制動器二次制動模式的分析

張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測研究院 重慶 401121）

制動器二次制動模式的分析

張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測研究院 重慶 401121）

本文分析了電梯制動器的兩種新的二次制動模式：異步制動和分時制動。二次制動模式與一次制動模式用的是同樣制動器，只是控制方法不同。異步制動和分時制動能將制動器的制動和制動器的二次保護有機融為一體，既能提高制動器的可靠性，又能實現(xiàn)制動器的二次保護。

二次制動 異步制動 分時制動 分時制動電阻

制動器在電梯安全保護中的作用至關(guān)重要。電梯的很多安全事故都是發(fā)生在低速或中速段，而其在低速或中速段的安全保護主要依賴制動器，而且，電梯中絕大多數(shù)的電氣安全保護功能的執(zhí)行，也都依賴制動器，因此，制動器一旦出現(xiàn)故障其后果是災(zāi)難性的。正因為如此，在GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中，對制動器的安全保護級別是最高的，它除了要求斷開制動器電路應(yīng)有兩個獨立電氣裝置的觸點，還要求參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機械制動部件也是兩組獨立部件，當其中一組不起作用時，另一組仍要有足夠的制動力保持電梯的制動或減速，即不論是電氣還是機械，都要求有類似二次保護的功能。但盡管如此，電梯的二次保護仍然是不徹底的，這就使得時下有的電梯仍然會發(fā)生一些因制動器失效而導(dǎo)致的安全事故。如果制動器二次保護真的做好了，制動器的安全事故應(yīng)是非常少的。

1 傳統(tǒng)的制動方式及存在的問題

目前電梯制動器的制動方式均為一次性制動方式，即電梯制動時同時斷開全部制動器電路，一次性施加全部制動力制動。這種方式雖然自電梯出現(xiàn)以來一直被使用，但實際上這種制動方式存在一定安全隱患。盡管現(xiàn)在制動器的兩組制動部件在設(shè)計和制造上是相互獨立的，但兩組制動部件同時制動同時磨損，經(jīng)一段時間的磨損積累后完全有可能兩組制動部件同時失效。而且即使是一組制動部件先失效，但由于兩組制動部件是同時同步制動，這種故障的前期狀態(tài)也不會反映出來。單一制動部件不能制動而兩組制動部件才能制動是制動器失效的前期狀態(tài)，此時制動器已經(jīng)沒有安全余量，到了臨界狀態(tài)，而且已經(jīng)不符合設(shè)計要求，應(yīng)該立即停止運行做相應(yīng)的檢修。但在傳統(tǒng)的兩組制動部件一次制動的模式下，無法發(fā)現(xiàn)這種早期故障，這樣電梯會繼續(xù)運行，同時制動器磨損或故障也會進一步加重，而這種故障積累到了一定程度，制動器就會因整體失效而產(chǎn)生突發(fā)性溜車。

為了避免上述情況，制動器可以考慮使用異步制動或分時制動，這兩種制動模式可以早期發(fā)現(xiàn)制動器的臨界安全狀態(tài)，并使制動器制動有真正意義上的二次保護。

2 制動器的二次制動方式

2.1 異步制動

目前電梯上常用的制動器有三大類：鼓式制動器、板式制動器、盤式制動器。盤式制動器又稱碟式制動器，是一種較新型的制動器。雖然目前盤式制動器的使用不如鼓式制動器和板式制動器普遍，但因其性能優(yōu)良、制動可靠，其使用范圍有逐漸擴大的趨勢。盤式制動器至少有兩組獨立制動部件，筆者認為可以利用這兩組獨立制動部件進行異步制動，即在正常運行停車時，先用一組獨立制動部件（含前后兩個制動盤）制動，經(jīng)過一個短暫的時差，再增加第二組制動部件制動，在中間這一短暫時間內(nèi)，嚴格監(jiān)測電梯的溜車狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)兩次制動中間有電梯溜車，即使第二組制動部件投入后可終止溜車，也立即進入電梯保護狀態(tài)，終止電梯運行。

