張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 重慶 401121）

制動(dòng)器二次制動(dòng)模式的分析

張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 重慶 401121）

本文分析了電梯制動(dòng)器的兩種新的二次制動(dòng)模式：異步制動(dòng)和分時(shí)制動(dòng)。二次制動(dòng)模式與一次制動(dòng)模式用的是同樣制動(dòng)器，只是控制方法不同。異步制動(dòng)和分時(shí)制動(dòng)能將制動(dòng)器的制動(dòng)和制動(dòng)器的二次保護(hù)有機(jī)融為一體，既能提高制動(dòng)器的可靠性，又能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的二次保護(hù)。

二次制動(dòng) 異步制動(dòng) 分時(shí)制動(dòng) 分時(shí)制動(dòng)電阻

制動(dòng)器在電梯安全保護(hù)中的作用至關(guān)重要。電梯的很多安全事故都是發(fā)生在低速或中速段，而其在低速或中速段的安全保護(hù)主要依賴制動(dòng)器，而且，電梯中絕大多數(shù)的電氣安全保護(hù)功能的執(zhí)行，也都依賴制動(dòng)器，因此，制動(dòng)器一旦出現(xiàn)故障其后果是災(zāi)難性的。正因?yàn)槿绱?，在GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中，對(duì)制動(dòng)器的安全保護(hù)級(jí)別是最高的，它除了要求斷開制動(dòng)器電路應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電氣裝置的觸點(diǎn)，還要求參與向制動(dòng)輪或盤施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械制動(dòng)部件也是兩組獨(dú)立部件，當(dāng)其中一組不起作用時(shí)，另一組仍要有足夠的制動(dòng)力保持電梯的制動(dòng)或減速，即不論是電氣還是機(jī)械，都要求有類似二次保護(hù)的功能。但盡管如此，電梯的二次保護(hù)仍然是不徹底的，這就使得時(shí)下有的電梯仍然會(huì)發(fā)生一些因制動(dòng)器失效而導(dǎo)致的安全事故。如果制動(dòng)器二次保護(hù)真的做好了，制動(dòng)器的安全事故應(yīng)是非常少的。

1 傳統(tǒng)的制動(dòng)方式及存在的問題

目前電梯制動(dòng)器的制動(dòng)方式均為一次性制動(dòng)方式，即電梯制動(dòng)時(shí)同時(shí)斷開全部制動(dòng)器電路，一次性施加全部制動(dòng)力制動(dòng)。這種方式雖然自電梯出現(xiàn)以來一直被使用，但實(shí)際上這種制動(dòng)方式存在一定安全隱患。盡管現(xiàn)在制動(dòng)器的兩組制動(dòng)部件在設(shè)計(jì)和制造上是相互獨(dú)立的，但兩組制動(dòng)部件同時(shí)制動(dòng)同時(shí)磨損，經(jīng)一段時(shí)間的磨損積累后完全有可能兩組制動(dòng)部件同時(shí)失效。而且即使是一組制動(dòng)部件先失效，但由于兩組制動(dòng)部件是同時(shí)同步制動(dòng)，這種故障的前期狀態(tài)也不會(huì)反映出來。單一制動(dòng)部件不能制動(dòng)而兩組制動(dòng)部件才能制動(dòng)是制動(dòng)器失效的前期狀態(tài)，此時(shí)制動(dòng)器已經(jīng)沒有安全余量，到了臨界狀態(tài)，而且已經(jīng)不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該立即停止運(yùn)行做相應(yīng)的檢修。但在傳統(tǒng)的兩組制動(dòng)部件一次制動(dòng)的模式下，無法發(fā)現(xiàn)這種早期故障，這樣電梯會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)制動(dòng)器磨損或故障也會(huì)進(jìn)一步加重，而這種故障積累到了一定程度，制動(dòng)器就會(huì)因整體失效而產(chǎn)生突發(fā)性溜車。

為了避免上述情況，制動(dòng)器可以考慮使用異步制動(dòng)或分時(shí)制動(dòng)，這兩種制動(dòng)模式可以早期發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器的臨界安全狀態(tài)，并使制動(dòng)器制動(dòng)有真正意義上的二次保護(hù)。

2 制動(dòng)器的二次制動(dòng)方式

2.1 異步制動(dòng)

