机械超速保护离合装置,涉及起重机械安全防护技术领域,该起重机械超速保护离合装置包括转动安装在支撑端盖上的从动棘轮；与从动棘轮的端部连接的负载机构；与支撑端盖固定连接的主动轮毂；与从动棘轮同轴设置且与从动棘轮配合连接后可相互卡接的主动棘轮；设置在主动棘轮和从动棘轮之间且提供预紧力F<Sub>d</Sub>的第一弹簧；设置在主动棘轮和主动轮毂之间且可在转动过程中通过离心力对主动棘轮的斜面施加轴向推力F<Sub>t</Sub>的离心块；本发明采用全机械结构,保证在系统失电时仍能可靠保护,保护装置设计成一体的独立部件,与起升机构的旋转部件相连,通用性和适应性较好,可适用于各种起重机械的超速保护。(The invention provides an overspeed protection clutch device for hoisting machinery, which relates to the technical field of safety protection of hoisting machinery, and comprises a driven ratchet wheel rotatably arranged on a supporting end cover; a load mechanism connected to an end of the driven ratchet; the driving wheel hub is fixedly connected with the supporting end cover; the driving ratchet wheel is coaxially arranged with the driven ratchet wheel and can be mutually clamped after being matched and connected with the driven ratchet wheel; is arranged between the driving ratchet wheel and the driven ratchet wheel and provides pretightening force F d A first spring of (a); arranged between the driving ratchet wheel and the driving wheel hub and capable of applying axial thrust F to the inclined plane of the driving ratchet wheel through centrifugal force in the rotating process t The centrifugal block of (1); the invention adopts a full mechanical structure to protectThe protection device is designed into an integrated independent component and is connected with a rotating component of a lifting mechanism, so that the safety device has better universality and adaptability and can be suitable for overspeed protection of various lifting machines.)

一种起重机械超速保护离合装置

技术领域

本发明涉及起重机械安全防护技术领域，具体是一种起重机械超速保护离合装置。

背景技术

起重机、电梯和堆垛机等具有位能负载设备在运行过程中，可能由于各种非正常因素引起起升机构发生超速滑落的危险状况，如电动机缺相、起升超重、制动器失效或电气系统失控等，虽然在有些起重机械上装有断绳保护装置，但它只有发生钢丝绳断裂，钢丝绳完全失去拉力时才会起作用，因此对于钢丝绳还有较小拉力存在时的超速下降工况就无能为力了。

例如相关的专利文献如下：1、发明名称：电梯超速保护装置，申请号CN108584603A，公开(公告号)：CN108584603A，申请(专利权)人：湖州德玛吉电梯有限公司。发明(设计)人：杨荣根；宋羽；饶树刚。该专利涉及电梯安全防护技术领域，本发明公开了电梯超速保护装置。该种装置通过导向轮带动离心盒转动，当电梯轿厢超速时，通过离心力机械触发抱死单元作用于减速轨，使轿厢减速或者停止；通过单独导向轮和导向轨设置，使轿厢在制动减速时更加稳定，避免受力不均而使轿厢晃动；

2、发明名称：电梯、超速保护系统及其触发装置，申请号CN201910191770.1，公开(公告号)：CN109775507A，申请(专利权)人：日立电梯(中国)有限公司。发明(设计)人：谢炜；刘术棠。该专利涉及电梯安全防护技术领域，本发明公开了一种电梯、超速保护系统及其触发装置，触发装置包括：第一传动件及弹性复位件，所述第一传动件的一端设有触发件，所述第一传动件的另一端与安全钳触发配合，所述弹性复位件的一端与所述第一传动件或与所述触发件连接，使所述触发件与转动体的外壁贴合设置；其中，当轿厢超速下行时，所述触发件与所述转动体分离并使所述第一传动件的另一端触发所述安全钳工作；

