闸瓦式电梯制动器紧急制动力矩计算研究*

林燕 彭启凤 孙学礼 李中兴



闸瓦式电梯制动器紧急制动力矩计算研究*

林燕 彭启凤 孙学礼 李中兴

（广州特种机电设备检测研究院）

制动器是电梯重要的安全装置，其可靠性直接关系到电梯的使用安全。为达到电梯制动器的性能要求，需要确定其受力形式及大小。从制动器的基本结构出发，利用力矩平衡原理，分别计算曳引比为1：1的电梯在静止、正常停梯和下行紧急停梯工况下的制动器所受力矩；再以额定载荷为1 t的客梯为例进行计算，在紧急制动情况下，若不考虑钢丝绳的相对滑动，当制动加速度=1 g时，在额定载荷的作用下，紧急制动力矩是静载力矩的8倍；在1.25倍额定载荷作用下，紧急制动力矩是静载力矩的6.7倍。计算结果表明：紧急制动对制动器要求比静载时高很多，所以在制动器使用过程中，需要充分保证制动压力及制动面的摩擦系数才能使电梯满足可靠制动的要求。

制动器；力矩；紧急制动；加速度

0　引言

随着电梯数量的激增以及我国电梯大客流、高负荷运转等情况，电梯事故有所增加[1]，制动器故障是事故发生的重要原因之一。制动器是电梯重要的安全装置[2]，其可靠性直接关系到电梯的使用安全[3]。抱闸性能是评判电梯性能的重要标准，制动器的抱闸能力很大程度上取决于机械结构的可靠性[4]。研究发现[3]：制动轮表面的油污对制动性能有一定影响；制动闸瓦的偏心使摩擦片与铁芯的接触面积减小，导致制动力不足。如何定量分析这些因素的影响一直是电梯设计及检验人员思考的一大难题[5-6]。本文讨论了闸瓦式制动器的工作原理及制动力矩的计算分析。

1　闸瓦式制动器工作原理

闸瓦式电梯制动器属于摩擦制动器，主要通过制动闸瓦与制动轮之间的摩擦产生制动力矩，是一种常闭式制动器。即电梯处于停梯状态时，电动机和制动器的线圈没有电流通过，电磁铁不具有吸引力，制动闸瓦在弹簧的作用下抱住制动轮；当电梯运行时，电动机通电，制动闸瓦在电磁力的作用下被推开。

在电梯正常停梯过程中，驱动主机控制电梯减速到准静态时制动器抱闸。但当电梯运行出现异常时，安全装置生效使电梯紧急停梯，制动器在电梯高速运转的情况下抱闸，显然，这种情况对制动器的性能要求必然更高。

2　制动器静、动态力矩计算分析

本文以电梯制动器、曳引机、轿厢和对重所构成的整体为研究对象，如图1所示。利用力矩平衡原理，分别计算电梯在静止、正常停梯和下行紧急停梯工况下的制动器所受力矩。

R—曳引轮半径 Mf —制动力矩 V —电梯运行速度P—轿厢重量 W—对重重量

2.1　静止、正常停梯时制动器所受力矩计算

由于在正常停梯抱闸过程中，制动器动作时制动轮的旋转速度很小，可认为是零速抱闸。

制动器制动需要克服轿厢与对重重力不平衡所产生的力矩。

电梯的平衡系数计算公式为

在静止状态下，钢丝绳与曳引轮间无相对滑动，不考虑曳引钢丝绳所产生的重量差，可知制动器所受力矩为

其中为电梯内载荷的重量。

根据我国电梯安全标准及型式试验细则的规定进行分析[7-8]，制动器应能满足装载150%的额定载荷条件下的静载荷试验要求。

2.2　紧急制动时制动器所受外力矩计算

在制动器紧急制动的过程中，由于突然减速，使曳引系统承受的力矩增加。以轿厢、对重及曳引机组成的整体为研究对象，假定钢丝绳与曳引轮间无相对滑动，不考虑曳引钢丝绳所产生的重量差，可知制动器所受力矩为

其中g为重力加速度值。

整理得

其中为电梯减速过程中的加速度值。

轿厢承受1 t额定载荷时，在不同加速度情况下，由式(2)和式(3)计算得制动器在紧急制动情况下所承受的力矩值如表1所示。

表1　不同加速度1 t载荷紧急制动所承受力矩计算表

根据规范要求，为保证电梯在规定范围内制停，同时保证乘梯人的安全，电梯减速过程中的加速度应在0.2 g~1 g，所以表1中取0.2 g~1 g中的部分加速度值进行计算。

此时，不同加速度情况下，制动器在紧急制动情况下所承受的力矩值如表2所示。

3 结果及分析

表2　不同加速度下1.25 t载荷紧急制动所承受力矩计算表

制动器的制动能力与闸瓦压力、闸瓦的调整间隙、摩擦衬垫的性能及摩擦程度、制动轮表面粗糙度都有关系。在紧急停梯情况下，制动器是在制动轮转动情况下抱闸，此时对制动器制动能力的要求提高了很多。

分析表明：影响制动器的制动能力的因素有很多，本文通过分析电梯整体系统的受力情况研究了电梯制动器在紧急制动时所承受力矩的计算方式，但忽略了钢丝绳打滑的影响。对制动器在不同工况下所受的力矩进行分析，为制动器的设计及检验提供依据。

[1] 曹挺.电梯制动器系统及发展趋势[J].现代商贸工业,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] 陈福平.电梯制动器故障引发的两起事件原因分析及预防措施[J].机电信息,2014(21):49,51.

[4] 汪巍.电梯制动器状态检测与失效分析[J].装备制造技术,2014(9):168-169,180.

[5] 江铭鑫.电梯制动器的结构形式及检验检测探究[J].福建质量管理,2016(4):147.

[6] 谢小鹏,牛高产,浦汉军,等.电梯制动器性能检测方法的研究[J].中国机械工程,2011,22(22):2667-2671.

[7] 特种设备安全技术规范.TSG T7007—2016.电梯型式试验规则[S].北京:新华出版社,2016.

[8] 中华人民共和国国家标准.GB 7588—2003.电梯制造与安装安全规范[S].北京:中国标准出版社,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，工程师，主要研究方向：电梯安全检验、评估技术研究等。E-mail: 1084557360@qq.com

基金项目：广东省质量技术监督局科技项目（2017CT21）；广州市质量技术监督局科技项目（2018KJ10）。