曳引驱动电梯制动试验中制停距离研究

刘 涛

(陕西省特种设备检验检测研究院，陕西 西安 710048)

0 引言

随着我国城镇化进程的加快，老旧电梯保有量也在不断攀升，其暴露的安全隐患问题日益显著[1]，电梯的安全可靠性也倍受关注。近年来，因制动器等安全部件的缺陷导致电梯的剪切、坠落等事故时有发生，特别在老旧电梯集中的省市[2]，在用电梯安全问题亟待解决，因此TSG T7001—2009(含第2号修改单)自2017年10月1日起新增了电梯定期检验每5年必做的8.13项制动试验[3]，对老旧电梯制动器的制动能力和曳引能力进行综合考核。然而，制动试验对试验结论评判只做了定性描述，未给出定量的评判标准，不同检验员对此理解各异，检验过程中可操作性较差[4]。笔者通过对GB 7588—2003(含第1号修改单)的内容研究，并结合TSG T7001—2009(含第2号修改单)对电梯定期检验的内容和要求进行分析，提出了制动试验评判依据的量化建议。

1 制动试验内容

TSG T7001—2009(含第2号修改单)8.13项制动试验内容如下：轿厢装载125%额定载重量，以正常运行速度下行时，切断电动机和制动器供电，制动器应当能够使驱动主机停止运转，试验后轿厢应无明显变形和损坏。经现场检验发现，大部分制动器都能够使驱动主机停止运转，试验后轿厢也无明显变形和损坏，但是曳引钢丝绳打滑距离较长，可见虽然驱动主机停转，但曳引力不足导致轿厢未可靠制停。因125%额载紧急制动有可能破坏电梯的曳引条件，所以若试验中钢丝绳在一定的范围内打滑应该是允许的[5]，相反，若试验中钢丝绳未发生丝毫打滑，须质疑空载曳引检查的可信度。

制动试验过程中，无论是驱动主机未停止运转还是钢丝绳过长距离打滑，都将导致轿厢发生“溜梯”。若开门“溜梯”可能造成剪切或(和)坠落事故；若“溜梯”速度未达到限速器动作速度，可能造成蹲底事故；若“溜梯”过程中安全钳因卡阻等原因未机械动作，还可能造成电梯高速下坠而损毁轿厢。因此，制动试验中轿厢移动距离可以反映电梯制动能力和曳引能力的综合性能[6]。然而，制动试验中轿厢移动距离究竟应该在何范围，只有量化了才便于对检验结果进行客观评判。

针对制动试验，笔者通过研究国标和检规，提出了额定速度不超过3.5 m/s的电梯制停距离。

2 满足国标对制动器和曳引条件的要求

2.1 满足制动器要求

GB 7588—2003第12.4.2.1项要求[7]：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，此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。标准中要求：无论是蓄能型缓冲器还是耗能型缓冲器，缓冲器作用期间的平均减速度不应该大于1g；渐进式安全钳制动时的平均减速度应为0.2g～1.0g。因此以此减速度为切入点，研究满足制动试验中轿厢的制停距离。为排除其他因素对轿厢减速度的影响，假设限速器-安全钳联动试验合格，安全钳工作状况正常，安全钳钳体与导轨间间隙不会因轿厢的运行振动而改变。

轿厢制停距离可近似表示为[8]：

(1)

其中：v为轿厢额定速度，m/s；a为轿厢允许的平均减速度，取值0.2g～1.0g(g为重力加速度)，m/s2。

考虑到缓冲器允许的最大平均减速度，即a=1.0g，根据式(1)算出不同额定速度下的制停距离L1，如图1所示曲线L1。由图1可知，L1反映了制停距离的允许下限数值。

2.2 满足曳引条件

GB 7588—2003附录M限定了紧急制动工况下轿厢的减速度a。

(1) 对于正常情况，a≥0.5 m/s2，根据公式(1)计算出对应不同额定速度的制停距离L2，如图1所示曲线S20下方区域。

(2) 对于使用了减行程缓冲器的情况，a≥0.8 m/s2，同理可计算出制停距离L2，如图1所示曲线S21下方区域。

图1 轿厢制停距离随额定速度变化的示意图

此外，为了满足上述安全技术要求，正常情况下，对于额定速度不超过3.5 m/s的电梯，为满足制动器的要求，其最小制停距离不小于曲线L1。

经检验发现，平衡系数对制动曳引力的影响较大，尤其在可能破坏曳引条件的制动试验过程中，平衡系数偏大或者偏小对轿厢制停距离都有影响。

根据电梯具体平衡系数的不同，参考文献[8]电梯上行制动平衡系数对制停距离的影响，考虑到制动试验轿厢侧比对重侧重，对文献[8]中参数进行调整，对公式(1)进行修正，即:

