电梯曳引机制动装置的设计与实验研究

2021-08-21沈海燕

机电工程技术 2021年12期

关键词：电梯

摘要：曳引机制动装置在保障电梯运行安全方面发挥着非常重要的作用。为了提升电梯运行的安全性和可靠性，对曳引机的制动装置的结构进行了优化改进。在介绍传统电梯曳引机鼓式制动装置结构及其工作原理的基础上，分析了手动松闸结构在实际操作时存在的安全隐患问题。在此基础上对手动松闸结构进行优化改进，将一套松闸扳手和转轴改为两套松闸扳手和转轴，同时将松闸转轴截面由矩形改为底边为锐角的等边三角形。采用这种冗余设计显著提升了结构的可靠性。根据制动装置设计方案制作了实验样机，并对其开展了500次的实验工作，发现改进后的手动松闸结构运行可靠、稳定。通过对制动装置的结构优化，使得电梯的安全性得到显著提升，具有重要的实践意义。

关键词：电梯;曳引机;制动装置;手动松闸

中图分类号：TU857文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）12-0263-03

Design and Experimental Research on Braking Device of Elevator Traction Machine

Shen Haiyan

（ Quanzhou Branch of Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute，Quanzhou，Fujian 362010，China ）

Abstract：The braking device of the traction machine plays a very important role in ensuring the safety of elevator operation. In order to improve the safety and reliability of elevator operation，the structure of the braking device of the traction machine had been optimized and improved. Based on the introduction of the structure and working principle of the drum brake device of the traditional elevator traction machine，the hidden safety problems of the manual brake release structure in actual operation were analyzed. On this basis，the manual brake release structure was optimized and improved，mainly by changing one set of brake release wrench and rotating shaft to two sets of brake releasing wrench and rotatingshaft，and at the same time，changing the cross section of the brake releasing shaft from a rectangle to an equilateral bottom with an acute angletriangle. The use of this redundant design significantly improved the reliability of the structure. An experimental prototype was made according to the design scheme of the brake device，and 500 experiments were carried out on it，it was found that the improved manual brake release structurewas reliable and stable. By optimizing the structure of the braking device，the safety of the elevator has been significantly improved，which has important practical significance.

Key words：elevator;traction machine;braking device;manual brake release

0 引言

現阶段电梯在建筑中的应用非常广泛，几乎所有新修建的建筑都安装了电梯，并且对于早年建设的老旧小区，国家正在推广电梯的安装使用[1-2]。电梯的大面积推广使用给人们的日常生活带来了极大方便，节约了人们上下楼梯出行的时间。但电梯行业比较特殊，一旦发生故障问题，可能引发严重的安全事故[3]。轻则对电梯设备自身造成机械损伤，重则造成严重的人员伤亡事故。因此保障民用电梯的安全可靠运行是电梯行业亟需解决的重点问题。电梯曳引机制动装置的可靠运行是确保电梯安全的重要措施和保障，制动装置运行的可靠性对于保障电梯安全具有重要的作用。虽然国家层面特别强调电梯安全问题，社会也非常关注该问题。但是近期我国已经出现了多起由于制动装置失效导致的电梯安全事故，给社会造成了一定的恐慌[4-5]。出现这种情况的原因主要是制动装置的机械结构存在一定的缺陷，影响了其运行的可靠性。基于此，有必要对电梯曳引机制动装置进行优化设计研究，进一步提升制动装置运行的可靠性和安全性[6-7]。针对该问题，本文在分析传统电梯曳引机鼓式制动器结构缺陷的基础上，提出了对应的结构优化改进措施，对优化改进后的结构开展了相关实验研究，实验发现优化后的结构取得了很好的效果，值得推广应用。对于提升电梯运行过程的可靠性和安全性具有重要的实践意义。