目前電梯上常用的制動(dòng)器有三大類：鼓式制動(dòng)器、板式制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器又稱碟式制動(dòng)器，是一種較新型的制動(dòng)器。雖然目前盤式制動(dòng)器的使用不如鼓式制動(dòng)器和板式制動(dòng)器普遍，但因其性能優(yōu)良、制動(dòng)可靠，其使用范圍有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。盤式制動(dòng)器至少有兩組獨(dú)立制動(dòng)部件，筆者認(rèn)為可以利用這兩組獨(dú)立制動(dòng)部件進(jìn)行異步制動(dòng)，即在正常運(yùn)行停車時(shí)，先用一組獨(dú)立制動(dòng)部件（含前后兩個(gè)制動(dòng)盤）制動(dòng)，經(jīng)過一個(gè)短暫的時(shí)差，再增加第二組制動(dòng)部件制動(dòng)，在中間這一短暫時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)電梯的溜車狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)兩次制動(dòng)中間有電梯溜車，即使第二組制動(dòng)部件投入后可終止溜車，也立即進(jìn)入電梯保護(hù)狀態(tài)，終止電梯運(yùn)行。

這里需要考慮兩個(gè)問題。1）當(dāng)一組制動(dòng)部件先投入制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)力是否夠？這個(gè)問題實(shí)際上跟制動(dòng)器的設(shè)計(jì)有關(guān)。在GB 7588—2003中對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)能力有明確規(guī)定：“所有參與向制動(dòng)輪或盤施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)。如果一組部件不起作用，應(yīng)仍有足夠的制動(dòng)力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行”。也就是說，制動(dòng)器中的一組獨(dú)立部件應(yīng)有能力使載有額定載荷的轎廂在以額定速度下行時(shí)能減速，而這種要求比正常運(yùn)行時(shí)停車狀態(tài)下的制動(dòng)難度大得多，因此，盤式制動(dòng)器的一組獨(dú)立制動(dòng)部件在正常運(yùn)行停車時(shí)單獨(dú)制動(dòng)應(yīng)該沒有問題，否則就是設(shè)計(jì)有缺陷或設(shè)備有故障。盤式制動(dòng)器通常有2組獨(dú)立制動(dòng)部件，也有少數(shù)盤式制動(dòng)器有三組制動(dòng)部件，如果有三組獨(dú)立制動(dòng)部件，第一次制動(dòng)可以用兩組獨(dú)立制動(dòng)部件，第二次再加一組，因?yàn)榈谝淮沃苿?dòng)需要的力要大一些。盤式制動(dòng)器的制動(dòng)面是平面，其制動(dòng)接觸會(huì)更好，而且每組獨(dú)立制動(dòng)部件有兩個(gè)制動(dòng)面（即雙面制動(dòng)），不像鼓式及板式制動(dòng)器每個(gè)獨(dú)立制動(dòng)部件只有一個(gè)制動(dòng)面，這就使得盤式制動(dòng)器的制動(dòng)更可靠，而且單組制動(dòng)部件獨(dú)立投入時(shí)不會(huì)產(chǎn)生偏載力，這些都使得盤式制動(dòng)器與鼓式及板式制動(dòng)器相比，其制動(dòng)部件的可靠性更好，也更適合用于單個(gè)獨(dú)立制動(dòng)部件相繼投入的異步控制。

2）異步制動(dòng)是否會(huì)明顯加劇制動(dòng)器的磨損。盤式制動(dòng)器使用異步制動(dòng)時(shí)，其先后投入的兩組制動(dòng)盤的磨損是不均勻的，先投入的一組制動(dòng)盤的磨損可能稍大一些，而后投入的一組制動(dòng)盤的磨損可能會(huì)減小，因而從整體上看，與兩組制動(dòng)盤同步制動(dòng)的磨損相比可能不會(huì)相差太大。另外，由于盤式制動(dòng)器的獨(dú)立制動(dòng)部件是雙平面制動(dòng)，具有足夠的制動(dòng)能力，而且在短暫時(shí)間之后另一組制動(dòng)部件又會(huì)及時(shí)投入，因此即使是第一組制動(dòng)部件的單獨(dú)投入，其磨損也不會(huì)很大。另外還需注意，盤式制動(dòng)器的異步制動(dòng)應(yīng)只用于正常運(yùn)行情況下的停車制動(dòng)，此時(shí)的制動(dòng)通常是零速制動(dòng)，這種制動(dòng)所需的制動(dòng)力不會(huì)很大，磨損也不會(huì)很大。如果是在故障情況下的緊急停車（常為非零速制動(dòng)）還是要用兩組獨(dú)立制動(dòng)部件同時(shí)投入的同步制動(dòng)，這在控制方式上可以進(jìn)行分別處理。因此從整體上講，盤式制動(dòng)器的異步制動(dòng)并不會(huì)明顯增加制動(dòng)器的磨損。

