曳引電梯制動性能分析

潘相晨

（杭州市特種設(shè)備檢測研究院 杭州 310003）

曳引電梯制動性能分析

潘相晨

（杭州市特種設(shè)備檢測研究院 杭州 310003）

電梯制動器是電梯重要的安全部件，因電梯制動性能不足，而造成的電梯事故屢有發(fā)生。但電梯制動器制動力并不是決定電梯制動性能的唯一因素，本文依據(jù)標準對電梯制動器制動性能的要求，通過建立簡單的數(shù)學模型，對影響電梯制動性能的因素進行了分析。

電梯安全 制動器 制動性能 曳引能力

電梯制動器是電梯上動作最頻繁的重要部件之一。它一方面保證電梯正常運行時，在平層位置不會因為轎廂與對重之間的重量差而引起的溜梯；另一方面可以保證電梯在發(fā)生動力電源或控制電路電源失電時，使運行中的電梯能夠有效的制停，但電梯制動器制動力并不能完全決定電梯的制動性能。應(yīng)依據(jù)標準對制動器的要求，深入探討影響電梯制動性能的各類因素。

1 電梯制動器制動能力的設(shè)計要求

對電梯的制動其力學實質(zhì)是通過制動輪與閘瓦之間的摩擦阻力將電梯的所有運動零部件以及載荷的慣性能量消耗掉。運動著的電梯其全部動能為電梯載荷、電梯所有的運動部件及曳引機至電梯轎廂之間其他旋轉(zhuǎn)部件三大部分的慣性能量之和。以曳引比為1：1的情況為例可得：

式中：J——電梯各運動部件折算到制動輪上的轉(zhuǎn)動慣量之和，kgm2；

Qz——電梯轎廂內(nèi)的載荷，kg；

Qx——電梯空載時轎廂（含裝在轎箱上的所有零部件）、隨行電纜、鋼絲繩、對重等直線運動部件的質(zhì)量之和，kg；

R ——曳引輪半徑，m；

nz——制動輪的轉(zhuǎn)速，r/min；

nl——曳引輪的轉(zhuǎn)速，r/min；

η1——曳引機的機械效率；

η2——井道系統(tǒng)的機械效率；

Jx——電梯上其他轉(zhuǎn)動慣量之和，kgm2。電梯在緊急制動時所需的制動力矩為：

式中：Mz——制動器制停電梯需要的制動力矩，Nm；

Mh——恒外力矩（由電梯的載荷決定），Nm；

Md——所有運動部件折算到制動輪的慣性，Nm；

K ——電梯的平衡系數(shù)；

Q ——電梯的額定載荷，m/s；

gn——重力加速度，m/s2；

ε——制動輪的減速度，rad/s2；

a ——電梯制動時轎廂的減速度，m/s2；

由上述5個公式可得：

GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中12.4.2.1對電梯制動器制動力有如下要求：

“當轎廂載有125%額定載荷并以額定速度向下運行時，操作制動器應(yīng)能使曳引機停止運轉(zhuǎn)，在上述情況下，轎廂的減速度不應(yīng)超過安全鉗動作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度。

所有參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)。如果其中一組部件不起作用，應(yīng)能有足夠的制動力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。

電磁線圈的鐵芯被視為機械部件，而線圈則不是?！?/p>

根據(jù)式(6)可得125%額定載荷下行時制動需要的制動力矩M125為：

由GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中可知安全鉗動作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度最大不應(yīng)超過1.0gn，即式(7)中轎廂的減速度a最大不應(yīng)超過1.0gn，可得出理論上電梯制動器的最大允許力矩Mmax：

單組制動部件迫使額定載荷轎廂減速下行時，減速度a接近0時所需要的制動力矩最小，代入式(6)可求得單邊最小力矩Mmin至少應(yīng)為：

2 制動力矩對電梯制動性能的影響

對于同一臺電梯，忽略由于轎廂位置變化所產(chǎn)生的影響，由式(7)可推知，125%額定載荷的電梯下行時緊急制動，其制動減速度取決與電梯制動器的制動力矩。因此制動力矩是電梯制動性能的決定性因素，將制動力矩設(shè)計在合理的范圍會決定電梯在緊急制動時是否安全。如果制動力矩過小，則有可能造成電梯無法有效的制停從而造成沖頂、蹲底等危險情況，特別是對于高速電梯，制動力矩過小將使制停距離過長從而造成制動輪與制動閘瓦長時間摩擦如產(chǎn)生燒蝕則危害具大。如果制動力矩過大，則會造成制動減速度過大，從而可能對轎廂內(nèi)的乘客造成危害。

在實際的使用過程中，由于電梯制動輪是固定不變的，也就相當于力臂是不變的，因此制動力矩大小的調(diào)整完全依靠調(diào)節(jié)制動器制動力來進行。也就是說在相同工況的下，制動器制動力是決定電梯的制動性能最主要因素。

3 曳引能力對電梯制動性能的影響

電梯從開始制動到完全停止所運行過的距離通常稱之為制停距離，它是電梯動態(tài)制動性能的具體表現(xiàn)。假設(shè)電梯在制動過程中是勻減速度過程，則制停距離S可由運行學式(5)求得

