閘瓦式電梯制動器緊急制動力矩計算研究*

林燕 彭啟鳳 孫學禮 李中興

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閘瓦式電梯制動器緊急制動力矩計算研究*

林燕 彭啟鳳 孫學禮 李中興

（廣州特種機電設(shè)備檢測研究院）

制動器是電梯重要的安全裝置，其可靠性直接關(guān)系到電梯的使用安全。為達到電梯制動器的性能要求，需要確定其受力形式及大小。從制動器的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用力矩平衡原理，分別計算曳引比為1：1的電梯在靜止、正常停梯和下行緊急停梯工況下的制動器所受力矩；再以額定載荷為1 t的客梯為例進行計算，在緊急制動情況下，若不考慮鋼絲繩的相對滑動，當制動加速度=1 g時，在額定載荷的作用下，緊急制動力矩是靜載力矩的8倍；在1.25倍額定載荷作用下，緊急制動力矩是靜載力矩的6.7倍。計算結(jié)果表明：緊急制動對制動器要求比靜載時高很多，所以在制動器使用過程中，需要充分保證制動壓力及制動面的摩擦系數(shù)才能使電梯滿足可靠制動的要求。

制動器；力矩；緊急制動；加速度

0　引言

隨著電梯數(shù)量的激增以及我國電梯大客流、高負荷運轉(zhuǎn)等情況，電梯事故有所增加[1]，制動器故障是事故發(fā)生的重要原因之一。制動器是電梯重要的安全裝置[2]，其可靠性直接關(guān)系到電梯的使用安全[3]。抱閘性能是評判電梯性能的重要標準，制動器的抱閘能力很大程度上取決于機械結(jié)構(gòu)的可靠性[4]。研究發(fā)現(xiàn)[3]：制動輪表面的油污對制動性能有一定影響；制動閘瓦的偏心使摩擦片與鐵芯的接觸面積減小，導致制動力不足。如何定量分析這些因素的影響一直是電梯設(shè)計及檢驗人員思考的一大難題[5-6]。本文討論了閘瓦式制動器的工作原理及制動力矩的計算分析。

1　閘瓦式制動器工作原理

閘瓦式電梯制動器屬于摩擦制動器，主要通過制動閘瓦與制動輪之間的摩擦產(chǎn)生制動力矩，是一種常閉式制動器。即電梯處于停梯狀態(tài)時，電動機和制動器的線圈沒有電流通過，電磁鐵不具有吸引力，制動閘瓦在彈簧的作用下抱住制動輪；當電梯運行時，電動機通電，制動閘瓦在電磁力的作用下被推開。

在電梯正常停梯過程中，驅(qū)動主機控制電梯減速到準靜態(tài)時制動器抱閘。但當電梯運行出現(xiàn)異常時，安全裝置生效使電梯緊急停梯，制動器在電梯高速運轉(zhuǎn)的情況下抱閘，顯然，這種情況對制動器的性能要求必然更高。

2　制動器靜、動態(tài)力矩計算分析

本文以電梯制動器、曳引機、轎廂和對重所構(gòu)成的整體為研究對象，如圖1所示。利用力矩平衡原理，分別計算電梯在靜止、正常停梯和下行緊急停梯工況下的制動器所受力矩。

R—曳引輪半徑 Mf —制動力矩 V —電梯運行速度P—轎廂重量 W—對重重量

2.1　靜止、正常停梯時制動器所受力矩計算

由于在正常停梯抱閘過程中，制動器動作時制動輪的旋轉(zhuǎn)速度很小，可認為是零速抱閘。

制動器制動需要克服轎廂與對重重力不平衡所產(chǎn)生的力矩。

電梯的平衡系數(shù)計算公式為

在靜止狀態(tài)下，鋼絲繩與曳引輪間無相對滑動，不考慮曳引鋼絲繩所產(chǎn)生的重量差，可知制動器所受力矩為

其中為電梯內(nèi)載荷的重量。

根據(jù)我國電梯安全標準及型式試驗細則的規(guī)定進行分析[7-8]，制動器應能滿足裝載150%的額定載荷條件下的靜載荷試驗要求。

2.2　緊急制動時制動器所受外力矩計算

在制動器緊急制動的過程中，由于突然減速，使曳引系統(tǒng)承受的力矩增加。以轎廂、對重及曳引機組成的整體為研究對象，假定鋼絲繩與曳引輪間無相對滑動，不考慮曳引鋼絲繩所產(chǎn)生的重量差，可知制動器所受力矩為