(2)

其中：β为平衡系数q对制动距离L2的修正系数，其值见表1。

表1 平衡系数q对制动距离L2的修正系数β

3 确保电梯制停时具有足够的安全距离

为了保证电梯制动试验中轿厢在接近底层端站之前具有足够的安全制停距离，不至于失控蹲底(尤其对于高速多层电梯)，制停距离可根据电梯的总提升高度而定。

因电梯下行制动试验要求电梯在125%额定载荷额定速度下行至行程下部时断电，因此电梯断电时所处的位置在一定程度上也决定了其安全制停距离。该距离是多参数函数，是今后需要进一步研究的对象，设制动试验电梯断电时所处位置距离底层端站距离为h，则轿厢安全制停距离为:

L4≤f(v,q,h,μ,α).

(3)

其中：f为多参数函数，且f≤h，m；μ为当量摩擦因数；α为钢丝绳在绳轮上的包角，(°)。

4 国标和检规对缓冲器压缩行程的要求

为防止制动试验中轿厢突然制停时发生轿厢蹲底事故，制停的距离不能超过L5。当轿厢在最低层平层时，L5为轿厢撞板至轿厢缓冲器顶面的实测距离LJh和轿厢缓冲器的压缩行程LY之和，即：

L5=LJh+LY.

(4)

根据GB 7588—2003第10.4项轿厢和对重缓冲器的行程，缓冲器总行程LY应该满足以下要求：

(1) 蓄能型缓冲器总行程LY≥0.135v2(最小取0.065 m)。

(2) 耗能型缓冲器总行程LY≥0.067 4v2，当采用减行程缓冲器时[3]，由下式确定LY:

当电梯额定速度v≤1.0 m/s时，通常情况都采用蓄能型缓冲器，而国标规定，当v>1.0 m/s时，则必须采用耗能型缓冲器，为了简化，假设v≤1.0 m/s时，采用蓄能型缓冲器；v>1.0 m/s时，采用耗能型缓冲器。因此可以得到一般缓冲器和减行程缓冲器的压缩行程分别随额定速度变化的曲线，如图2所示。由图2可知，当额定速度v≤3.5 m/s时，一般缓冲器的压缩行程随着额定速度的增大而不断增大，而减行程缓冲器的压缩行程为恒值0.42 m。

图2 缓冲器压缩行程随额定速度的变化

实测值LJh随电梯井道底坑和缓冲器安装尺寸不同而异，因此欲求L5则需先测得LJh。

然后将计算得到的L5与L3进行比较，取二者的较小值做为125%额载制动试验中轿厢允许制停距离L0，即:

L0=min{L3,L5}.

(5)

理论上125%额载制动试验中轿厢允许制停距离L应满足：

L1≤L≤L0.

(6)

若制停距离L小于L1，则轿厢紧急制停时的减速度可能超过了安全钳或缓冲器允许的减速度范围；若制停距离L大于L0，则电梯可能已经不满足曳引条件。制停距离接近L0时为安全警戒。

考虑到制动试验过程中存在曳引条件在紧急制动过程中瞬间破坏而引起的轿厢失控滑移工况，轿厢在制停之前的滑移距离有可能超过L0，为了避免轿厢失控滑移蹲底，同时减小轿厢运动部件在过大的制动冲击之下受损，可取L3、L4和L5的较大值作为轿厢安全保护制动的最大允许动作距离L01。

L01=max{L3,L4,L5}.

(7)

制停距离接近L01可认为电梯安全制动系统已完全失效，须采取补救措施避免严重事故发生。

5 结束语

随着我国电梯研发和检测技术的不断成熟，老旧电梯的安全隐患也日渐暴露，笔者建议相关职能部门尽量细化和量化电梯检验规范中要求的相关项目，便于检验人员客观准确地下定检验结论。

电梯制动试验是TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》(含第2号修改单)要求每5年必须进行的检验项目，而该项目对试验结论的评判只做了定性描述，未给出定量的评判标准，不方便检验人员客观准确地下定检验结论。笔者通过对国标和检验规范的理解，综合考虑安全钳、缓冲器和制动器的要求，针对额定速度不超过3.5 m/s的电梯，通过对各项安全技术要求进行分析和计算，提出了对制动试验检验结果的分级量化评判，为以后对制动试验制停距离的进一步研究提供了理论方法，为检验人员对电梯制动试验项目的检验提供了借鉴。