2.2 分時(shí)制動(dòng)

盤式制動(dòng)器目前使用不是太多，對(duì)于目前大量使用的鼓式制動(dòng)器，有辦法在不改變電梯現(xiàn)有硬件模式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)二次制動(dòng)控制。就是制動(dòng)器的分時(shí)制動(dòng)。由于鼓式制動(dòng)器單臂制動(dòng)可能發(fā)生偏載力，因而如果要在原有制動(dòng)模式上考慮鼓式制動(dòng)器的二次制動(dòng)，只能考慮雙臂同時(shí)投入的分時(shí)制動(dòng)控制模式：第一次釋放電磁力時(shí)就讓兩個(gè)制動(dòng)臂完全貼合在制動(dòng)輪上，但此時(shí)只使用部分制動(dòng)力（即保留部分電磁力），經(jīng)過短暫延時(shí)，再加上全部制動(dòng)力（即切斷全部電磁力），而在中間的延時(shí)過程中，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)制動(dòng)器的溜車，一旦發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器有制動(dòng)力不足的溜車，完全制動(dòng)后電梯馬上終止運(yùn)行，進(jìn)入故障鎖定，等待檢修。由于電磁線圈的電磁力和線圈上通電電流和電壓有關(guān)，改變電流或電壓即可改變電磁力，實(shí)行分時(shí)制動(dòng)。分時(shí)制動(dòng)第一次可投入總制動(dòng)力的70%，二次制動(dòng)再增加剩下的全部制動(dòng)力。由于對(duì)制動(dòng)器的基本要求是單組制動(dòng)（鼓式制動(dòng)器即單邊制動(dòng)，大約投入50%的總制動(dòng)力）就要能夠使電梯減速或制動(dòng)，因而兩組同時(shí)制動(dòng)（鼓式制動(dòng)器即雙邊制動(dòng)）投入總制動(dòng)力的70%時(shí)，制動(dòng)在正常情況下應(yīng)該沒有問題。而如果制動(dòng)器有問題，則在雙邊制動(dòng)的前期（第一次制動(dòng)）會(huì)及時(shí)表現(xiàn)出來，然后在雙邊制動(dòng)后期（第二次制動(dòng)）會(huì)及時(shí)終止電梯運(yùn)行，也不會(huì)有問題。

分時(shí)制動(dòng)還要考慮一個(gè)問題：雙邊制動(dòng)的前期制動(dòng)只用了總制動(dòng)力的70%，這會(huì)不會(huì)因制動(dòng)力較小而出現(xiàn)新的問題？由于分時(shí)制動(dòng)是用在正常運(yùn)行狀態(tài)下的停車制動(dòng)，不是用在緊急狀態(tài)下急停，因而是在零速下制動(dòng)，其制動(dòng)力一般是夠的。而且，還可以有適當(dāng)增強(qiáng)制動(dòng)力的方法。如果能保證及時(shí)開閘，可以通過加大制動(dòng)彈簧壓力的辦法增強(qiáng)總制動(dòng)力，即此時(shí)雖然通過電力控制投入70%的制動(dòng)力，但由于總制動(dòng)力增加，此時(shí)70%制動(dòng)力根據(jù)制動(dòng)彈簧具體調(diào)整量可相當(dāng)于調(diào)整前的80%～100%，甚至可以更大。而如果在分時(shí)制動(dòng)中直接增大機(jī)械制動(dòng)力會(huì)影響制動(dòng)器開閘，則可在增大制動(dòng)力的同時(shí)適當(dāng)增大電磁開閘力。增大電磁開閘力的方法有增大制動(dòng)器線圈的通電電流、通電電壓、增大線圈導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線纏繞圈數(shù)等方法。如果線圈的容量夠，可直接增加線圈的通電電流或通電電壓，如果容量不夠，就需在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加線圈中導(dǎo)線的直徑或?qū)Ь€的纏繞圈數(shù)。增加導(dǎo)線的直徑可減小導(dǎo)線電阻，在同樣電壓下可增大導(dǎo)線的電流，而增大導(dǎo)線的纏繞圈數(shù)則可直接增加線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也可增大電磁松閘力。也就是說，在分時(shí)制動(dòng)的一次制動(dòng)中可以用到和傳統(tǒng)制動(dòng)方式相當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力，而二次制動(dòng)則在已制動(dòng)的基礎(chǔ)上再增加制動(dòng)力，使制動(dòng)更加可靠。

