曳引电梯制动性能分析

潘相晨

（杭州市特种设备检测研究院 杭州 310003）

曳引电梯制动性能分析

潘相晨

（杭州市特种设备检测研究院 杭州 310003）

电梯制动器是电梯重要的安全部件，因电梯制动性能不足，而造成的电梯事故屡有发生。但电梯制动器制动力并不是决定电梯制动性能的唯一因素，本文依据标准对电梯制动器制动性能的要求，通过建立简单的数学模型，对影响电梯制动性能的因素进行了分析。

电梯安全 制动器 制动性能 曳引能力

电梯制动器是电梯上动作最频繁的重要部件之一。它一方面保证电梯正常运行时，在平层位置不会因为轿厢与对重之间的重量差而引起的溜梯；另一方面可以保证电梯在发生动力电源或控制电路电源失电时，使运行中的电梯能够有效的制停，但电梯制动器制动力并不能完全决定电梯的制动性能。应依据标准对制动器的要求，深入探讨影响电梯制动性能的各类因素。

1 电梯制动器制动能力的设计要求

对电梯的制动其力学实质是通过制动轮与闸瓦之间的摩擦阻力将电梯的所有运动零部件以及载荷的惯性能量消耗掉。运动着的电梯其全部动能为电梯载荷、电梯所有的运动部件及曳引机至电梯轿厢之间其他旋转部件三大部分的惯性能量之和。以曳引比为1：1的情况为例可得：

式中：J——电梯各运动部件折算到制动轮上的转动惯量之和，kgm2；

Qz——电梯轿厢内的载荷，kg；

Qx——电梯空载时轿厢（含装在轿箱上的所有零部件）、随行电缆、钢丝绳、对重等直线运动部件的质量之和，kg；

R ——曳引轮半径，m；

nz——制动轮的转速，r/min；

nl——曳引轮的转速，r/min；

η1——曳引机的机械效率；

η2——井道系统的机械效率；

Jx——电梯上其他转动惯量之和，kgm2。电梯在紧急制动时所需的制动力矩为：

式中：Mz——制动器制停电梯需要的制动力矩，Nm；

Mh——恒外力矩（由电梯的载荷决定），Nm；

Md——所有运动部件折算到制动轮的惯性，Nm；

K ——电梯的平衡系数；

Q ——电梯的额定载荷，m/s；

gn——重力加速度，m/s2；

ε——制动轮的减速度，rad/s2；

a ——电梯制动时轿厢的减速度，m/s2；

由上述5个公式可得：

GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中12.4.2.1对电梯制动器制动力有如下要求：

“当轿厢载有125%额定载荷并以额定速度向下运行时，操作制动器应能使曳引机停止运转，在上述情况下，轿厢的减速度不应超过安全钳动作或轿厢撞击缓冲器所产生的减速度。

所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。如果其中一组部件不起作用，应能有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。

电磁线圈的铁芯被视为机械部件，而线圈则不是。”

根据式(6)可得125%额定载荷下行时制动需要的制动力矩M125为：

由GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中可知安全钳动作或轿厢撞击缓冲器所产生的减速度最大不应超过1.0gn，即式(7)中轿厢的减速度a最大不应超过1.0gn，可得出理论上电梯制动器的最大允许力矩Mmax：

单组制动部件迫使额定载荷轿厢减速下行时，减速度a接近0时所需要的制动力矩最小，代入式(6)可求得单边最小力矩Mmin至少应为：

2 制动力矩对电梯制动性能的影响

对于同一台电梯，忽略由于轿厢位置变化所产生的影响，由式(7)可推知，125%额定载荷的电梯下行时紧急制动，其制动减速度取决与电梯制动器的制动力矩。因此制动力矩是电梯制动性能的决定性因素，将制动力矩设计在合理的范围会决定电梯在紧急制动时是否安全。如果制动力矩过小，则有可能造成电梯无法有效的制停从而造成冲顶、蹲底等危险情况，特别是对于高速电梯，制动力矩过小将使制停距离过长从而造成制动轮与制动闸瓦长时间摩擦如产生烧蚀则危害具大。如果制动力矩过大，则会造成制动减速度过大，从而可能对轿厢内的乘客造成危害。

在实际的使用过程中，由于电梯制动轮是固定不变的，也就相当于力臂是不变的，因此制动力矩大小的调整完全依靠调节制动器制动力来进行。也就是说在相同工况的下，制动器制动力是决定电梯的制动性能最主要因素。