1 传统曳引机鼓式制动装置结构及缺陷

1. 1整体结构

电梯曳引机制动装置类型有很多种，常见的包括鼓式制动器、盘式制动器等[8-9]。不同结构的制动装置有其各自的优势和缺点，适用于不同场合。其中鼓式制动器以其结构简单、操作方便、安全性高等优势在电梯及其他行业应用非常广泛[10]。图1所示为传统电梯曳引机鼓式制动装置结构示意图。由图可知，位于上方的圆筒内部设置有两个松闸线圈及铁心，松闸线圈通电后可以产生电磁力迫使铁心向外运动。当电梯正常运行时，松闸线圈通电，制动机械单元处于松开状态，此时该装置不会起到制动效果。特殊情况下，比如突然停电等，导致松闸线圈断电无法工作，电磁力消失，在弹簧的弹性作用力下整个制动机械单元抱紧制动轮毂，达到制动的效果，确保特殊情况下电梯的安全。可以看出，电梯曳引机鼓式制动装置的作用是保证特殊情况下电梯运行的安全性，防止停电时电梯失去动力急速坠落引发安全事故。

当电梯出现特殊情况电机无法正常启动或者工作时，会启动制动装置迫使电梯停止运行。电梯停止运行时如果电梯内部仍然有被困人员，此时需要通过手动松闸的方式，让电梯缓慢移动至附近楼层并开启电梯门，将内部人员救出。具体操作时，需要将特制的松闸扳手插入松闸转轴中旋转，迫使铁心向外运动，制动机械单元放松对轮毂的抱紧状态，电梯缓慢移动。可以看出，手动松闸结构的可靠性在保障电梯被困人员安全方面有非常重要的作用。

1. 2 存在的缺陷问题

从图1中可以看出，整个曳引机制动装置完全对称。这样设计不仅可以确保制动过程中力矩的平衡，也能提升整体制动效果，保障制动过程的可靠性[11-12]。但是在实践过程中，经常会发现两侧的制动机械单元并没有同时工作，而是只有其中一个正常工作，另一个并没有真正抱紧轮毂。由于电梯曳引机制动装置采用的是冗余设计，其中一个制动机械单元工作也能使电梯停止运动，但是存在很大的安全隐患，极端情况下会导致制动装置失效，威胁电梯安全。

图2所示为手动松闸部分的结构简图以及手动松闸过程的基本原理。由图2（ a ）可知，手动松闸部分的结构主要包括松闸扳手和松闸转轴两部分。松闸转轴为方块型，正常情况下被夹在两个铁心中间，如图2（b ）所示。当需要进行手动松闸时，旋转松闸扳手，迫使松闸转轴发生旋转运动，挤压两个铁心向外运动，此时制动机械单元与制动轮毂松开，起到松闸的效果。根据相关行业要求，在手动松闸时必须持续施加作用力，当外界作用力消失后，制动装置能够立即恢复制动状态。但以上装置在实际操作时，存在机械卡壳导致外力撤销后，松闸转轴无法及时恢复的问题，在实际中确实已经发生过该问题，给电梯安全构成了严重威胁。

2 曳引机制动装置优化改进设计

2. 1 优化改进方案

针对上述的电梯曳引机制动装置手动松闸结构存在的缺陷问题，对其结构形式進行优化改进势在必行，如若不然，长时间使用存在严重的安全隐患。优化改进后的手动松闸结构及工作过程原理如图3所示，整个电梯曳引机制动装置其他部分结构基本没有改变。对比图2和图3可知优化改进的部分主要包含以下两个方面：（1）将传统的单个松闸扳手、单个松闸转轴，改进为两个松闸扳手、两个松闸转轴，两套手动松闸结构可以单独进行操作，且每套结构对应其中一个铁心，即旋转其中一个松闸扳手只能迫使一个铁心向外运动，同时操作两个松闸扳手才可以起到松闸的效果，这种设计方法称为冗余设计，能提升结构的可靠性;（2）将原本容易出现卡壳的矩形松闸转轴，改进成为等腰三角形截面，且底边与铁心接触配合，三角形的两个底边即凸起部位均为锐角，从结构原理上降低零部件出现卡壳的概率。