3、发明名称：垂直提升全程超速保护系统，申请号CN201910769770.5，公开(公告号)：CN110422720A，申请(专利权)人：武汉市云竹机电新技术开发有限公司。发明(设计)人：文亚萍；徐小健；王勇；仝志宏；宋晓宇；孙文战；段奡林；马文文；左健；曲翌；郑人杰。该专利涉及起重机械安全防护技术领域，本发明涉及一种垂直提升全程超速保护系统，包括垂直提升装置，所述垂直提升装置包括提升容器和用于提升提升容器的提升绞车，所述提升容器正上方还设有防撞梁；该系统还包括钢带式制动装置、钢绳抓捕装置和控制器，所述钢带式制动装置固定安装在防撞梁上，所述钢带式制动装置的钢带下端连接有制动钢绳；所述钢绳抓捕装置安装在提升容器上，所述钢绳抓捕装置用于抓捕制动钢绳，所述钢绳抓捕装置通过电磁开关触发；所述提升绞车上设有用于测量提升绞车转速的速度编码器，所述速度编码器与控制器连接，所述控制器还与电磁开关连接，所述控制器用于根据速度编码器的速度信号控制电磁开关；

4、发明名称：一种堆垛机载物台超速保护装置，申请号CN201910963342.6，公开(公告号)：CN110615380A，申请(专利权)人：罗伯泰克自动化科技(苏州)有限公司。发明(设计)人：周维存；王建兴。该专利涉及巷道堆垛起重机安全防护技术领域，一种堆垛机载物台超速保护装置，所述堆垛机载物台超速保护装置安装在堆垛机载物台上，所述堆垛机载物台能够在牵引绳的牵引下沿堆垛机立柱上预设的导向轨道上下移动，所述堆垛机载物台保护装置由安全钳和安全钳触发机构构成，所述安全钳触发机构包括滑轮牵引部和杠杆触发部，所述滑轮牵引部与杠杆触发部之间活动连接；其中滑轮导引部于牵引绳相连，杠杆触发部与保险绳相连，保险绳与载物台的限速计相连，其中滑轮牵引部安装有弹簧机构，其中牵引绳的牵引力和弹簧结构的弹性与杠杆触发部传导过来的保险绳张力形成平衡；

5、发明名称：电梯系统，申请号CN201910689626.0，公开(公告号)：CN110872040A，申请(专利权)人：通力股份公司。发明(设计)人：A·卡泰南；J·坎托拉。该专利涉及电梯安全防护技术领域，根据一方面，提供了一种电梯系统，其包括被配置为在电梯井(200)中移动的电梯轿厢(202)；包括主安全输出(108)和次级安全输出(110)的主安全控制器(106)，其中主安全输出(108)被配置为控制电梯轿厢(202)的机械制动器；以及被连接到次级安全输出(110)并且被布置在电梯轿厢(202)中并且包括被配置为控制被布置在电梯轿厢(202)中的停止装置(104)的至少一个安全触点的次级安全电路(102)；其中当至少一个安全触点被触发时，次级安全电路(102)被配置为控制停止装置以使得电梯轿厢(202)停止；

6、发明名称：起重机械及其起升机构超速保护方法、装置和设备，申请号CN201911049404.9，公开(公告号)：CN110963415A，申请(专利权)人：新疆工程学院。发明(设计)人：朱婷婷；陈飞；叶伟；鹿剑；王远；张红霞；范效礼。该专利涉及起重机械安全防护技术领域，公开了一种起重机械起升机构超速保护方法，应用于起重机械中，起重机械起升机构超速保护方法包括：获取起升机构卷扬电机的转子电频率值；判断转子电频率值是否超过预设超速频率值；其中，预设超速频率值为起升机构的下降运行速度为预设倍数的额定下降运行速度时的转子电频率值；其中，预设倍数为安全规程中规定的安全倍数；若判断结果为是，切断起重机械起升机构的主控回路的主接触器的控制线圈回路，使得卷扬电机制停。如此，当出现超速坠落等故障时，转子电频率值超过预设超速频率值，当转子电频率值超过预设超速频率值时，切断起重机械起升机构的主控回路的主接触器的控制线圈回路，使得卷扬电机制停，避免发生；

7、发明名称：一种电梯超速保护装置，申请号CN201920640454.3，公开(公告号)：CN209974038U，申请(专利权)人：杭州雲鼎电梯工程有限公司。发明(设计)人：俞新；张金球。该专利涉及电梯安全防护技术领域，本实用新型公开了一种电梯超速保护装置。涉及电梯保护设备技术领域。本实用新型包括支架和导轨，支架为矩形框体结构，支架的相对两侧板上对应开有两槽体；导轨穿过两槽体；支架内安装有一同步架，同步架的相对两侧板上开有的通孔与支架相对两侧板上开有的通孔相对应；同步架内的左侧安装有左钳体，左钳体的一侧固定有固定块；同步架内的右侧安装有右钳体，右钳体的一侧滑动安装有活动楔块；左钳体和右钳体通过不同的依次穿过支架侧板和同步架侧板的螺栓进行安装。本实用新型通过设有的导向板限定左钳体和右钳体的运动方向，保证在减速过程中的可靠性；