這里需要考慮兩個問題。1）當一組制動部件先投入制動時，其制動力是否夠？這個問題實際上跟制動器的設(shè)計有關(guān)。在GB 7588—2003中對制動器的制動能力有明確規(guī)定：“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)。如果一組部件不起作用，應(yīng)仍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”。也就是說，制動器中的一組獨立部件應(yīng)有能力使載有額定載荷的轎廂在以額定速度下行時能減速，而這種要求比正常運行時停車狀態(tài)下的制動難度大得多，因此，盤式制動器的一組獨立制動部件在正常運行停車時單獨制動應(yīng)該沒有問題，否則就是設(shè)計有缺陷或設(shè)備有故障。盤式制動器通常有2組獨立制動部件，也有少數(shù)盤式制動器有三組制動部件，如果有三組獨立制動部件，第一次制動可以用兩組獨立制動部件，第二次再加一組，因為第一次制動需要的力要大一些。盤式制動器的制動面是平面，其制動接觸會更好，而且每組獨立制動部件有兩個制動面（即雙面制動），不像鼓式及板式制動器每個獨立制動部件只有一個制動面，這就使得盤式制動器的制動更可靠，而且單組制動部件獨立投入時不會產(chǎn)生偏載力，這些都使得盤式制動器與鼓式及板式制動器相比，其制動部件的可靠性更好，也更適合用于單個獨立制動部件相繼投入的異步控制。

2）異步制動是否會明顯加劇制動器的磨損。盤式制動器使用異步制動時，其先后投入的兩組制動盤的磨損是不均勻的，先投入的一組制動盤的磨損可能稍大一些，而后投入的一組制動盤的磨損可能會減小，因而從整體上看，與兩組制動盤同步制動的磨損相比可能不會相差太大。另外，由于盤式制動器的獨立制動部件是雙平面制動，具有足夠的制動能力，而且在短暫時間之后另一組制動部件又會及時投入，因此即使是第一組制動部件的單獨投入，其磨損也不會很大。另外還需注意，盤式制動器的異步制動應(yīng)只用于正常運行情況下的停車制動，此時的制動通常是零速制動，這種制動所需的制動力不會很大，磨損也不會很大。如果是在故障情況下的緊急停車（常為非零速制動）還是要用兩組獨立制動部件同時投入的同步制動，這在控制方式上可以進行分別處理。因此從整體上講，盤式制動器的異步制動并不會明顯增加制動器的磨損。

2.2 分時制動

盤式制動器目前使用不是太多，對于目前大量使用的鼓式制動器，有辦法在不改變電梯現(xiàn)有硬件模式的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)二次制動控制。就是制動器的分時制動。由于鼓式制動器單臂制動可能發(fā)生偏載力，因而如果要在原有制動模式上考慮鼓式制動器的二次制動，只能考慮雙臂同時投入的分時制動控制模式：第一次釋放電磁力時就讓兩個制動臂完全貼合在制動輪上，但此時只使用部分制動力（即保留部分電磁力），經(jīng)過短暫延時，再加上全部制動力（即切斷全部電磁力），而在中間的延時過程中，嚴密監(jiān)測制動器的溜車，一旦發(fā)現(xiàn)制動器有制動力不足的溜車，完全制動后電梯馬上終止運行，進入故障鎖定，等待檢修。由于電磁線圈的電磁力和線圈上通電電流和電壓有關(guān)，改變電流或電壓即可改變電磁力，實行分時制動。分時制動第一次可投入總制動力的70%，二次制動再增加剩下的全部制動力。由于對制動器的基本要求是單組制動（鼓式制動器即單邊制動，大約投入50%的總制動力）就要能夠使電梯減速或制動，因而兩組同時制動（鼓式制動器即雙邊制動）投入總制動力的70%時，制動在正常情況下應(yīng)該沒有問題。而如果制動器有問題，則在雙邊制動的前期（第一次制動）會及時表現(xiàn)出來，然后在雙邊制動后期（第二次制動）會及時終止電梯運行，也不會有問題。

