永磁同步曳引机制动器冗余的制动能力的探讨

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[摘 要]本文对永磁同步曳引机制动器冗余的制动力进行分析，提出永磁同步主机制动器要提供冗余的制动力，就必须做到以下两点：其一，@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，就必须对整台电梯进行重新设计。

[关键词]永磁同步曳引机制动器、制动力、冗余

中图分类号：TU857；TM352 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0124-02

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冗余的制动力，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，还可以在对轿厢上行超速和轿厢意外移动进行安全制动时使用。

本文具体分析了永磁同步主机制动器冗余制动力，并探讨这种冗余的制动力能否在对轿厢上行超速和轿厢意外移动进行安全制动时使用。

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下行。

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曳引机制动器才被誉为是冗余的制动器。

二、机-电式制动器冗余的制动力分析

分析：结合GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》及一号修改单中的要求，制动器应具备以下能力：它的制动能力是每一组制动力最少能使载有额定载重量以额定速度下行的轿厢减速下行。两组制动力可以使载有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。因此要求制动器每组可以单独做额定载荷制动力试验。

可见制动器既要保证单边抱闸要能将额定载荷或空载轿厢减速或制停的话，最少要保证单边制动力为100%额定载荷，两边抱闸作用在制动鼓上的制动力最少要200%额定载荷。另外设计时需考虑到125%额定载荷这种特殊工况，制动器最少要保证单边制动力为125%额定载荷，两边抱闸作用在制动鼓上的制动力最少要250%额定载荷。

三、单一组机械部件制动产生的径向力计算

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，另一侧制动器仍具有使额定速度下行、100%额定载荷的轿厢减速下行的制动力。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。以下是通过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。

如图1所示，电梯按照2：1曳引比方式布置，

已知：P+Q>W （kg）.在轿厢侧P+Q的作用下，对重侧W向上运动，当轿厢侧速度达到v时，对轮1（制动轮）进行制动，轿厢制动距离为s，制动轮制动距离为2S，求制动力。和正压力N。式中P：轿厢重量；Q：额定载重量；W：对重侧重量；单边制动力。

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。

另外按照电梯的最不利工况考虑计算制停减速度，也即这里制停减速度的计算不考虑曳引钢丝绳在曳引轮上滑移的影响：

电梯制停时制动减速度不大于1g，是基于在额定载重量情况下紧急制动时的减速度，也就是说两个制动臂上制动闸瓦同时制动时的制动减速度，这个制动减速度，GB7588标准并没有考虑到其中一个制动臂失效，单边制动臂使载有额定载重量以额定速度下行的轿厢减速下行这种工况的。按照GB7588标准，这个制动力实际上最小可以在单边保证50%就可以了，在两边都能达到50%的情况下，100%额定载荷的轿厢就能下行减速制停。如果考虑到其中一个制动臂失效，单边制动臂使载有额定载重量以额定速度下行的轿厢减速下行这种工况，两个制动臂的制动力必须同时达到100%。也就是说电梯制动力最少增加了一倍。在这种情况下制动，是会带来较大的冲击。

理解：假设滑轮2、3的质量相等，同时在运动过程中忽略钢丝绳的僵性阻力以及摩擦阻力做功，在此基础上应用动能定理分析，即轿厢侧P+Q下降s过程中所损失的重力势能。转化为对重W上升过程中增加的重力势能。以及两者所增加的动能。这部分动能加上系统初始状态动能。全部由单边制动力做功所消耗，轿厢制动距离为s，则制动轮制动距离为2S，据此计算制动力。和正压力N。

通过以上进行分析：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、永磁同步主制动器冗余制动力分析

目前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。以上按照电梯的最不利工况考虑计算制停减速度，计算了曳引机制动器在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，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。

根据以上单一组机械部件制动产生的径向力计算及较大的制动力在轻载紧急制动时对乘客的影响这二个方面计算分析：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。但是如果不按此调整，又不能满足单边制动125%额定载荷的冗余要求。

因而永磁同步主机制动器要提供冗余的制动力，就必须做到以下两点：其一，这种制动器的两组制动力必须实时监控，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，就必须对整台电梯进行重新设计。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，它的主机制动器还要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。

参考文献

[1] 张乐祥：浅谈电梯和自动扶梯制动系统

[2] 曾晓东：电梯制动器的动力学分析及其与驱动系统的配合

[3] 朱昌明，洪致育，张惠侨：电梯与自动扶梯：原理、结构、安装、测试