8、发明名称：一种堆垛机载货台超速保护装置，申请号CN201920713067.8，公开(公告号)：CN210313309U，申请(专利权)人：天海欧康科技信息(厦门)有限公司。发明(设计)人：丁勇；曾岩；张涛。该专利涉及巷道堆垛起重机安全防护技术领域，本实用新型公开了一种堆垛机载货台超速保护装置，载货台沿两条平行立柱导轨上下移动并由钢丝带动，包括：连接轴，连接轴通过轴承座与载货台固定连接，连接轴的两端分别与第一连接杆和第二连接杆固定连接，第一连接杆和第二连接杆与连接轴垂直；第一安全钳、第二安全钳、限速器和限速器钢丝绳，限速器能够在限速器钢丝绳达到预设速度时锁紧限速器钢丝绳。当载货台超速下降并达到限速器预设速度时，限速器钢丝绳停止，进而使连接杆停止，载货台继续下降会迫使连接杆带动安全钳上移进而使安全钳卡接于立柱导轨实现固定。

上述的这些专利文献提供的技术方案，以及目前出现的其它多种形式的超速保护装置，它们采用的工作原理均采用的是以下两种：其一是通过传感器测量起升机构的速度或转速，由电气控制系统实现超速保护功能。这种方案的优点是结构简单，实现容易，成本较低，但对于电动机、制动器、电源和电气控制系统故障引起的超速则无能为力，可靠性较差。其二是设置机械装置感应起升载荷的下降速度，采用和断绳保护装置合用夹轨器或单独设置夹轨器的方式实现超速后的紧急制动，这种方案的优点是直接制动起升负载，防止的故障种类齐全，采用全机械式结构，不受电源与电气控制系统故障的影响，但它一般需要有刚性轨道，速度感应装置往往需要在起升负载处，另外设置钢丝绳等将平移运动转换成旋转运动的装置，结构复杂，适应性较差，改造安装和调节比较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机械超速保护离合装置，该超速保护离合装置具有结构紧凑、全机械式、模块化、安装调试方便、可适用与大多数起重机械应用及可根据需要连接不同特性稳速负载等特点，能和断绳保护装置的保护功能互为补充，实现对起升负载防坠落的全面安全保护，以用来解决背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所述起重机械超速保护离合装置包括转动安装在支撑端盖上的从动棘轮；与从动棘轮的端部连接的负载机构；与支撑端盖固定连接的主动轮毂；与从动棘轮同轴设置且与从动棘轮配合连接后可相互卡接的主动棘轮；设置在主动棘轮和从动棘轮之间且提供预紧力F_d的第一弹簧；设置在主动棘轮和主动轮毂之间且可在转动过程中通过离心力对主动棘轮的斜面施加轴向推力F_t的离心块；其中，当主动轮毂在正常转速的情况下，F_d>F_t，从动棘轮和主动棘轮分离，当主动轮毂在转速超速的情况下，F_d<F_t，从动棘轮和主动棘轮卡接。

本发明的进一步的技术方案:所述主动棘轮与所述主动轮毂的中心轴端通过花键连接，以使主动棘轮跟随主动轮毂转动的同时，主动棘轮具有相对于主动轮毂轴向移动的能力。

本发明的进一步的技术方案:所述离心块为钢珠或钢柱件，且主动棘轮和主动轮毂相对的侧面均为斜面以形成一槽形腔，该槽形腔的截面呈朝向轴线的一侧为宽端而远离轴线的一侧为窄端的锥形状。

本发明的进一步的技术方案:所述主动轮毂与起升机构的电动机的输出轴、卷筒、曳引轮或减速器的输出轴连接。

本发明的进一步的技术方案:所述第一弹簧为轴向尺寸小、动平衡好并具有非线性特性的蝶形弹簧。

本发明的进一步的技术方案:还包括设置在主动轮毂上的超速调节装置。

本发明的进一步的技术方案:所述超速调节装置包括螺纹连接在主动轮毂的中心轴端上的调节圆螺母，主动轮毂的中心轴端上还活动套接有与调节圆螺母接触的调节圆盘，所述调节圆盘与所述主动轮毂的侧面通过第二弹簧连接，所述调节圆盘上接触设置有调节摆件，所述离心块与所述调节摆件的斜面接触，所述调节摆件的一端与所述主动轮毂铰接。