下面通過圖1的一個(gè)具體的控制電路來說明一下分時(shí)制動(dòng)的基本控制思想。雖然圖1中使用的是一些具體的電氣部件，但圖中有些電氣部件或電氣控制在PC機(jī)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中是可以由軟件控制代替的，而為了敘述方便，這里仍用了實(shí)際的電路。圖中RJB和RFD為抱閘經(jīng)濟(jì)電阻和抱閘放電電阻，這在很多電梯中已經(jīng)有類似的使用。抱閘放電電阻（RFD）用于制動(dòng)器線圈斷電時(shí)通過對(duì)電阻放電消耗掉部分能量，避免線圈因斷電時(shí)電流突變而產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢(shì)造成電氣觸點(diǎn)拉弧。抱閘經(jīng)濟(jì)電阻（RJB）用于制動(dòng)器通電開閘后保持維持電壓。制動(dòng)器開閘后用維持電壓有幾個(gè)好處，一是減小抱閘線圈開閘后的通電電流，延長線圈壽命，二是減少線圈在斷電時(shí)的能量釋放，避免觸點(diǎn)拉弧，另外還可加快合閘的時(shí)間及減小合閘時(shí)的機(jī)械沖擊。分時(shí)制動(dòng)電阻（RFS）的使用則是一種全新的控制方式，此電阻用于分時(shí)制動(dòng)中第一次制動(dòng)時(shí)限制部分電壓，使制動(dòng)器以總制動(dòng)力的70%投入制動(dòng)，如整個(gè)制動(dòng)器電路被斷掉，則制動(dòng)器以100%的總制動(dòng)力投入制動(dòng)，即二次制動(dòng)。

在分時(shí)制動(dòng)中，抱閘經(jīng)濟(jì)電阻（RJB）和分時(shí)制動(dòng)電阻（RFS）要有一定的配合，為了避免這兩個(gè)電阻在使用時(shí)發(fā)生不必要的干涉，圖1中用了一個(gè)時(shí)間繼電器JQS進(jìn)行統(tǒng)一控制（在實(shí)際控制中根據(jù)需要也可以用不同的控制）。JQS為啟動(dòng)加速延時(shí)繼電器，它在剛接通鑰匙開關(guān)的正常停車狀態(tài)（即電機(jī)掉電狀態(tài)）時(shí)接通，此時(shí)JQS1（延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)）瞬時(shí)接通，短接抱閘經(jīng)濟(jì)電阻，為以全電壓啟動(dòng)開閘做準(zhǔn)備，JQS2（常閉觸點(diǎn)）和JQS3（延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)）皆斷開，但因電梯停車時(shí)前端B1和B2斷開，分時(shí)制動(dòng)電阻（RFS）不起作用。當(dāng)電梯運(yùn)行方向確定并關(guān)好門之后，準(zhǔn)備開閘之前JQS繼電器先斷開，常閉觸點(diǎn)JQS2和JQS3皆瞬時(shí)閉合，短接分時(shí)制動(dòng)電阻，而JQS1延時(shí)斷開，即制動(dòng)器以全電壓開閘并經(jīng)一個(gè)短暫延時(shí)后JQS1再斷開，使制動(dòng)器串入經(jīng)濟(jì)電阻以維持電壓保持。運(yùn)行完后停車（電機(jī)掉電）時(shí)，JQS繼電器再次接通，其常開觸點(diǎn)JQS1瞬時(shí)閉合短接經(jīng)濟(jì)電阻，JQS2瞬時(shí)斷開，串入分時(shí)制動(dòng)電阻進(jìn)行一次制動(dòng)，而經(jīng)短暫延時(shí)后JQS3斷開，斷掉整個(gè)制動(dòng)器電路進(jìn)行全制動(dòng)力的二次制動(dòng)。制動(dòng)器電路前端的B1和B2為切斷制動(dòng)器電路的兩個(gè)獨(dú)立電氣裝置的觸點(diǎn)（其中任何一個(gè)觸點(diǎn)斷開時(shí)制動(dòng)器都以全制動(dòng)力制動(dòng)），而B1可以由JQS3控制，在JQS3延時(shí)到后斷開，B2為另一能斷開制動(dòng)器全電路的獨(dú)立電氣觸點(diǎn)，和B1大致同時(shí)斷開，但它不受JQS3控制，即使JQS3出現(xiàn)故障不能斷開，B2也應(yīng)能及時(shí)斷開制動(dòng)器全電路，實(shí)施全制動(dòng)力制動(dòng)，同時(shí)通過對(duì)B1、B2、JQS的監(jiān)控電路終止電梯運(yùn)行。

