制动器二次制动模式的分析

张传基

（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

制动器二次制动模式的分析

张传基

（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

本文分析了电梯制动器的两种新的二次制动模式：异步制动和分时制动。二次制动模式与一次制动模式用的是同样制动器，只是控制方法不同。异步制动和分时制动能将制动器的制动和制动器的二次保护有机融为一体，既能提高制动器的可靠性，又能实现制动器的二次保护。

二次制动 异步制动 分时制动 分时制动电阻

制动器在电梯安全保护中的作用至关重要。电梯的很多安全事故都是发生在低速或中速段，而其在低速或中速段的安全保护主要依赖制动器，而且，电梯中绝大多数的电气安全保护功能的执行，也都依赖制动器，因此，制动器一旦出现故障其后果是灾难性的。正因为如此，在GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》中，对制动器的安全保护级别是最高的，它除了要求断开制动器电路应有两个独立电气装置的触点，还要求参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械制动部件也是两组独立部件，当其中一组不起作用时，另一组仍要有足够的制动力保持电梯的制动或减速，即不论是电气还是机械，都要求有类似二次保护的功能。但尽管如此，电梯的二次保护仍然是不彻底的，这就使得时下有的电梯仍然会发生一些因制动器失效而导致的安全事故。如果制动器二次保护真的做好了，制动器的安全事故应是非常少的。

1 传统的制动方式及存在的问题

目前电梯制动器的制动方式均为一次性制动方式，即电梯制动时同时断开全部制动器电路，一次性施加全部制动力制动。这种方式虽然自电梯出现以来一直被使用，但实际上这种制动方式存在一定安全隐患。尽管现在制动器的两组制动部件在设计和制造上是相互独立的，但两组制动部件同时制动同时磨损，经一段时间的磨损积累后完全有可能两组制动部件同时失效。而且即使是一组制动部件先失效，但由于两组制动部件是同时同步制动，这种故障的前期状态也不会反映出来。单一制动部件不能制动而两组制动部件才能制动是制动器失效的前期状态，此时制动器已经没有安全余量，到了临界状态，而且已经不符合设计要求，应该立即停止运行做相应的检修。但在传统的两组制动部件一次制动的模式下，无法发现这种早期故障，这样电梯会继续运行，同时制动器磨损或故障也会进一步加重，而这种故障积累到了一定程度，制动器就会因整体失效而产生突发性溜车。

为了避免上述情况，制动器可以考虑使用异步制动或分时制动，这两种制动模式可以早期发现制动器的临界安全状态，并使制动器制动有真正意义上的二次保护。

2 制动器的二次制动方式

2.1 异步制动

目前电梯上常用的制动器有三大类：鼓式制动器、板式制动器、盘式制动器。盘式制动器又称碟式制动器，是一种较新型的制动器。虽然目前盘式制动器的使用不如鼓式制动器和板式制动器普遍，但因其性能优良、制动可靠，其使用范围有逐渐扩大的趋势。盘式制动器至少有两组独立制动部件，笔者认为可以利用这两组独立制动部件进行异步制动，即在正常运行停车时，先用一组独立制动部件（含前后两个制动盘）制动，经过一个短暂的时差，再增加第二组制动部件制动，在中间这一短暂时间内，严格监测电梯的溜车状态，一旦发现两次制动中间有电梯溜车，即使第二组制动部件投入后可终止溜车，也立即进入电梯保护状态，终止电梯运行。

这里需要考虑两个问题。1）当一组制动部件先投入制动时，其制动力是否够？这个问题实际上跟制动器的设计有关。在GB 7588—2003中对制动器的制动能力有明确规定：“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。如果一组部件不起作用，应仍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”。也就是说，制动器中的一组独立部件应有能力使载有额定载荷的轿厢在以额定速度下行时能减速，而这种要求比正常运行时停车状态下的制动难度大得多，因此，盘式制动器的一组独立制动部件在正常运行停车时单独制动应该没有问题，否则就是设计有缺陷或设备有故障。盘式制动器通常有2组独立制动部件，也有少数盘式制动器有三组制动部件，如果有三组独立制动部件，第一次制动可以用两组独立制动部件，第二次再加一组，因为第一次制动需要的力要大一些。盘式制动器的制动面是平面，其制动接触会更好，而且每组独立制动部件有两个制动面（即双面制动），不像鼓式及板式制动器每个独立制动部件只有一个制动面，这就使得盘式制动器的制动更可靠，而且单组制动部件独立投入时不会产生偏载力，这些都使得盘式制动器与鼓式及板式制动器相比，其制动部件的可靠性更好，也更适合用于单个独立制动部件相继投入的异步控制。