本发明的进一步的技术方案:所述从动棘轮和主动棘轮采用单向卡接限位结构或双向卡接限位结构，以实现从动棘轮对主动棘轮的单向转动限位或双向转动限位。

本发明的进一步的技术方案:所述从动棘轮上开有带键槽的轴孔，该带键槽的轴孔可与负载机构上的带有平键的主轴配合连接。

本发明的进一步的技术方案:还包括一用于检测从动棘轮和主动棘轮卡接状态或用于检测从动棘轮的转动状态的传感器，该传感器与所述负载机构的电气控制系统以及报警器电连接。

本发明的有益效果是：本发明采用全机械结构，保证在系统失电时仍能可靠保护，保护装置设计成一体的独立部件，与起升机构的旋转部件相连，通用性和适应性较好，可适用于各种起重机械的超速保护，甚至可用于任何需要对旋转部件进行超速保护的场合，如风力发电机、下滑的车辆和游乐设施等。

附图说明

图1是起重机械超速保护离合装置的具体实施例的结构示意图。

图2是起重机械超速保护离合装置的具体实施例中飞块的受力分析图。

图3是起重机械超速保护离合装置的具体实施例中超速保护特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1-3所示，一种起重机械超速保护离合装置，包括转动安装在支撑端盖2上的从动棘轮3；与从动棘轮3的端部连接的负载机构；与支撑端盖2固定连接的主动轮毂6；与从动棘轮3同轴设置且与从动棘轮3配合连接后可相互卡接的主动棘轮5；设置在主动棘轮5和从动棘轮3之间且提供预紧力F_d的第一弹簧4；设置在主动棘轮5和主动轮毂6之间且可在转动过程中通过离心力对主动棘轮5的斜面施加轴向推力F_t的离心块8；其中，当主动轮毂6在正常转速的情况下，F_d>F_t，从动棘轮3和主动棘轮5分离，当主动轮毂6在转速超速的情况下，F_d<F_t，从动棘轮3和主动棘轮5卡接。

一具体实施例中，所述主动棘轮5与所述主动轮毂6的中心轴端通过花键连接，以使主动棘轮5跟随主动轮毂6转动的同时，主动棘轮5具有相对于主动轮毂6轴向移动的能力。

优选的，为能适应斜面角度变化的需求，所述离心块8为钢珠或钢柱件，离心块8的数量和质量根据结构和离心力要求确定，直径根据棘轮行程确定，且主动棘轮5和主动轮毂6相对的侧面均为斜面以形成一槽形腔61，该槽形腔61的截面呈朝向轴线的一侧为宽端而远离轴线的一侧为窄端的锥形状。

优选的，主动棘轮5和从动棘轮3采用结构紧凑、结合平稳、结合同步性好的轴向棘轮，棘齿结合面角度需要根据超速保护及棘轮结合的需要设计计算。

优选的，所述主动轮毂6与起升机构的电动机的输出轴、卷筒、曳引轮或减速器的输出轴连接。

优选的，所述第一弹簧4为轴向尺寸小、动平衡好并具有非线性特性的蝶形弹簧，蝶形弹簧的参数需要根据超速保护的设定值计算确定，如果主动棘轮5的行程较大，则可采用多个蝶形弹簧串联的形式。

优选的，从动棘轮3通过轴承1支撑于支撑端盖2上，支撑端盖2和主动轮毂6采用螺钉连接。

一具体实施例中，还包括设置在主动轮毂6上的超速调节装置，所述超速调节装置包括螺纹连接在主动轮毂6的中心轴端上的调节圆螺母11，主动轮毂6的中心轴端上还活动套接有与调节圆螺母11接触的调节圆盘9，所述调节圆盘9与所述主动轮毂6的侧面通过第二弹簧10连接，优选的，第二弹簧10为蝶形弹簧，所述调节圆盘9上接触设置有调节摆件7，所述离心块8与所述调节摆件7的斜面接触，所述调节摆件7的一端与所述主动轮毂6铰接。

