厚太龍，王 穎

(1.沈陽(yáng)藍(lán)光驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司，沈陽(yáng) 110180; 2.沈陽(yáng)華譽(yù)地源熱泵供熱有限公司，沈陽(yáng) 110000)

0 引 言

目前，永磁同步電機(jī)因其更加節(jié)能環(huán)保，成為電梯驅(qū)動(dòng)(又稱曳引機(jī))的首選，制動(dòng)器是電梯曳引機(jī)的重要安全部件，其性能直接影響電梯的安全運(yùn)行。制動(dòng)器的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間是制動(dòng)器斷電到制動(dòng)力矩達(dá)到額定值所需的時(shí)間,制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于0.5 s[1]，并且，在電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的型式試驗(yàn)中，制動(dòng)器作為制停部件，其響應(yīng)時(shí)間將影響制停距離[2]。微動(dòng)開關(guān)作為制動(dòng)器重要部件，其工作穩(wěn)定性是曳引機(jī)的重要性能指標(biāo)。

現(xiàn)有制動(dòng)器在做型式試驗(yàn)時(shí)，常常以微動(dòng)開關(guān)的觸發(fā)時(shí)間作為制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。其實(shí)際制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間可能并不滿足國(guó)標(biāo)要求，而且，制動(dòng)器在實(shí)際運(yùn)行中，其微動(dòng)開關(guān)工作不穩(wěn)定，常出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)情況，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行。為了解決上述問題，對(duì)制動(dòng)器和微動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行了深入的分析研究，設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的盤式制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為制動(dòng)彈簧和導(dǎo)向元件同軸布置，電磁氣隙固定，并配置了更合理的微動(dòng)開關(guān)和觸發(fā)機(jī)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比現(xiàn)有制動(dòng)器和新型制動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)，確定優(yōu)化結(jié)果。

1 制動(dòng)器構(gòu)型設(shè)計(jì)與三維建模

新型制動(dòng)器主要包括電樞、線圈、銜鐵、彈簧、圓柱銷、減震墊和制動(dòng)盤組件，其中彈簧和制動(dòng)盤組件組成制動(dòng)元件，圓柱銷是導(dǎo)向元件，減震墊是減震元件。新型制動(dòng)器電磁氣隙固定，微動(dòng)開關(guān)直接安裝在電樞上，在銜鐵上安裝了微動(dòng)開關(guān)觸發(fā)機(jī)構(gòu)，隨著銜鐵往復(fù)動(dòng)作，微動(dòng)開關(guān)直接完成通斷動(dòng)作，無需預(yù)壓開關(guān)或使用放大機(jī)構(gòu)。

1.1 制動(dòng)、減震和導(dǎo)向元件構(gòu)型設(shè)計(jì)

盤式制動(dòng)器在電樞上設(shè)有安裝孔、線圈槽和其他功能性槽孔，用于布置制動(dòng)、減震和導(dǎo)向元件。減震元件一般根據(jù)電樞本身的形狀，沿電樞邊緣均勻布置，保持銜鐵動(dòng)作的協(xié)調(diào)一致性，可達(dá)到最佳減震效果。在現(xiàn)有制動(dòng)器中，為減小附加力矩，一般以導(dǎo)向元件為中心均勻布置彈簧，斷電情況下，銜鐵在多根彈簧的作用下，動(dòng)作流暢，減少對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的影響，但受限于電樞上剩余的可利用空間，按現(xiàn)有構(gòu)型會(huì)增加設(shè)計(jì)難度，很難達(dá)到最佳效果。新型結(jié)構(gòu)采用大規(guī)格彈簧，導(dǎo)向元件與彈簧同軸布置，理論上完全消除了附加力矩，解決了附加力矩和構(gòu)型困難的問題，較之現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，銜鐵動(dòng)作更流暢，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間更短。

新型盤式制動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，制動(dòng)、減震和導(dǎo)向元件構(gòu)型如圖2所示。

圖1 盤式制動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)

圖2 導(dǎo)向元件構(gòu)型

1.2 微動(dòng)開關(guān)選用和觸發(fā)機(jī)構(gòu)

一般微動(dòng)開關(guān)固定在電樞上方，觸發(fā)機(jī)構(gòu)固定在銜鐵上方。觸發(fā)機(jī)構(gòu)通常為螺釘加安裝塊結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)螺釘與微動(dòng)開關(guān)接觸或完成預(yù)壓，安裝調(diào)試完成后固定螺釘即可。

