资深电梯人:永磁同步主机制动器制动能力的探讨

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目前市场上广泛使用的电梯大多采用异步主机驱动和同步主机驱动。对其所采用的制动器,业内基本也得到统一认识:即异步主机制动器没有制动力冗余,只能进行工作制动,如要进行安全制动的话,就必须加装一套轿厢上行超速和轿厢意外移动的安全保护装置;而同步主机驱动的制动器有冗余的制动力,除可以进行工作制动外,还可以对轿厢上行超速和轿厢意外移动进行安全制动。

笔者想通过这篇文章来探讨同步主机驱动的制动器在当下中国的电梯上究竟有没有制动力冗余?这种冗余的制动力能否对轿厢上行超速和轿厢意外移动进行保护?这些问题如果不搞清楚,就会对电梯安全做出错误判断,使我们付出更大的安全代价.

一、GB7588-2003对机-电式制动器的要求:

1、当轿厢载有125%额定载荷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。轿厢的减速度﹤1g。

2、所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应(至少)分两组装设。如果一组不起作用,另一组应仍有足够的制动力使载有额定载重量以额定速度下行的轿厢减速、停止。

3、电磁线圈的铁心被视为机械部件,而线圈不是。也就是说只有具有上述制动能力的主机制动器才被誉为是冗余的制动器。GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》一号修改单还赋予其可以进行除正常的工作制动外,还可以进行上行超速保护制动和轿厢意外移动制动。可见这种即可以进行工作制动,又可以进行安全制动的主机制动器的特点就是这种制动器的机械部分可分为两组设置:当一组不起作用,另一组应仍有足够的制动力使载有额定载重量以额定速度下行的轿厢减速、停止。

二、机-电式制动器冗余的制动力分析

分析:结合标准1、2这种制动器是不是可以这样理解:它的制动能力是每一组制动力最少为125%额定载荷,两组制动力为250%额定载荷,可以单独做125%额定载荷制动力试验。

可见标准对永磁同步主机制动器的设计、制造是非常严格的,对制动能力的冗余度要求也是相当高的。换句话说这种具有冗余度的主机制动器的两边制动力应不少于250%额定载荷;单边制动力也不能少于125%额定载荷。

这种冗余的主机制动器的制动能力真的能满足上述制动要求吗?客观地讲这种冗余的主机制动器在当下可以说是不存在的!因为没有任何一个检验机构和使用单位在现场做过符合上述标准1、2的试验,更谈不上对这种主机制动器冗余度的验证了。这种冗余度的验证试验也只是型式试验机构在试验台上做曳引机型式试验时,做过单边125%制动力矩和双边250%的制动力矩试验。因为制动器的制动能力是动态的,它取决于各个零件的性能:如压缩弹簧弹的疲劳变形、制动摩擦片的调整和磨损等。所以,经型式试验合格的曳引机主机制动器,只能代表这种形式规格的曳引机符合型式试验要求。但不能代表每一台主机制动器的制动力具有满足上述标准1、2的冗余要求!要说明具有这种冗余制动的能力,必须要按标准1、2做冗余制动能力验证。否则,这种主机制动器就不具备冗余制动能力,不能进行轿厢上行超速保护制动和轿厢意外移动制动。

目前,电梯检验机构和使用单位根本就没有条件和能力在现场做上述标准1、2的试验;再一个是电梯设计规范为保证电梯整体的安全,也不能用250%额定载荷在额定速度下行的制动力来制动空载或轻载轿厢(除非这种制动器制动力可调),否则紧急制动所产生的减速度会对乘客产生伤害。单边125%额定载荷在额定速度下行的制动试验,由于危险和制动产生的巨大径向力可能会对驱动轴和轴承带来损害,这个冗余度核实试验,也没有做(电梯检规没有要求)。充其量就做个满载检修速度下行或空载上行制动试验。其制动力最大也就是100%或125%额定载荷(两边同时制动),如果制动力两边均匀,其单边最大制动力也就是50%或65%额定载荷。此时,若是一边制动失效或制动力不足,另一边也无能为力,更谈不上所谓的冗余制动了。绝大多数永磁同步主机驱动的电梯出现开门走梯致人剪切死亡事故,就是由于主机制动器的单边制动力小于100%额定载荷才发生的。