圖1 制動(dòng)器分時(shí)制動(dòng)電氣控制控制簡圖

2.3 二次制動(dòng)的有效性分析

還有一個(gè)需注意的問題，在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中有一個(gè)對(duì)制動(dòng)無附加延時(shí)的要求：斷開制動(dòng)器釋放電路后，電梯應(yīng)無附加延時(shí)地被有效制動(dòng)。那么上述分時(shí)制動(dòng)是否滿足這一要求？從圖1的電路可以看出，圖中JQS3、B1、B2中任何一個(gè)開關(guān)斷開皆可視為斷開了制動(dòng)器釋放電路，也就是說，在分時(shí)制動(dòng)中完全斷開制動(dòng)器釋放電路應(yīng)該是在二次制動(dòng)時(shí)，此時(shí)顯然電梯已經(jīng)被有效制動(dòng)，并沒有出現(xiàn)任何延時(shí)。分時(shí)制動(dòng)和傳統(tǒng)的一次制動(dòng)相比，可視為多了一個(gè)前期制動(dòng)，即電梯被提前可靠制停，這顯然不存在安全問題，也不違背GB 7588—2003。而且，即使將第一次制動(dòng)和第二次制動(dòng)看成一個(gè)完整的制動(dòng)，斷開制動(dòng)器電路從JQS2斷開算起，則由于分時(shí)制動(dòng)要求第一次制動(dòng)就能有效地制停電梯，而第一次制動(dòng)在電梯停車（電機(jī)掉電、JQS2斷開）后就能立即制動(dòng)，也沒有延時(shí)。雖然第一次制動(dòng)和第二次制動(dòng)之間有一個(gè)延時(shí)，那也只是制動(dòng)時(shí)間變長，并不影響制動(dòng)效果的及時(shí)性，而在GB 7588—2003的12.4.2.3.3中只對(duì)制動(dòng)效果的及時(shí)性做了要求，對(duì)制動(dòng)過程的長短并無要求，因而在這種情況下，分時(shí)制動(dòng)仍然滿足GB 7588—2003的要求。

3 結(jié)束語

制動(dòng)器的異步制動(dòng)和分時(shí)制動(dòng)是兩種值得探討的新的二次制動(dòng)模式，與傳統(tǒng)的一次制動(dòng)模式相比，二次制動(dòng)模式的制動(dòng)可靠性高，而且能早期發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器故障，有實(shí)施制動(dòng)器二次保護(hù)的功能。電梯中除了制動(dòng)器外，雖然還有下行超速保護(hù)裝置（安全鉗）、上行超速保護(hù)裝置（夾繩器）、緩沖器能終止電梯運(yùn)行，但它們都不能對(duì)發(fā)生在層站附近的低速或中速溜車起到安全保護(hù)作用。實(shí)際上，最能夠?qū)χ苿?dòng)器溜車起到保護(hù)作用的是制動(dòng)器本身。在傳統(tǒng)的制動(dòng)模式中，由于制動(dòng)器自身沒有二次保護(hù)功能，一旦制動(dòng)器出現(xiàn)問題安全保護(hù)系統(tǒng)可能崩潰，極有可能會(huì)引發(fā)剪切安全事故，而若使用制動(dòng)器二次制動(dòng)模式，就可有效避免這類安全事故。

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

張傳基（1957～），男，本科，主任助理，高級(jí)工程師，從事電梯檢驗(yàn)二中心檢驗(yàn)質(zhì)量管理、電梯檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量抽查，電梯檢驗(yàn)報(bào)告的審批工作。

2014-07-28）