[发明专利]电梯曳引机的一种电磁制动技术

说明书

本发明涉及永磁同步电梯辅助制动模式，能可靠制止轿厢意外移动的一种安全措施。

作为世界第一电梯大国，近年却连续发生电梯剪切事故，以至于有“电梯夺命周”、‘“电梯吃人”之说。可靠的制动是电梯运行的安全保障。公知的电梯制动器是在其曳引机上安装的具有电磁铁、线圈、制动弹簧等组成的常闭(得电开闸)式机--电式制动器(摩擦型)。近十年来，节能环保的永磁同步无齿转动技术得到了飞速的发展而几乎全部取代了有齿传动曳引领域。而其摩擦型机--电制动器作为经典结构保留下来，尙未见有新的制动模式。由于轿厢意外移动事故对乘客伤害很严重，不能不归咎于这一经典制动器的可靠性能。看似完美的永磁同步无齿传动电梯已经在世界范围内受到了严重挑战。

为此针对电梯轿厢意外移动保护问题，电梯的基本标准《电梯制造与安装安全规范》GB7588-2003已在修改热议之中。杂志《中国电梯》2015第13期为此组织“轿厢意外移动保护”(UCMP)专题研讨，讨论方案几乎集中在对轿厢意外移动的检测与控制要求方面，没有看到对“意外移动”缘由的剖析，也未看到一个完整可行的方案出台。

仔细分析轿厢意外移动的原因只有两个：一是违章操作致使设备丧失了制动能力；二是设计动能力先天不足，即设备缺陷。前者如门锁电气节点被短接、制动轮上有油污，制动器无法正常工作；而后者虽然制动器动作无误仍然闸不住车，无疑就是制动力矩太小了。回顾涡轮-蜗杆曳引电梯轿厢似乎没有过如此意外移动事故吧。众所周知，涡轮-蜗杆机还有自锁功能的，恰恰对于电梯势能负载而言，这正是最安全的。现以图1示出曳引机在制动时的受力状态。其中：W为对重质量、Q为轿厢质量、P轿厢载荷、F为制动器弹簧的压缩力。已知对重设计质量：

W＝Q+KPe

式中K为平衡系数，Pe为额定载荷单位kg。轿厢静止时，曳引轮上的动力转矩与制动力矩达到平衡。动力矩Md是对重和轿厢的合力形成的：

Md＝[(Q+P-W]R＝(P-KPe)R………(1)

制动转矩Mz是制动力F对制动轮产生的摩擦形成的，这个摩擦力总是与运动方向相反，结算到曳引轮上应该是：

Mz＝F·f·i₁·i₂·r·r/R………(2)

式中：f是摩擦片对制动轮的摩擦系数；i₁为挂绳比，此处为1；i₂为曳引机的减速比；r为制动轮半径；R为曳引轮半径。

永磁同步无齿曳引机，i2为1；r/R≈1；，其制动力矩应为：Mz＝F·f·r制动时有：Mz≥Md即F·f·r≥[P-KPe]R

∵F≥[P-KPe]R/f·r设平衡系数K＝50％，并在空载时，P＝0，

∴F≥-0.5Pe·1/f·r/R＝0.5pe/f……….(3)

摩擦系数f是远远小于1，只有橡胶对铸铁之摩擦系数最大，为0.8，其它材料之间的任意组合摩擦系数都小得多。若再考虑一定的安全系数，那么制动能力可能超过额定载荷值。笔者注意到某载重1000kg曳引机的制动器标出制动力6000N，甚至还有3400N的，远远低于(3)的计算值。

据GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》第12.4.2.1条“当轿厢载有125％额定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。”看似这一规定很严，制动力矩Mz的富裕度(安全系数)已达25％，够了吗？看看实际应用中到底还有哪些影响因素：

a.摩擦系数f受温度、压强、尘垢的影响，特别是遇油污打滑，导致f值急速下障；

b.做制动能力试验时，一定是调在最佳状态达到要求；但经过长时使用，压紧螺母稍微松动都会降低弹簧压力；

c.随着电梯长期运行制动器张闸电磁力只会减小，会出现制动轮发热甚至停车现象。这是由于制动器间隙过小需要调整，最省事的办法就是调低弹簧压力。这样做虽然顺利松闸运行，但亦吃掉了制动力矩的安全裕度，成为隐患。

由此可见，上述都是负面因素，使得机-电制动器可靠性大打折扣。对于有减速机构的老式曳引机来说，由于减速增矩功能，如涡轮-蜗杆减速机，减速比达20倍以上，又其制动轮远小于曳引轮，上述负面因素就被充分弥补而掩盖；节能环保的永磁同步无齿曳引机令人陶醉，忘记了它在消灭减速机的同时也消灭了增矩作用，这些负面因素即将那25％的富裕度消耗殆尽。可见无齿机的高效节能是牺牲了应有的安全性性能，现有的永磁同步电梯制动能力显然不足，特别是低速无齿电梯。