分時制動還要考慮一個問題：雙邊制動的前期制動只用了總制動力的70%，這會不會因制動力較小而出現(xiàn)新的問題？由于分時制動是用在正常運行狀態(tài)下的停車制動，不是用在緊急狀態(tài)下急停，因而是在零速下制動，其制動力一般是夠的。而且，還可以有適當增強制動力的方法。如果能保證及時開閘，可以通過加大制動彈簧壓力的辦法增強總制動力，即此時雖然通過電力控制投入70%的制動力，但由于總制動力增加，此時70%制動力根據(jù)制動彈簧具體調(diào)整量可相當于調(diào)整前的80%～100%，甚至可以更大。而如果在分時制動中直接增大機械制動力會影響制動器開閘，則可在增大制動力的同時適當增大電磁開閘力。增大電磁開閘力的方法有增大制動器線圈的通電電流、通電電壓、增大線圈導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線纏繞圈數(shù)等方法。如果線圈的容量夠，可直接增加線圈的通電電流或通電電壓，如果容量不夠，就需在設(shè)計時適當增加線圈中導(dǎo)線的直徑或?qū)Ь€的纏繞圈數(shù)。增加導(dǎo)線的直徑可減小導(dǎo)線電阻，在同樣電壓下可增大導(dǎo)線的電流，而增大導(dǎo)線的纏繞圈數(shù)則可直接增加線圈的磁場強度，也可增大電磁松閘力。也就是說，在分時制動的一次制動中可以用到和傳統(tǒng)制動方式相當?shù)闹苿恿?，而二次制動則在已制動的基礎(chǔ)上再增加制動力，使制動更加可靠。

下面通過圖1的一個具體的控制電路來說明一下分時制動的基本控制思想。雖然圖1中使用的是一些具體的電氣部件，但圖中有些電氣部件或電氣控制在PC機和計算機控制系統(tǒng)中是可以由軟件控制代替的，而為了敘述方便，這里仍用了實際的電路。圖中RJB和RFD為抱閘經(jīng)濟電阻和抱閘放電電阻，這在很多電梯中已經(jīng)有類似的使用。抱閘放電電阻（RFD）用于制動器線圈斷電時通過對電阻放電消耗掉部分能量，避免線圈因斷電時電流突變而產(chǎn)生較大的自感電動勢造成電氣觸點拉弧。抱閘經(jīng)濟電阻（RJB）用于制動器通電開閘后保持維持電壓。制動器開閘后用維持電壓有幾個好處，一是減小抱閘線圈開閘后的通電電流，延長線圈壽命，二是減少線圈在斷電時的能量釋放，避免觸點拉弧，另外還可加快合閘的時間及減小合閘時的機械沖擊。分時制動電阻（RFS）的使用則是一種全新的控制方式，此電阻用于分時制動中第一次制動時限制部分電壓，使制動器以總制動力的70%投入制動，如整個制動器電路被斷掉，則制動器以100%的總制動力投入制動，即二次制動。

在分時制動中，抱閘經(jīng)濟電阻（RJB）和分時制動電阻（RFS）要有一定的配合，為了避免這兩個電阻在使用時發(fā)生不必要的干涉，圖1中用了一個時間繼電器JQS進行統(tǒng)一控制（在實際控制中根據(jù)需要也可以用不同的控制）。JQS為啟動加速延時繼電器，它在剛接通鑰匙開關(guān)的正常停車狀態(tài)（即電機掉電狀態(tài)）時接通，此時JQS1（延時斷開常開觸點）瞬時接通，短接抱閘經(jīng)濟電阻，為以全電壓啟動開閘做準備，JQS2（常閉觸點）和JQS3（延時斷開常閉觸點）皆斷開，但因電梯停車時前端B1和B2斷開，分時制動電阻（RFS）不起作用。當電梯運行方向確定并關(guān)好門之后，準備開閘之前JQS繼電器先斷開，常閉觸點JQS2和JQS3皆瞬時閉合，短接分時制動電阻，而JQS1延時斷開，即制動器以全電壓開閘并經(jīng)一個短暫延時后JQS1再斷開，使制動器串入經(jīng)濟電阻以維持電壓保持。運行完后停車（電機掉電）時，JQS繼電器再次接通，其常開觸點JQS1瞬時閉合短接經(jīng)濟電阻，JQS2瞬時斷開，串入分時制動電阻進行一次制動，而經(jīng)短暫延時后JQS3斷開，斷掉整個制動器電路進行全制動力的二次制動。制動器電路前端的B1和B2為切斷制動器電路的兩個獨立電氣裝置的觸點（其中任何一個觸點斷開時制動器都以全制動力制動），而B1可以由JQS3控制，在JQS3延時到后斷開，B2為另一能斷開制動器全電路的獨立電氣觸點，和B1大致同時斷開，但它不受JQS3控制，即使JQS3出現(xiàn)故障不能斷開，B2也應(yīng)能及時斷開制動器全電路，實施全制動力制動，同時通過對B1、B2、JQS的監(jiān)控電路終止電梯運行。