2）异步制动是否会明显加剧制动器的磨损。盘式制动器使用异步制动时，其先后投入的两组制动盘的磨损是不均匀的，先投入的一组制动盘的磨损可能稍大一些，而后投入的一组制动盘的磨损可能会减小，因而从整体上看，与两组制动盘同步制动的磨损相比可能不会相差太大。另外，由于盘式制动器的独立制动部件是双平面制动，具有足够的制动能力，而且在短暂时间之后另一组制动部件又会及时投入，因此即使是第一组制动部件的单独投入，其磨损也不会很大。另外还需注意，盘式制动器的异步制动应只用于正常运行情况下的停车制动，此时的制动通常是零速制动，这种制动所需的制动力不会很大，磨损也不会很大。如果是在故障情况下的紧急停车（常为非零速制动）还是要用两组独立制动部件同时投入的同步制动，这在控制方式上可以进行分别处理。因此从整体上讲，盘式制动器的异步制动并不会明显增加制动器的磨损。

2.2 分时制动

盘式制动器目前使用不是太多，对于目前大量使用的鼓式制动器，有办法在不改变电梯现有硬件模式的基础上，实现二次制动控制。就是制动器的分时制动。由于鼓式制动器单臂制动可能发生偏载力，因而如果要在原有制动模式上考虑鼓式制动器的二次制动，只能考虑双臂同时投入的分时制动控制模式：第一次释放电磁力时就让两个制动臂完全贴合在制动轮上，但此时只使用部分制动力（即保留部分电磁力），经过短暂延时，再加上全部制动力（即切断全部电磁力），而在中间的延时过程中，严密监测制动器的溜车，一旦发现制动器有制动力不足的溜车，完全制动后电梯马上终止运行，进入故障锁定，等待检修。由于电磁线圈的电磁力和线圈上通电电流和电压有关，改变电流或电压即可改变电磁力，实行分时制动。分时制动第一次可投入总制动力的70%，二次制动再增加剩下的全部制动力。由于对制动器的基本要求是单组制动（鼓式制动器即单边制动，大约投入50%的总制动力）就要能够使电梯减速或制动，因而两组同时制动（鼓式制动器即双边制动）投入总制动力的70%时，制动在正常情况下应该没有问题。而如果制动器有问题，则在双边制动的前期（第一次制动）会及时表现出来，然后在双边制动后期（第二次制动）会及时终止电梯运行，也不会有问题。

分时制动还要考虑一个问题：双边制动的前期制动只用了总制动力的70%，这会不会因制动力较小而出现新的问题？由于分时制动是用在正常运行状态下的停车制动，不是用在紧急状态下急停，因而是在零速下制动，其制动力一般是够的。而且，还可以有适当增强制动力的方法。如果能保证及时开闸，可以通过加大制动弹簧压力的办法增强总制动力，即此时虽然通过电力控制投入70%的制动力，但由于总制动力增加，此时70%制动力根据制动弹簧具体调整量可相当于调整前的80%～100%，甚至可以更大。而如果在分时制动中直接增大机械制动力会影响制动器开闸，则可在增大制动力的同时适当增大电磁开闸力。增大电磁开闸力的方法有增大制动器线圈的通电电流、通电电压、增大线圈导线直径、导线缠绕圈数等方法。如果线圈的容量够，可直接增加线圈的通电电流或通电电压，如果容量不够，就需在设计时适当增加线圈中导线的直径或导线的缠绕圈数。增加导线的直径可减小导线电阻，在同样电压下可增大导线的电流，而增大导线的缠绕圈数则可直接增加线圈的磁场强度，也可增大电磁松闸力。也就是说，在分时制动的一次制动中可以用到和传统制动方式相当的制动力，而二次制动则在已制动的基础上再增加制动力，使制动更加可靠。

下面通过图1的一个具体的控制电路来说明一下分时制动的基本控制思想。虽然图1中使用的是一些具体的电气部件，但图中有些电气部件或电气控制在PC机和计算机控制系统中是可以由软件控制代替的，而为了叙述方便，这里仍用了实际的电路。图中RJB和RFD为抱闸经济电阻和抱闸放电电阻，这在很多电梯中已经有类似的使用。抱闸放电电阻（RFD）用于制动器线圈断电时通过对电阻放电消耗掉部分能量，避免线圈因断电时电流突变而产生较大的自感电动势造成电气触点拉弧。抱闸经济电阻（RJB）用于制动器通电开闸后保持维持电压。制动器开闸后用维持电压有几个好处，一是减小抱闸线圈开闸后的通电电流，延长线圈寿命，二是减少线圈在断电时的能量释放，避免触点拉弧，另外还可加快合闸的时间及减小合闸时的机械冲击。分时制动电阻（RFS）的使用则是一种全新的控制方式，此电阻用于分时制动中第一次制动时限制部分电压，使制动器以总制动力的70%投入制动，如整个制动器电路被断掉，则制动器以100%的总制动力投入制动，即二次制动。

