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(shí)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(shí)，系統(tǒng)速度出現(xiàn)突然加速的異?，F(xiàn)象進(jìn)行數(shù)理分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，提出系統(tǒng)繞主機(jī)曳引軸進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度和最大轎廂速度的理論計(jì)算方法，以利于制動(dòng)器延遲以及轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

制動(dòng)器延遲；制停速度；限速器；轎廂意外移動(dòng)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.18

0 引言

電梯制動(dòng)器是確保電梯正常運(yùn)行，且動(dòng)作最頻繁的重要安全部件之一。它能保證電梯的電動(dòng)機(jī)在沒有電源供應(yīng)的情況下停止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)作速度、制動(dòng)能力以及緊急制動(dòng)的減速度做出規(guī)定，但對于電梯緊急制動(dòng)工況，電梯運(yùn)行速度發(fā)生的異常，即系統(tǒng)運(yùn)行速度的瞬時(shí)最大速度，無相關(guān)要求。

在進(jìn)行某型號制動(dòng)器試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)轎箱內(nèi)有125%額定載荷并以額定速度向下運(yùn)行時(shí)，操作制動(dòng)器，曳引機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但限速器-安全鉗發(fā)生動(dòng)作，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)限速器電氣與機(jī)械均已動(dòng)作。復(fù)位后，通過調(diào)整轎廂載荷，重復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器在失電開始到制動(dòng)力完全釋放前這段時(shí)間（下稱“制動(dòng)器延遲”），轎廂下行加速且瞬時(shí)最大速度已超過限速器允許的最大動(dòng)作速度，從而導(dǎo)致限速器機(jī)械動(dòng)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(shí)，轎廂下行時(shí)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(shí)間符合 GB/T 24478—2009《電梯曳引機(jī)》中4.2.2.3條款規(guī)定要求，即制動(dòng)器制停響應(yīng)時(shí)間應(yīng)≤0.5 s。

圖1 轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停時(shí)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(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)可能超過制動(dòng)器的設(shè)計(jì)范圍，導(dǎo)致意外損傷或安全事故，因此對制動(dòng)器延遲期間轎廂速度的異?，F(xiàn)象進(jìn)行數(shù)理分析，對于電梯系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其重要。

1 緊急制停時(shí)速度異常的數(shù)理分析

1.1 緊急制停時(shí)角加速度與轎廂速度

基于理論力學(xué)的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定理[2]，假設(shè)電梯系統(tǒng)為繞驅(qū)動(dòng)主機(jī)曳引軸，即定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的系統(tǒng)，在制動(dòng)器失電瞬間，按定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定理：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度與它所受的合外力矩成正比，與剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量，為系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度；α與M方向相同。忽略系統(tǒng)的主機(jī)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(shí)，制動(dòng)器失電瞬間系統(tǒng)繞驅(qū)動(dòng)主機(jī)曳引軸定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，見（2）式。

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

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

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

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

式（6）中，D為主機(jī)曳引輪直徑，r為電梯系統(tǒng)曳引懸掛比。通過式（6），可計(jì)算出制動(dòng)器延遲時(shí)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(dòng)作速度進(jìn)行比對，從而對電梯系統(tǒng)和制動(dòng)器設(shè)計(jì)進(jìn)行核對，以保證設(shè)備在緊急制停時(shí)安全可靠。

1.2 緊急制停時(shí)電梯系統(tǒng)動(dòng)能與不平衡力矩

假設(shè)電梯系統(tǒng)位于其設(shè)計(jì)提升高度的任意位置，且以系統(tǒng)額定速度運(yùn)行時(shí)緊急制停，其系統(tǒng)不平衡力矩及運(yùn)動(dòng)能量計(jì)算公式如下，其中計(jì)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(yùn)動(dòng)能量為直線運(yùn)行部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)能之和，可得出緊急制停時(shí)制動(dòng)器失電瞬間電梯系統(tǒng)總運(yùn)動(dòng)能量Ek，見（7）式。

緊急制停時(shí)制動(dòng)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(dòng)主機(jī)曳引軸的力矩為Mcar，對重側(cè)相對驅(qū)動(dòng)主機(jī)曳引軸的力矩 Mcwt，分別計(jì)算見式（8），（9），（10）。

其中Mcar與Mcwt方向相反，M方向與系統(tǒng)運(yùn)行方向相同。

2 緊急制停速度的理論計(jì)算與試驗(yàn)

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

基于式（6），可理論計(jì)算出3種試驗(yàn)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(shí)，在制動(dòng)器延遲時(shí)間t后，轎廂的瞬時(shí)最大速度v（t）。

樣梯理論計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。表2中，制動(dòng)器延遲時(shí)間t為PMT記錄曲線中，取加速度曲線開始突變點(diǎn)到轎廂最大速度所對應(yīng)的時(shí)間差值，也可以通過示波器進(jìn)行延遲時(shí)間t進(jìn)行檢測。緊急制停試驗(yàn)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(yàn)樣梯的理論計(jì)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(jì)算 v（t）、PMT 實(shí)際測試 v（t），可得出4個(gè)結(jié)論。

（1）理論計(jì)算所得出的轎廂最大速度與PMT實(shí)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(shí)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(dòng)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(yàn)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(bǔ)償繩（鏈）配置CC和Ncc等，轎內(nèi)125%額定載荷下行緊急制停時(shí)，在制動(dòng)器延遲時(shí)間t后，轎廂瞬時(shí)最大速度將達(dá)到2.05 m/s，超過標(biāo)準(zhǔn)要求的限速器動(dòng)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(dòng)作速度的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，額定速度v為1.75 m/s時(shí)，限速器電氣動(dòng)作速度范圍為2.05～2.09 m/s，機(jī)械動(dòng)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(shí)，在制動(dòng)器延遲時(shí)間t后，轎廂瞬時(shí)最大速度仍可能超過限速器出廠設(shè)置的電氣動(dòng)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(jìn)行制動(dòng)器制停能力試驗(yàn)時(shí)，宜以限速器電氣開關(guān)不動(dòng)作作為要求，即電梯系統(tǒng)在緊急制停時(shí)，電梯系統(tǒng)的瞬時(shí)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(dòng)器延遲期間，電梯系統(tǒng)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度和最大轎廂速度的方法，對于進(jìn)一步研究電梯制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，提供了系統(tǒng)計(jì)算的參考。在電梯系統(tǒng)緊急制動(dòng)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(dòng)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(shí)理論計(jì)算轎廂瞬時(shí)最大速度的方法，設(shè)計(jì)時(shí)需要優(yōu)化制動(dòng)器延遲時(shí)間，并綜合考慮制動(dòng)器反電動(dòng)勢電壓和吸合噪音，確保制動(dòng)安全和運(yùn)行舒適性，同時(shí)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(bǔ)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〕