式中：V——電梯運行速度，m/s。

由上述對電梯制動器制動力矩分析可知，在相同的載荷條件下，同一電梯的制動減速度a取決于該電梯的制動力矩，也就是說電梯的制停距離主要取決于制動器制動力矩的大小。但實際上，在電梯轎廂減速度a未達到1.0gn時，原來曳引條件滿足的情況，可能由于減速度a較大而使從而造成曳引條件不滿。此時曳引輪與曳引鋼絲繩會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，直至當曳引輪被制停后，在曳引輪與鋼絲繩的摩擦阻力作用下減速使轎廂完全制停。此時電梯的制停距離S是由曳引輪的制停距離S1及曳引輪與鋼絲繩之間打滑產(chǎn)生的距離S2所決定的。即：

4 制動力、曳引能力與電梯制動性能的關(guān)系

在電梯制動過程中，因制動力與曳引能力的相互影響，會出現(xiàn)以下幾種制停過程：

1）制動器動作后，制動力對電梯的制動減速度比較小，未破壞電梯正常的曳引能力，電梯轎廂在制停的過程中，鋼絲繩與曳引機未發(fā)生打滑現(xiàn)象。

2）制動器動作后，鋼絲繩與曳引機開始打滑，速度降低后重新滿足曳引條件，轎廂與曳引機同時停止運動。

3）制動器動作后很快抱死，鋼絲繩在曳引輪上打滑一段時間后轎廂停止。

4）制動器動作后，因制動力不足，無法對電梯曳引機制停，導致電梯轎廂撞擊緩沖器或是因超速導致限速器-安全鉗動作。

5）制動器動作后很快抱死，鋼絲繩在曳引輪上打滑并且一直停不下來，電梯撞擊緩沖器或是因超速導致限速器-安全鉗動作。

第一、二種是理想狀態(tài)，要求曳引力很大，但這種情況下的制動力偏小，很難做到。第三種情況是大部分電梯的實際情況，此時曳引力越大滑行的距離越短，電梯將越安全。第四種情況制動力太小，第五種情況則是制動力太大而曳引力太小，這兩種狀態(tài)都將使電梯處于不安全的狀態(tài)下，是不安全與不允許的。

5 平衡系數(shù)對電梯制動性能的影響

平衡系數(shù)是電梯的重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響電梯的曳引能力，同時平衡系數(shù)也是電梯設(shè)計時決定制動器制動力矩的參考因素之一。由式(8)、式(9)可知，如果電梯的平衡系數(shù)小于它的設(shè)計允許值，則可能會造成電梯在125%額定載荷下行或者單組制動部件額定載荷下行的情況下制停距離過大甚至無法可靠制停的情況。如果電梯的平衡系數(shù)大于它的設(shè)計允許值，則電梯在空載上行時也同樣存在上述問題。杭州就曾經(jīng)發(fā)生過，因電梯轎廂過度裝潢而電梯的平衡系數(shù)又未經(jīng)調(diào)整從而造成電梯制動器制動力不足的情況，直接導致滿載的電梯在平層位置開門溜梯。

6 影響電梯制動性能的其他因素

由本文前述的數(shù)學公式可以得出，影響電梯制動性能的因素遠不止制動力矩、曳引能力和平衡系數(shù)。電梯的額定載荷、當前載荷、電梯系統(tǒng)自身的重量、電梯運行的速度、曳引機系統(tǒng)本身的差異、緊急制動時轎廂在井道中所處的位置都對電梯緊急制動時的制動能力產(chǎn)生影響。不過就同一電梯的制動性能而言，額定載荷、額定速度、曳引機系統(tǒng)本身的差異都是固定不變的。而電梯轎廂制動時的載荷、與緊急制動時轎廂在井道中所處的位置，對于滿足設(shè)計要求的電梯而言，只能說會影響其制動效果。制動效果并不等同于制動性能，制動效果是表象，而制動性能是根本。制動效果表現(xiàn)出來的是制停距離的長短，而制動性能的根本是能否在合適的減速度下將電梯有效的制停。從實際出發(fā)，電梯的制動力矩、曳引能力和平衡系數(shù)在電梯的使用過程中，都有可能發(fā)生變化，在使用過程中應(yīng)特別加以注意。

1 鮑獻華，等.電梯曳引機連接套筒與蝸輪失效與分析[J].中國特種設(shè)備安全,2012,28(1):64~65

2 吳盡,等.制動器回路中兩個電氣裝置獨立性的驗證[J].中國特種設(shè)備安全,2010,26(7):14~42

Analysis of the Elevator Braking Performance in Emergency

Pan Xiangchen
( Hangzhou Special Equipment Inspection and Research Institute HangZhou 310003)

The brakes is an important safety component of the elevator, the elevator accident caused by insufficient of braking performance happened from time to time. But the braking force is not the only factor that determines the elevator braking performance. According to the standards for the elevator braking performance, this paper analyzes the factors affecting the braking performance by creating a simple mathematical mode.

Elevator safety Brakes Braking performance Traction capability

B

1673－257X(2014)06－24－03

潘相晨（1981～)，男，工程師，電梯檢驗責任工程師，主要從事電梯制動性能分析、電梯相關(guān)標準法規(guī)研究。

2014－02－18）