既然强制标准要求永磁同步主机冗余的制动器单边最小的制动力应保证在100%额定载荷,那么在当下无法或不具备验证这种主机制动器冗余的制动力情况下,强烈要求国家电梯安全监督管理机构和电梯检验机构,对未验证或单边制动力小于100%额定载荷的主机制动器,取消其冗余度的功能,不能对轿厢上行超速和意外移动进行保护。

笔者是学机械制造的,原来在机-电制动器的教科书里和多年接触制动器的使用过程中,业内很忌讳制动器单边制动。而今天电梯上广泛使用的永磁同步主机冗余的制动器,恰恰就是依赖这种单边制动来达到安全制动的目的。所以笔者心里没有底,试着利用运动学和动力学的原理,计算了主机制动器在125%额定载荷、额定速度下行单边制动时制动力和制动正压力:由于主机制动器是单边制动,所产生的正压力对轴、轴承、制动臂的强度、刚度和主机座就会形成一个很大的单边径向力,严重的话会损坏轴、轴承和制动臂或者使主机座产生位移(曳引轮安装位置发生变化),影响电梯正常的运行。再一个就是计算250%额定载荷、额定速度下行主机制动器两边同时制动时所产生的制动力,对轻载、额定速度制动时轿厢制动减速度的变化和对乘客的影响。

由于笔者不是搞同步主机制动器设计、制造的,手头缺少相应的计算参考资料,恳请同步主机设计、制造人员可根据本文计算得出的125%额定载荷单边制动正压力和250%额定载荷两边同时制动的制动力偶对同步主机的轴、轴承、制动臂的强度、刚度和主机座进行径向力验算,并将计算结果公开,确保其在理论上能满足标准试验的要求。

三、单一组机械部件制动产生的径向力计算

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根 据GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》假设冗余的制动器,一侧不起作用,另一侧制动器要使具有额定速度下行、125%额定载荷的轿厢制停的 制动力。如果单边制动力可以达到制动要求,但带来的副作用:如径向力对轴承、轴、制动臂和主机座的影响应该加以考虑。本文就是通过计算计算单边制动产生的 正压力,校核对轴承、轴、制动臂和主机座的影响(这项工作拜托主机厂技术人员了)。

设:轮1(曳引轮+制动轮)为定滑轮,轮2、轮3分别为动滑轮,摩擦力不计。

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四、较大的制动力在轻载紧急制动时对乘客的影响

资深电梯人:永磁同步主机制动器制动能力的探讨

结论:当采用 250%额定载荷、额定速度紧急制停时(a=g)的制动力,来制动轻载(一个人)下行时,其制动减速度将超过1g,远远高于医学界提供的人体能够承受的减速度最大值0.21g对乘客产生极大的伤害。同时还会破坏曳引条件,使曳引钢丝绳打滑,给电梯运行带来极大的影响。

五、结论

由此可见:永磁同步主机制动器不可能按照双边250%的额定载重量(单边125%),额定速度下行来调整制动器。如果按此调整,轻载下行制动时就会对乘客和电梯运行带来极大的伤害。如果不按此调整,又不能满足单边制动125%额定载荷的冗余要求。

永磁同步主机制动器存在冗余,目前来说是不可能做到的。所以永磁同步主机驱动的电梯,必须也要增加轿箱上行超速和意外移动的保护。如果一定要其的制动器提供 冗余的制动力,就必须做到以下两点:其一,这种制动器的两组制动力必须时时监控,确保每组制动力分别大于100%额定载荷;其二,这种制动器的制动力比没 有冗余的制动器几乎增加100%,如果一定要让这种制动器进行冗余制动,就必须对整个电梯进行重新设计。如:增大曳引力、降低制动减速度、对驱动主机的轴 和轴承进行径向力和弯矩验算等。

当然,利用永磁同步主机驱动的电梯,确实有很多优点,如节能、体积小、故障率低等,它改变了几十年来机械传动利用减速机驱动机械设备的历史,它的主机制动器还是比传统的单机械部件制动器要安全、可靠,是一个非常好的工作制动器,仅此而已。

文:刘德民

作者简介:刘德民:广东省特种设备检测研究院(退休)、教授级高工、机械设计制造近40年、从事起重机械、电梯检验工作25年起重机械专家。

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默者
  • 本文由 发表于 2015年9月5日20:39:59
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匿名

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