可选的，所述从动棘轮3和主动棘轮5采用单向卡接限位结构或双向卡接限位结构，以实现从动棘轮3对主动棘轮5的单向转动限位或双向转动限位。

优选的，所述从动棘轮3上开有带键槽的轴孔31，该带键槽的轴孔31可与负载机构上的带有平键的主轴配合连接。

一具体实施例中，还包括一用于检测从动棘轮3和主动棘轮5卡接状态或用于检测从动棘轮3的转动状态的传感器(图中未画出)，该传感器与所述负载机构的电气控制系统以及报警器电连接；由传感器信号可获得是否存在超速的异常状态，以由电气控制系统实现稳速或制动停机保护，并可实现报警。它的设置不会对本装置的超速保护产生不利影响。

具体工作原理如下：在转动状态下飞块8受到离心力，因此由钢珠或钢柱形的飞块8将起升机构电动机或卷筒的转速变换成离心力，通过调节摆件7的斜面对主动棘轮5产生轴向推力，与第一弹簧4预紧力平衡；当超速时，力平衡破坏，使主动棘轮5与从动棘轮3卡接，由于从动棘轮3相连负载，因此消耗势能，使起升机构到达稳速；当速度恢复正常到达设定值后，第一弹簧4的弹力大于离心力产生的轴向推力，主动棘轮5与从动棘轮3分离，恢复到正常工作状态；本发明具有推力调节机构，可适应不同超速保护的需要；通过相关参数的设计，可保证主动棘轮5与从动棘轮3的全齿结合，并使超速保护具有迟滞特性，防止在超速临界区域产生频繁离合的缺陷。

本发明的关键参数需要根据超速保护需要进行设计计算，关键参数主要有：飞块质量、斜面倾角、蝶形弹簧特性参数、主动棘轮移动距离及棘齿斜角等，它们的设计计算方法具体描述如下：

由如图2所示的飞块受力简图可得：

F_l＝F_j2+F_g2＝F_jsinα+F_gsinβ (1)

F_j1＝F_g1

即：F_jcosα＝F_gcosβ (2)

由式(1)(2)可得：

F_l＝F_j2+F_g2＝F_jcosα(tgα+tgβ) (3)

又离心力：

F_l＝mrω²＝F_jcosα(tgα+tgβ) (4)

式中m为飞块8的总质量，r为飞块质心的回转半径，ω为主动轮毂6的角速度。

主动棘轮5由离心力产生的推力Ft与Fj1相等，因此由式(4)可得：

设飞块质心的初始回转半径为r₀，蝶形弹簧4的预压缩量为x₀，当飞块8在离心力作用下产生径向位移Δr时，将推动蝶形弹簧4进一步压缩，附加压缩量为Δx。则：

Δx＝Δr(tgα+tgβ)

式(5)可写成：

式中x为蝶形弹簧4的压缩量。

根据蝶形弹簧的特性，在一定角速度ω时主动棘轮5推力F_t与x的函数关系，可画出图3的两条曲线。

根据图3所示，采用蝶形弹簧的第一弹簧4选用A或B型，C型则可能出现反转并无法恢复的情况，当角速度达到超速临界角速度ω_cr后，采用非线性的蝶形弹簧有助于在主动棘轮5推力F_t超过蝶形弹簧4的预紧力F_d0后，F_t增加比F_d增加要快得多，保证棘轮的全齿长啮合，并使棘轮结合迅速。

从图3可知，为在超速时保护离合器能快速进入全齿长啮合，保证超速保护动作反应迅速及工作可靠，则必须保证满足的条件。

当超速使棘轮完全啮合后，蝶形弹簧产生了附加位移Δx，飞块的回转半径增加了Δr，此时要使棘轮产生分离，则主动棘轮5角速度必须下降到分离角速度ω_fr。由于ω_fr＜ω_cr，故超速保护离合器具有迟滞效应，可防止棘轮在超速设定值附近时产生频繁离合的振荡状况出现。分离角速度ω_fr的值可以通过蝶形弹簧的H/t值选择确定。

在飞块8与斜面存在摩擦时，则由于摩擦角及其方向的影响，也会增大ω_cr和ω_fr的差值，但由于摩擦角较小，同时在动态工作时表现不稳定，故在设计时可忽略不计。

另外迟滞效应还可采用改变棘轮齿形角度的方法，但由于这种方法除受齿形角影响外，还要受稳速负载的影响。因此不宜取得过大，一般小于10°以下为好。如图1的主动棘轮5和从动棘轮3的棘齿斜角。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。