其中g(shù)為重力加速度值。

整理得

其中為電梯減速過程中的加速度值。

轎廂承受1 t額定載荷時，在不同加速度情況下，由式(2)和式(3)計算得制動器在緊急制動情況下所承受的力矩值如表1所示。

表1　不同加速度1 t載荷緊急制動所承受力矩計算表

根據(jù)規(guī)范要求，為保證電梯在規(guī)定范圍內(nèi)制停，同時保證乘梯人的安全，電梯減速過程中的加速度應在0.2 g~1 g，所以表1中取0.2 g~1 g中的部分加速度值進行計算。

此時，不同加速度情況下，制動器在緊急制動情況下所承受的力矩值如表2所示。

3 結(jié)果及分析

表2　不同加速度下1.25 t載荷緊急制動所承受力矩計算表

制動器的制動能力與閘瓦壓力、閘瓦的調(diào)整間隙、摩擦襯墊的性能及摩擦程度、制動輪表面粗糙度都有關(guān)系。在緊急停梯情況下，制動器是在制動輪轉(zhuǎn)動情況下抱閘，此時對制動器制動能力的要求提高了很多。

分析表明：影響制動器的制動能力的因素有很多，本文通過分析電梯整體系統(tǒng)的受力情況研究了電梯制動器在緊急制動時所承受力矩的計算方式，但忽略了鋼絲繩打滑的影響。對制動器在不同工況下所受的力矩進行分析，為制動器的設(shè)計及檢驗提供依據(jù)。

[1] 曹挺.電梯制動器系統(tǒng)及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2016(7): 195-196.

[2] Peng Q, Li Z, Yuan H, et al. A Model-Based Unloaded Test Method for Analysis of Braking Capacity of Elevator Brake[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2018: 1-10.

[3] 陳福平.電梯制動器故障引發(fā)的兩起事件原因分析及預防措施[J].機電信息,2014(21):49,51.

[4] 汪巍.電梯制動器狀態(tài)檢測與失效分析[J].裝備制造技術(shù),2014(9):168-169,180.

[5] 江銘鑫.電梯制動器的結(jié)構(gòu)形式及檢驗檢測探究[J].福建質(zhì)量管理,2016(4):147.

[6] 謝小鵬,牛高產(chǎn),浦漢軍,等.電梯制動器性能檢測方法的研究[J].中國機械工程,2011,22(22):2667-2671.

[7] 特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范.TSG T7007—2016.電梯型式試驗規(guī)則[S].北京:新華出版社,2016.

[8] 中華人民共和國國家標準.GB 7588—2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2003.

Study on Calculation of Emergency Braking Moment of Shoe Type Elevator Brake

Lin Yan Peng Qifeng Sun Xueli Li Zhongxing

(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

In order to accurately analyze the performance requirements of elevator brake, first need to determine the stress form and size, from the basic structure of the brake, using the principle of moment balance, lift with a traction ratio of 1:1 in stationary, normal stop and emergency stop down brake ladder under the condition of the torque are calculated respectively. With rated load for 1t passenger is calculated, the calculation results show that in the case of emergency braking, without considering the relative sliding of wire rope, when the brake acceleration=1g, rated load, emergency braking torque is 8 times higher than the static load torque, in effect 1.25 times rated load, emergency braking torque is 6.7 times the static load torque. The calculation results show that the requirement of emergency braking is much higher than that of static braking, so the braking pressure and friction coefficient of braking surface need to be fully guaranteed in order to make the elevator meet the requirement of reliable braking.

Brake; Torque; Emergency Brake; Acceleration

林燕，女，1979年生，工程師，主要研究方向：電梯安全檢驗、評估技術(shù)研究等。E-mail: 1084557360@qq.com

基金項目：廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項目（2017CT21）；廣州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項目（2018KJ10）。