馬錦華，方永清

（杭州西奧電梯有限公司，浙江杭州 311199）

電梯緊急制停時速度異常的分析與探討

馬錦華1，方永清2

（杭州西奧電梯有限公司，浙江杭州 311199）

對電梯系統(tǒng)緊急制停時，系統(tǒng)速度出現(xiàn)突然加速的異?，F(xiàn)象進行數(shù)理分析和試驗驗證，提出系統(tǒng)繞主機曳引軸進行定軸轉(zhuǎn)動的角加速度和最大轎廂速度的理論計算方法，以利于制動器延遲以及轎廂意外移動保護裝置系統(tǒng)設(shè)計。

制動器延遲；制停速度；限速器；轎廂意外移動

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.18

0 引言

電梯制動器是確保電梯正常運行，且動作最頻繁的重要安全部件之一。它能保證電梯的電動機在沒有電源供應(yīng)的情況下停止轉(zhuǎn)動，并使轎廂有效制停[1]。

《GB 7588—2003電梯制造與安裝安全規(guī)范》中條款9.9.1～9.9.3，9.10.1，10.4.2及9.3和標(biāo)準(zhǔn)的附錄M，分別對電梯的限速器動作速度、制動能力以及緊急制動的減速度做出規(guī)定，但對于電梯緊急制動工況，電梯運行速度發(fā)生的異常，即系統(tǒng)運行速度的瞬時最大速度，無相關(guān)要求。

在進行某型號制動器試驗時，當(dāng)轎箱內(nèi)有125%額定載荷并以額定速度向下運行時，操作制動器，曳引機停止運轉(zhuǎn)，但限速器-安全鉗發(fā)生動作，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)限速器電氣與機械均已動作。復(fù)位后，通過調(diào)整轎廂載荷，重復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)制動器在失電開始到制動力完全釋放前這段時間（下稱“制動器延遲”），轎廂下行加速且瞬時最大速度已超過限速器允許的最大動作速度，從而導(dǎo)致限速器機械動作。通過PMT（Performance Measure Test，性能指標(biāo)測試）儀器檢測記錄曲線，緊急制停時，轎廂下行時速度曲線出現(xiàn)明顯“波谷”現(xiàn)象（圖1）。通過示波器檢測，制停系統(tǒng)的延遲時間符合 GB/T 24478—2009《電梯曳引機》中4.2.2.3條款規(guī)定要求，即制動器制停響應(yīng)時間應(yīng)≤0.5 s。

圖1 轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停時速度曲線“波谷”

電梯緊急制停過程中轎廂速度出現(xiàn)異常，可能引起安全鉗動作，嚴(yán)重時可能超過制動器的設(shè)計范圍，導(dǎo)致意外損傷或安全事故，因此對制動器延遲期間轎廂速度的異?，F(xiàn)象進行數(shù)理分析，對于電梯系統(tǒng)和制動系統(tǒng)的設(shè)計尤其重要。

1 緊急制停時速度異常的數(shù)理分析

1.1 緊急制停時角加速度與轎廂速度

基于理論力學(xué)的定軸轉(zhuǎn)動定理[2]，假設(shè)電梯系統(tǒng)為繞驅(qū)動主機曳引軸，即定軸轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)，在制動器失電瞬間，按定軸轉(zhuǎn)動定理：剛體定軸轉(zhuǎn)動的角加速度與它所受的合外力矩成正比，與剛體的轉(zhuǎn)動慣量成反比。定理公式見（1）式。

式（1）中，M為電梯系統(tǒng)的不平衡力矩；J為繞定軸的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，為系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動的角加速度；α與M方向相同。忽略系統(tǒng)的主機及系統(tǒng)效率、導(dǎo)靴摩擦阻力等因素的影響，由式（1）可得出電梯系統(tǒng)在緊急制停時，制動器失電瞬間系統(tǒng)繞驅(qū)動主機曳引軸定軸轉(zhuǎn)動的角加速度，見（2）式。

基于剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的動能定理[2]，電梯系統(tǒng)繞曳引軸定軸轉(zhuǎn)動的動能Ek見（3）式。

（3）式中ω為系統(tǒng)繞驅(qū)動主機曳引軸的定軸轉(zhuǎn)動角速度，J為繞定軸的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量。

基于式（1）（2）（3），可推導(dǎo)出在緊急制停過程中制動器失電瞬間，電梯系統(tǒng)繞主機曳引軸轉(zhuǎn)動的角加速度α見（4）式。

假設(shè)電梯系統(tǒng)在緊急制停時制動器延遲時間為t，在時間t內(nèi)，系統(tǒng)繞驅(qū)動主機曳引軸的定軸轉(zhuǎn)動角加速度α可視為恒量，系統(tǒng)做均加速運動，可推導(dǎo)出，延遲時間t后系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動的瞬時角速度ω（t），見式（5），轉(zhuǎn)換為轎廂線性運動的速度v（t）見式（6）。

式（6）中，D為主機曳引輪直徑，r為電梯系統(tǒng)曳引懸掛比。通過式（6），可計算出制動器延遲時間t后，電梯系統(tǒng)的最大線速度。將v（t）與電梯系統(tǒng)所配置的限速器最大允許動作速度進行比對，從而對電梯系統(tǒng)和制動器設(shè)計進行核對，以保證設(shè)備在緊急制停時安全可靠。