圖1 制動器分時制動電氣控制控制簡圖

2.3 二次制動的有效性分析

還有一個需注意的問題，在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中有一個對制動無附加延時的要求：斷開制動器釋放電路后，電梯應(yīng)無附加延時地被有效制動。那么上述分時制動是否滿足這一要求？從圖1的電路可以看出，圖中JQS3、B1、B2中任何一個開關(guān)斷開皆可視為斷開了制動器釋放電路，也就是說，在分時制動中完全斷開制動器釋放電路應(yīng)該是在二次制動時，此時顯然電梯已經(jīng)被有效制動，并沒有出現(xiàn)任何延時。分時制動和傳統(tǒng)的一次制動相比，可視為多了一個前期制動，即電梯被提前可靠制停，這顯然不存在安全問題，也不違背GB 7588—2003。而且，即使將第一次制動和第二次制動看成一個完整的制動，斷開制動器電路從JQS2斷開算起，則由于分時制動要求第一次制動就能有效地制停電梯，而第一次制動在電梯停車（電機掉電、JQS2斷開）后就能立即制動，也沒有延時。雖然第一次制動和第二次制動之間有一個延時，那也只是制動時間變長，并不影響制動效果的及時性，而在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中只對制動效果的及時性做了要求，對制動過程的長短并無要求，因而在這種情況下，分時制動仍然滿足GB 7588—2003的要求。

3 結(jié)束語

制動器的異步制動和分時制動是兩種值得探討的新的二次制動模式，與傳統(tǒng)的一次制動模式相比，二次制動模式的制動可靠性高，而且能早期發(fā)現(xiàn)制動器故障，有實施制動器二次保護的功能。電梯中除了制動器外，雖然還有下行超速保護裝置（安全鉗）、上行超速保護裝置（夾繩器）、緩沖器能終止電梯運行，但它們都不能對發(fā)生在層站附近的低速或中速溜車起到安全保護作用。實際上，最能夠?qū)χ苿悠髁镘嚻鸬奖Ｗo作用的是制動器本身。在傳統(tǒng)的制動模式中，由于制動器自身沒有二次保護功能，一旦制動器出現(xiàn)問題安全保護系統(tǒng)可能崩潰，極有可能會引發(fā)剪切安全事故，而若使用制動器二次制動模式，就可有效避免這類安全事故。

Analysis of Twice Braking Modes of Brake

Zhang Chuanji
（Chongqing special equipment inspection institute Chongqing 401121）

This paper has analyzed two new twice braking modes of elevator: asynchronous braking and timesharing braking. These braking modes are different in the control method with the same brake as usual once braking mode. The asynchronous braking and time-sharing braking put brake and protection organically together， which not only improve the reliability of the brake， but also realize secondary protection for brake.

Twice braking Asynchronous braking Time-sharing braking Time-sharing braking resistor

X941

B

1673-257X（2015）04-49-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.04.012

張傳基（1957～），男，本科，主任助理，高級工程師，從事電梯檢驗二中心檢驗質(zhì)量管理、電梯檢驗現(xiàn)場質(zhì)量抽查，電梯檢驗報告的審批工作。

2014-07-28）