電梯下行制動時轎廂滑行距離的探討

王家文 丁玉俊 張偉剛

摘 要：一直以來，電梯進行下行制動檢查項目，尤其是下行制動工況曳引檢查時，轎廂的制動距離缺乏判定依據(jù)，行業(yè)內(nèi)存在諸多爭議。本文的研究方法解得了電梯的下行制動距離，為下行制動工況曵引檢查及下行制動試驗是否符合要求提供了量化依據(jù)，確保電梯曳引能力和制動能力符合要求。

關(guān)鍵詞：下行制動；曳引檢查；制動距離

TSG 7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則-曳引與強制驅(qū)動電梯》第二號修改單中，電梯下行制動項目分為8.11項下行制動工況曳引檢查和8.13項制動試驗，分別驗證曳引能力和制動能力。其中8.13項定期檢驗僅針對乘客電梯，且每5年進行一次試驗。

規(guī)范中8.11項規(guī)定：“轎廂裝載125%額定載重量，以正常運行速度下行至行程下部，切斷電動機與制動器供電，轎廂應(yīng)完全停止”，但未對轎廂的滑行距離給出判定標(biāo)準(zhǔn)，以筆者的工作經(jīng)驗，在實際的試驗過程中，尤其對老舊電梯進行試驗時經(jīng)常會遇到切斷電動機與制動器供電后，轎廂滑行了相當(dāng)長的距離才停止的情況，筆者所經(jīng)歷的極端情況會滑行五米左右。這種情況判定下行制動工況曵引檢查及下行制動試驗符合要求與否，也成為業(yè)內(nèi)的爭議話題。目前主要由以下幾種觀點，但經(jīng)過分析，均缺乏有力的理論支撐。對此，筆者嘗試?yán)碚撀?lián)系實際，根據(jù)科學(xué)的計算方法，解得電梯的下行制動距離范圍。

1 目前行業(yè)內(nèi)的主流觀點及局限性分析

觀點一：依據(jù)GB7588-2003第9.3條和第12.4.2.1條的規(guī)定，當(dāng)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。結(jié)合9.8.4條的規(guī)定，在裝有額定載重量的轎廂自由下落的情況下，漸進式安全鉗制動時的平均減速度應(yīng)為0.2gn-1.0gn。由此得出電梯制動試驗時的減速度也在0.2gn-1.0gn之間，再通過公式S=v2/（2a）即可計算出下行制動時轎廂的滑行距離的范圍。

此類觀點局限性如下：（1）GB7588-2003中未對瞬時式安全鉗及線性緩沖器作用時的減速度范圍做出規(guī)定，因此這種計算方法不適用于裝設(shè)瞬時式安全鉗和線性緩沖器的電梯。（2）9.8.4條中給出漸進式安全鉗動作時減速度范圍的前提是轎廂裝有額定載重量，并不能代表125%額定載荷時安全鉗動作的減速度范圍。因此電梯制動試驗時的減速度在0.2gn-1.0gn之間這一說法并無準(zhǔn)確依據(jù)。

觀點二：依據(jù)GB7588-2003第9.3條和第12.4.2.1條的規(guī)定，當(dāng)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，即1.0gn。結(jié)合附錄M2.1.2規(guī)定，對于緊急制動工況，任何情況下，減速度不應(yīng)小于下面數(shù)值：a）對于正常情況，為0.5m/s2；b）對于使用了減行程緩沖器的情況，為0.8 m/s2。通過公式S=v2/（2a）即可計算出下行制動時轎廂的滑行距離的范圍。

此類觀點局限性如下：（1）附錄M中緊急制動工況，應(yīng)按照轎廂空載或裝有額定載荷時在井道的不同位置的的最不利情況進行計算。因此0.5 m/s2（0.8 m/s2）并不一定適用于轎廂裝載125%額定載荷時下行制動的工況。（2）GB7588-2003第 9.3項中鋼絲繩曳引條件并未涉及125%額定載荷下行制動工況，因此并不適用。

觀點三：羅智菲[2]則認(rèn)為，根據(jù)規(guī)范中轎廂運行至行程下部任意位置（包括底層減速區(qū)的起點）時“切斷電動機與制動器電源”，轎廂應(yīng)當(dāng)“完全停止”且“無明顯變形和損壞”的要求，從轎廂下行至額定速度運行的行程最末端（即電梯下端站減速區(qū)的起點）時制動，電梯處于最不利狀態(tài)，從此時電梯不發(fā)生墩底的要求進行考慮，則轎廂的最大允許制動距離應(yīng)是電梯額定速度運行時的正常減速平層距離與轎廂緩沖器的越程距離之和。