1.2 緊急制停時電梯系統(tǒng)動能與不平衡力矩

假設(shè)電梯系統(tǒng)位于其設(shè)計提升高度的任意位置，且以系統(tǒng)額定速度運行時緊急制停，其系統(tǒng)不平衡力矩及運動能量計算公式如下，其中計算用相關(guān)參數(shù)匯總見表1。

表1 相關(guān)參數(shù)

電梯系統(tǒng)的總運動能量為直線運行部件和轉(zhuǎn)動部件的動能之和，可得出緊急制停時制動器失電瞬間電梯系統(tǒng)總運動能量Ek，見（7）式。

緊急制停時制動器失電瞬間的不平衡力矩，為電梯系統(tǒng)各部件相對曳引軸中心的力矩之和。假設(shè)系統(tǒng)不平衡力矩為M，轎廂側(cè)部件相對驅(qū)動主機曳引軸的力矩為Mcar，對重側(cè)相對驅(qū)動主機曳引軸的力矩 Mcwt，分別計算見式（8），（9），（10）。

其中Mcar與Mcwt方向相反，M方向與系統(tǒng)運行方向相同。

2 緊急制停速度的理論計算與試驗

試驗樣梯的相關(guān)參數(shù)見上表1中試驗參數(shù)列。試驗樣梯為非鋼絲繩曳引驅(qū)動電梯，無補償繩和漲緊輪，輪組直徑僅0.1 m，相關(guān)輪組轉(zhuǎn)動慣量折算的質(zhì)量相對較小，因此計算系統(tǒng)動能及不平衡力矩時，忽略m0～m5的影響。

基于式（6），可理論計算出3種試驗工況，即轎內(nèi)125%額定載荷下行、轎內(nèi)100%額定載荷下行和空轎廂上行緊急制停時，在制動器延遲時間t后，轎廂的瞬時最大速度v（t）。

樣梯理論計算的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。表2中，制動器延遲時間t為PMT記錄曲線中，取加速度曲線開始突變點到轎廂最大速度所對應(yīng)的時間差值，也可以通過示波器進行延遲時間t進行檢測。緊急制停試驗通過PMT儀器記錄，三種緊急制停工況的轎廂速度曲線和加速度曲線見圖1～6。

表2 緊急制停工況試驗樣梯的理論計算

圖2 轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停加速度曲線

圖3 轎內(nèi)100%額定載荷下行緊急制停速度曲線

對比分析表 2 中理論計算 v（t）、PMT 實際測試 v（t），可得出4個結(jié)論。

（1）理論計算所得出的轎廂最大速度與PMT實際測試轎廂最大速度基本一致。

（2）轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停工況最為惡劣，轎廂瞬時速度最大。

（3）樣梯的額定速度v為1.75 m/s，按GB 7588—2003中9.9.1規(guī)定，限速器動作速度理論范圍為1.15v～(1.25v+0.25/v)，即2.01～2.33 m/s?；谑剑?），調(diào)整試驗樣梯系統(tǒng)的配置和參數(shù)，如平衡系數(shù)k，提升高度H，轎廂自重P，以及補償繩（鏈）配置CC和Ncc等，轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停時，在制動器延遲時間t后，轎廂瞬時最大速度將達到2.05 m/s，超過標(biāo)準(zhǔn)要求的限速器動作速度的下限2.01 m/s。

圖4 轎內(nèi)100%額定載荷下行緊急制停加速度曲線

圖5 空轎廂上行緊急制停速度曲線

圖6 空轎廂上行緊急制停加速度曲線

（4）按某品牌限速器出廠動作速度的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，額定速度v為1.75 m/s時，限速器電氣動作速度范圍為2.05～2.09 m/s，機械動作速度范圍為 2.15～2.19 m/s。按分析（3），轎內(nèi) 125%額定載荷下行緊急制停時，在制動器延遲時間t后，轎廂瞬時最大速度仍可能超過限速器出廠設(shè)置的電氣動作速度的下限。因此，在依據(jù)GB 7588—2003標(biāo)準(zhǔn)12.4.2.1和9.9.3條款規(guī)定要求，在進行制動器制停能力試驗時，宜以限速器電氣開關(guān)不動作作為要求，即電梯系統(tǒng)在緊急制停時，電梯系統(tǒng)的瞬時最大速度，不超過GB 7588—2003標(biāo)準(zhǔn)9.9.1條款規(guī)定的下限要求。

3 結(jié)語

本文所提出的制動器延遲期間，電梯系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動的角加速度和最大轎廂速度的方法，對于進一步研究電梯制動系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計，提供了系統(tǒng)計算的參考。在電梯系統(tǒng)緊急制動過程中，電梯系統(tǒng)的最大速度，宜以限速器電氣開關(guān)不動作作為要求，即不超過GB 7588—2003標(biāo)準(zhǔn)9.9.1條款規(guī)定的下限要求。

按緊急制停時理論計算轎廂瞬時最大速度的方法，設(shè)計時需要優(yōu)化制動器延遲時間，并綜合考慮制動器反電動勢電壓和吸合噪音，確保制動安全和運行舒適性，同時在符合系統(tǒng)曳引力要求和系統(tǒng)成本允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整電梯系統(tǒng)的自重，補償繩（鏈），平衡系數(shù)等參數(shù)，減小緊急制停工況系統(tǒng)的不平衡力矩和角加速度。

TU857

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〔編輯 利 文〕