現(xiàn)有的曳引機(jī)用盤式制動(dòng)器，通常選用歐姆龍SS-5型微動(dòng)開關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小，節(jié)省安裝空間。但其0.5mm的最大預(yù)行程相對(duì)于0.35～0.5 mm的電磁氣隙而言，安裝調(diào)試時(shí)，需要預(yù)壓微動(dòng)開關(guān)或者使用放大機(jī)構(gòu)，才能保證微動(dòng)開關(guān)正常工作。如果預(yù)壓，在實(shí)際調(diào)試過程中，限于開關(guān)按鈕的弧面，以及受到最大0.1 mm的行程差限制，需人工反復(fù)調(diào)節(jié)，效率極低；如使用放大機(jī)構(gòu)，雖解決了調(diào)節(jié)效率低的問題，因多了一級(jí)傳遞機(jī)構(gòu)，會(huì)存在不穩(wěn)定性因素，增加售后維修幾率。并且SS-5的最小過行程是0.5 mm,預(yù)壓或者使用放大機(jī)構(gòu)的情況下，微動(dòng)開關(guān)內(nèi)部彈片結(jié)構(gòu)在動(dòng)作方向的變形量能夠達(dá)到0.7 mm，占極限變形量的70%，將極大地縮短微動(dòng)開關(guān)的使用壽命。

新型結(jié)構(gòu)采用Z-15HD-B彈簧短柱塞型微動(dòng)開關(guān)，最大預(yù)行程為0.3 mm，驅(qū)動(dòng)桿為金屬材質(zhì)，接觸面為平面，安裝調(diào)節(jié)時(shí)頂桿螺釘接觸驅(qū)動(dòng)桿后，固定螺釘即可。較之現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，雖直接增加了材料成本，但安裝簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定性高，使用壽命長(zhǎng)，大幅降低了售后維修的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

微動(dòng)開關(guān)觸發(fā)結(jié)構(gòu)如圖3所示，兩種微動(dòng)開關(guān)主要參數(shù)如表1所示。

圖3 微動(dòng)開關(guān)觸發(fā)結(jié)構(gòu)

SS-5Z-15HD-B最大預(yù)行程S1/mm0.50.3最小過行程S2/mm0.51.6最大行程差ΔSmax/mm0.10.025

2 對(duì)比試驗(yàn)

為驗(yàn)證優(yōu)化效果，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，以獲得制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和微動(dòng)開關(guān)連續(xù)通斷次數(shù)。

實(shí)驗(yàn)一：將現(xiàn)有盤式制動(dòng)器和新型盤式制動(dòng)器分別安裝在曳引機(jī)上，通過對(duì)拖實(shí)驗(yàn)，用示波器測(cè)試從制動(dòng)器斷電開始，制動(dòng)力矩達(dá)到2.5倍主機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的時(shí)間，即制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間由兩部分組成，一是銜鐵動(dòng)作時(shí)間，二是摩擦副產(chǎn)生額定制動(dòng)力矩的時(shí)間。在現(xiàn)有制動(dòng)器和新型制動(dòng)器摩擦副條件相同的情況下，響應(yīng)時(shí)間越短，表明銜鐵動(dòng)作時(shí)間越短，動(dòng)作更順暢，測(cè)試的響應(yīng)時(shí)間如圖4和圖5所示。

圖4 現(xiàn)有制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

圖5 新型制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

實(shí)驗(yàn)二：將現(xiàn)有盤式制動(dòng)器和新型盤式制動(dòng)器分別安裝在曳引機(jī)上，測(cè)微動(dòng)開關(guān)連續(xù)通斷的次數(shù)，次數(shù)超過2 000 000次為合格，次數(shù)越多代表微動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)越穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示。其中通道8為現(xiàn)有盤式制動(dòng)器微動(dòng)開關(guān)通斷次數(shù)，中途報(bào)錯(cuò)，累計(jì)連續(xù)通斷次數(shù)為978 945次；通道7為新型盤式制動(dòng)器微動(dòng)開關(guān)通斷次數(shù)，截至統(tǒng)計(jì)時(shí)，連續(xù)通斷次數(shù)達(dá)到3 028 960次，次數(shù)達(dá)標(biāo)，開關(guān)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

圖6 開關(guān)連續(xù)通斷次數(shù)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比如表2所示。

表2 開關(guān)次數(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

3 結(jié) 語

本文分析制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理，影響制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的主要原因是銜鐵動(dòng)作不協(xié)調(diào)，制動(dòng)彈簧和導(dǎo)向元件之間產(chǎn)生的附加力矩是關(guān)鍵因素，該新型制動(dòng)器采用制動(dòng)彈簧和導(dǎo)向元件同軸布置，消除了附加力矩，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了新型制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間更短。

同時(shí)研究微動(dòng)開關(guān)的技術(shù)參數(shù)和觸發(fā)機(jī)制，預(yù)行程與電磁氣隙的匹配程度決定了微動(dòng)開關(guān)的安裝調(diào)試和工作穩(wěn)定性。新型制動(dòng)器采用最大預(yù)行程0.3 mm的Z-15HD-B的微動(dòng)開關(guān)，匹配0.35～0.5 mm的電磁氣隙，安裝時(shí)無需預(yù)壓微動(dòng)開關(guān)或者使用放大機(jī)構(gòu)，提高了裝配效率和工作穩(wěn)定性，通過對(duì)比試驗(yàn)，新型制動(dòng)器微動(dòng)開關(guān)連續(xù)通斷次數(shù)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有制動(dòng)器，工作穩(wěn)定性獲得較大提升。