在分时制动中，抱闸经济电阻（RJB）和分时制动电阻（RFS）要有一定的配合，为了避免这两个电阻在使用时发生不必要的干涉，图1中用了一个时间继电器JQS进行统一控制（在实际控制中根据需要也可以用不同的控制）。JQS为启动加速延时继电器，它在刚接通钥匙开关的正常停车状态（即电机掉电状态）时接通，此时JQS1（延时断开常开触点）瞬时接通，短接抱闸经济电阻，为以全电压启动开闸做准备，JQS2（常闭触点）和JQS3（延时断开常闭触点）皆断开，但因电梯停车时前端B1和B2断开，分时制动电阻（RFS）不起作用。当电梯运行方向确定并关好门之后，准备开闸之前JQS继电器先断开，常闭触点JQS2和JQS3皆瞬时闭合，短接分时制动电阻，而JQS1延时断开，即制动器以全电压开闸并经一个短暂延时后JQS1再断开，使制动器串入经济电阻以维持电压保持。运行完后停车（电机掉电）时，JQS继电器再次接通，其常开触点JQS1瞬时闭合短接经济电阻，JQS2瞬时断开，串入分时制动电阻进行一次制动，而经短暂延时后JQS3断开，断掉整个制动器电路进行全制动力的二次制动。制动器电路前端的B1和B2为切断制动器电路的两个独立电气装置的触点（其中任何一个触点断开时制动器都以全制动力制动），而B1可以由JQS3控制，在JQS3延时到后断开，B2为另一能断开制动器全电路的独立电气触点，和B1大致同时断开，但它不受JQS3控制，即使JQS3出现故障不能断开，B2也应能及时断开制动器全电路，实施全制动力制动，同时通过对B1、B2、JQS的监控电路终止电梯运行。

图1 制动器分时制动电气控制控制简图

2.3 二次制动的有效性分析

还有一个需注意的问题，在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中有一个对制动无附加延时的要求：断开制动器释放电路后，电梯应无附加延时地被有效制动。那么上述分时制动是否满足这一要求？从图1的电路可以看出，图中JQS3、B1、B2中任何一个开关断开皆可视为断开了制动器释放电路，也就是说，在分时制动中完全断开制动器释放电路应该是在二次制动时，此时显然电梯已经被有效制动，并没有出现任何延时。分时制动和传统的一次制动相比，可视为多了一个前期制动，即电梯被提前可靠制停，这显然不存在安全问题，也不违背GB 7588—2003。而且，即使将第一次制动和第二次制动看成一个完整的制动，断开制动器电路从JQS2断开算起，则由于分时制动要求第一次制动就能有效地制停电梯，而第一次制动在电梯停车（电机掉电、JQS2断开）后就能立即制动，也没有延时。虽然第一次制动和第二次制动之间有一个延时，那也只是制动时间变长，并不影响制动效果的及时性，而在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中只对制动效果的及时性做了要求，对制动过程的长短并无要求，因而在这种情况下，分时制动仍然满足GB 7588—2003的要求。

3 结束语

制动器的异步制动和分时制动是两种值得探讨的新的二次制动模式，与传统的一次制动模式相比，二次制动模式的制动可靠性高，而且能早期发现制动器故障，有实施制动器二次保护的功能。电梯中除了制动器外，虽然还有下行超速保护装置（安全钳）、上行超速保护装置（夹绳器）、缓冲器能终止电梯运行，但它们都不能对发生在层站附近的低速或中速溜车起到安全保护作用。实际上，最能够对制动器溜车起到保护作用的是制动器本身。在传统的制动模式中，由于制动器自身没有二次保护功能，一旦制动器出现问题安全保护系统可能崩溃，极有可能会引发剪切安全事故，而若使用制动器二次制动模式，就可有效避免这类安全事故。

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

张传基（1957～），男，本科，主任助理，高级工程师，从事电梯检验二中心检验质量管理、电梯检验现场质量抽查，电梯检验报告的审批工作。

2014-07-28）