2. 2 改进结构工作原理及优势分析

对于优化改进后的手动松闸结构，当需要通过手动方式松开曳引机制动装置时，需要同时旋转两个松闸扳手，迫使左右两侧铁心同时向外运动，曳引机制动装置才可以松开。如果只是操作其中一套松闸结构，则只会松开一侧的制动机械单元，另一侧的制动机械单元仍然处于制动状态。同样的道理，在完成手动松闸操作后，需要对曳引机进行制动时，只需要松开其中一套制动机构，则制动装置就会恢复制动状态。优化改进后的手动松闸结构，在恢复制动状态的过程中，即便有一套制动机构由于卡壳无法及时恢复，另一套结构能够正常恢复也能够确保电梯的安全，通过这种冗余设计显著提升了手动松闸操作过程的安全性和可靠性。另一方面，对松闸转轴结构进行优化改进后，采用底边为锐角的等边三角形，在结束手动松闸的过程中，由于结构上的特殊性，更加不容易出现机械卡壳的问题，同样能够提升制动装置运行的可靠性。综上所述，通过对手动松闸结构的优化改进，使其性能得到了显著提升。与优化改进前相比较而言，可以更好地保障电梯运行过程的安全性。

3 优化改进结构实验测试研究

为了检验优化改进后曳引机制动装置手动松闸结构的可行性和可靠性，根据以上优化设计改进方案，加工制作了对应的样机，并模拟电梯正常运行过程中的手动松闸操作过程。在相同的实验条件下，连续进行了500次手动松闸及恢复过程的实验工作。实验结果发现：优化改进后的制动装置手动松闸结构必须同时旋转两个松闸扳手才能够起到松闸效果，如果只是旋转其中一个松闸扳手，则制动装置无法解除制动状态。在完成手动松闸操作恢复制动状态时，只需要撤掉其中一套松闸扳手的外力，即可将制动装置恢复到制动状态。另外，在500次的实验过程中，手动松闸结构没有出现机械卡壳的问题。

基于以上实验过程和结果可以看出，本次针对曳引机制动装置手动松闸结构的优化改进工作取得了预期的效果，通过对手动松闸结构的冗余设计显著提升了操作过程的安全性和可靠性，为电梯的安全可靠运行奠定了坚实的基础，获得了相关技术人员的一致认可。优化改进后的手动松闸结构值得在电梯行业推广应用，从而从整体上提升电梯的安全性。

4 结束语

曳引机制动装置是电梯中的重要构成部分，在保障电梯安全方面发挥着举足轻重的作用。一旦电梯出现紧急情况，比如停电时，制动装置即可启动对电梯进行制动，确保电梯箱内人员的安全。对于传统的鼓式制动器，其手动松闸结构在实际操作时存在一定的缺陷问题，有一定的安全隐患。为了提升制动器运行的可靠性和安全性，将原有的一套松闸扳手和转轴改为两套松闸扳手和转轴，同时将松闸转轴截面由矩形改为底边为锐角的等边三角形。此优化改进方案使得手动松闸操作过程的安全性和可靠性得到显著提升。根据优化改进方案制作了对应的样机，并开展了500次实验工作，发现该结构达到了预期效果，验证了结构的可靠性和安全性。

参考文献：

[1]余文玲. 探讨建筑防火设计在民用建筑设计中的具体应用[ J ]. 砖瓦，2021（4）：95-96.

[2]孔祥泽. 济宁市老旧电梯的现状与存在的问题[J]. 中国电梯，2021，32（12）：19-22.

[3]王国胜. 电梯电气故障原因及检修方法研究[J]. 南方农机，2021，52（10）：180-181.

[4]魏金春. 电梯轿厢意外移动故障分析及保护改进[J]. 机电工程技术，2021，50（5）：239-241.

[5]孙战强，王治江. 一起電梯曳引钢丝绳脱槽断股故障原因分析[J]. 特种设备安全技术，2021（3）：28-29.

[6]徐洁. 电梯制动失效原因分析及检验对策[J]. 中国石油和化工标准与质量，2021，41（5）：39-40.

[7]陈艺峰，邱华超，黄惠，等. 馈能式曳引电梯磁流变制动器设计与性能分析[J]. 液压与气动，2021，45（5）：138-148.

[8]马鹏. 电梯曳引机制动器故障检测方法[J]. 设备管理与维修，2021（6）：32-33.

[9]于凌跃，王勇. 制动器在载人电梯中的应用[J ]. 住宅与房地产，2018（2）：233.

[10]赵海宁，张飞，王智超. 电梯曳引机静态制动力矩测试方法—扭矩测试仪法[J]. 中国电梯，2020，31（3）：46-48.

[11]邓林，吴晓军. 电梯制动器温度与制动力的影响因素分析[ J ]. 起重运输机械，2020（9）：51-54.