3 曳引能力对电梯制动性能的影响

电梯从开始制动到完全停止所运行过的距离通常称之为制停距离，它是电梯动态制动性能的具体表现。假设电梯在制动过程中是匀减速度过程，则制停距离S可由运行学式(5)求得

式中：V——电梯运行速度，m/s。

由上述对电梯制动器制动力矩分析可知，在相同的载荷条件下，同一电梯的制动减速度a取决于该电梯的制动力矩，也就是说电梯的制停距离主要取决于制动器制动力矩的大小。但实际上，在电梯轿厢减速度a未达到1.0gn时，原来曳引条件满足的情况，可能由于减速度a较大而使从而造成曳引条件不满。此时曳引轮与曳引钢丝绳会产生打滑现象，直至当曳引轮被制停后，在曳引轮与钢丝绳的摩擦阻力作用下减速使轿厢完全制停。此时电梯的制停距离S是由曳引轮的制停距离S1及曳引轮与钢丝绳之间打滑产生的距离S2所决定的。即：

4 制动力、曳引能力与电梯制动性能的关系

在电梯制动过程中，因制动力与曳引能力的相互影响，会出现以下几种制停过程：

1）制动器动作后，制动力对电梯的制动减速度比较小，未破坏电梯正常的曳引能力，电梯轿厢在制停的过程中，钢丝绳与曳引机未发生打滑现象。

2）制动器动作后，钢丝绳与曳引机开始打滑，速度降低后重新满足曳引条件，轿厢与曳引机同时停止运动。

3）制动器动作后很快抱死，钢丝绳在曳引轮上打滑一段时间后轿厢停止。

4）制动器动作后，因制动力不足，无法对电梯曳引机制停，导致电梯轿厢撞击缓冲器或是因超速导致限速器-安全钳动作。

5）制动器动作后很快抱死，钢丝绳在曳引轮上打滑并且一直停不下来，电梯撞击缓冲器或是因超速导致限速器-安全钳动作。

第一、二种是理想状态，要求曳引力很大，但这种情况下的制动力偏小，很难做到。第三种情况是大部分电梯的实际情况，此时曳引力越大滑行的距离越短，电梯将越安全。第四种情况制动力太小，第五种情况则是制动力太大而曳引力太小，这两种状态都将使电梯处于不安全的状态下，是不安全与不允许的。

5 平衡系数对电梯制动性能的影响

平衡系数是电梯的重要技术参数，它直接影响电梯的曳引能力，同时平衡系数也是电梯设计时决定制动器制动力矩的参考因素之一。由式(8)、式(9)可知，如果电梯的平衡系数小于它的设计允许值，则可能会造成电梯在125%额定载荷下行或者单组制动部件额定载荷下行的情况下制停距离过大甚至无法可靠制停的情况。如果电梯的平衡系数大于它的设计允许值，则电梯在空载上行时也同样存在上述问题。杭州就曾经发生过，因电梯轿厢过度装潢而电梯的平衡系数又未经调整从而造成电梯制动器制动力不足的情况，直接导致满载的电梯在平层位置开门溜梯。

6 影响电梯制动性能的其他因素

由本文前述的数学公式可以得出，影响电梯制动性能的因素远不止制动力矩、曳引能力和平衡系数。电梯的额定载荷、当前载荷、电梯系统自身的重量、电梯运行的速度、曳引机系统本身的差异、紧急制动时轿厢在井道中所处的位置都对电梯紧急制动时的制动能力产生影响。不过就同一电梯的制动性能而言，额定载荷、额定速度、曳引机系统本身的差异都是固定不变的。而电梯轿厢制动时的载荷、与紧急制动时轿厢在井道中所处的位置，对于满足设计要求的电梯而言，只能说会影响其制动效果。制动效果并不等同于制动性能，制动效果是表象，而制动性能是根本。制动效果表现出来的是制停距离的长短，而制动性能的根本是能否在合适的减速度下将电梯有效的制停。从实际出发，电梯的制动力矩、曳引能力和平衡系数在电梯的使用过程中，都有可能发生变化，在使用过程中应特别加以注意。

1 鲍献华，等.电梯曳引机连接套筒与蜗轮失效与分析[J].中国特种设备安全,2012,28(1):64~65

2 吴尽,等.制动器回路中两个电气装置独立性的验证[J].中国特种设备安全,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，工程师，电梯检验责任工程师，主要从事电梯制动性能分析、电梯相关标准法规研究。

2014－02－18）