這一觀點局限性如下：缺乏有力的理論計算依據(jù)，這一觀點僅從規(guī)范的要求中推算出電梯在底層附近的最大制動距離，一定程度上符合實際情況，但忽略了制動減速過程中的物理學(xué)定律，若電梯額定速度運行時的正常減速平層距離與轎廂緩沖器的越程距離之和大于計算出來的制動距離，顯然取兩者之和作為最大制動距離是錯誤的。

2 筆者觀點及理論依據(jù)

筆者認(rèn)為，電梯下行制動時，不論鋼絲繩在曳引輪槽中是否打滑，只要最終轎廂完全停止，且未撞擊緩沖器，則試驗結(jié)果應(yīng)是符合要求的。轎廂應(yīng)受向上的減速度作用，對重應(yīng)受向下的減速度作用，這一過程滿足牛頓第二定律；最不利情況應(yīng)為電梯下行至底層平層時制動，且鋼絲繩與曳引輪槽之間發(fā)生相對滑動，結(jié)合歐拉公式，可計算出轎廂制動時的最小減速度，再由公式 S=v2/（2a）可計算出轎廂制動時的最大制動距離。為保證轎廂下行制動時不與緩沖器發(fā)生碰撞，最大制動距離還需滿足不大于減速平層距離與轎廂緩沖器的越程距離之和，兩者取較小值，才是科學(xué)而全面的方法。

2.1 制動減速度理論計算的條件

現(xiàn)實中，電梯曳引比最常見的是1：1和2：1，本文中對這兩種曳引比的電梯的制動減速度進行計算。為簡化計算，張緊裝置及滑輪的質(zhì)量、張緊裝置的滑輪慣量的折算質(zhì)量、轎廂和對重在井道上的摩擦力等均忽略不計，且當(dāng)轎廂位于最低層站時，視為鋼絲繩質(zhì)量全部作用于轎廂側(cè)，補償裝置質(zhì)量全部作用于對重側(cè)，隨行電纜質(zhì)量不作用于轎廂，忽略不計。

各參數(shù)如下：m1—轎廂總質(zhì)量（即轎廂質(zhì)量與125%額定載重量之和）；m2—對重質(zhì)量；m3—曳引鋼絲繩質(zhì)量；m4—補償裝置重量（電梯無補償裝置時為零）；a—轎廂加速度；v—轎廂速度；ω—曳引輪角速度；ε—曳引輪角加速度；f—當(dāng)量摩擦系數(shù)；α—鋼絲繩在曳引輪上的包角。

需要注意的是，鋼絲繩與曳引輪之間發(fā)生相對滑動時應(yīng)滿足：

由式2-3和式2-5可分別得出曳引比1：1及2：1時電梯下行制動時的最小減速度，進而可計算出最大制動距離。

3 實例計算

某電梯額定載重量為1000kg，空載轎廂質(zhì)量1000kg，平衡系數(shù)為0.45，額定速度1.75m/s，減速平層距離2m，轎廂緩沖器越程距離0.35m。曳引鋼絲繩質(zhì)量170kg，補償鏈質(zhì)量140kg，曳引比2：1，曳引輪槽為半圓形，參數(shù)如下：

該電梯計算所得最大下行制動距離為1.21m，按羅智菲的觀點則為2.35m，顯然最大制動距離應(yīng)選取1.21m。

4 結(jié)語

電梯下行制動過程較為復(fù)雜，鋼絲繩與曳引輪是否打滑對制動距離影響較大，因此計算時應(yīng)從最不利的工況計算（曳引能力不足），參數(shù)例如摩擦系數(shù)應(yīng)按滯留工況選擇，這一點容易被忽略。另外，還需和規(guī)范的安全要求綜合考慮，保證下行制動時不會發(fā)生墩底事故。本文的研究方法為下行制動工況曵引檢查及下行制動試驗是否符合要求提供了量化依據(jù)，確保電梯曳引能力和制動能力符合要求。

參考文獻：

[1]GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].

[2]羅智菲.再議電梯制動試驗時轎廂的最大滑行距離[J].中國電梯，2016，27（1）：45-47.

[3]關(guān)金山.電梯緊急制動減速度的理論分析[J].中國電梯，2014，25（1）：17-22.

作者簡介：第一作者王家文，男，大專，高級工程師，從事特種設(shè)備檢驗及研究工作。

*通訊作者：丁玉俊，男，碩士，工程師，從事特種設(shè)備檢驗及研究工作。