038——张乐祥：浅谈电梯和自动扶梯制动系统制动器是电梯和自动扶梯重要的部件之一，其对设备的运行起着很重要的作用 近年来由制动器引发的恶性事故频发，制动器的可靠性引起了行业的广泛重视 电梯行业所使用的部分制动器技术要求(不含安全防护|紧急制动器) 1.无齿轮曳引电梯 安全技术要求在标准中有充分明确的表述问题主要出在设计与制造，以及选用，使用维修等问题提升制动器的可靠性和寿命是解决问题的途径 2.有齿轮减速曳引机 与北美安全标准规定，定义基本相同 3.自动扶梯 关于制动的安全技术要求不充分，存在很严重的安全隐患制动器的自检测和智能制动对于扶梯安全较为重要 4.液压电梯 线性制动器:应用很少，省略 GB7588对制动器的技术要求 电梯的制动系统在出现下述情况时能自动动作: a)动力电源失电; b)应为失电(常闭)型机一电式摩擦型制动器 机一电式制动器及在主机上设置的安全技术要求 1.当轿厢载有125%额定载重量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、轿厢制停过程的减速度应在0.2~1g之间(需保持曳引力适中)。 2.所有作用在摩擦轮上，参与制动的机械部件应(至少)分两组装设。当一组失效时，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和空载以额定速度上行的轿厢减速、停止并保持停止。电磁线圈的铁心被视为机械部件，而线圈不算。 3.被制动部件应以机械方式与曳引[轮或卷筒、链轮直接刚性连接。 制动力应该由具有导向的压缩弹簧施加 制动闸瓦应使用不易燃材料，不能使用带式制动 制动器人工释放应采取持续手动操作或备用电气装置完成 制动器控制电路的技术要求 1.控制电路要与主机控制独立 2.控制电路断电时，制动器要立刻动作，不得使用续流装置。为了减少线圈火花的被动元件如二极管，电阻和电容除外 3.电动机的驱动力施加要先于制动器释放 当制动器直接作用在曳引轮或邻近部分，并被用于上行超速保护和UCMP时 1.不考虑曳引力不足或失效导致的风险 2.自动监测制动器的打开和关闭动作或进行制动力验证 3.系统需要按照含有电子元件或Pessral进行型式验证 当制动器设置在有齿轮主机的高速端时，考虑到联轴器，减速机齿轮和轴等部件可能的失效情况，需要再设置专用安全保护装置用于轿厢的上行超速和轿厢意外移动保护。 专用安全保护装置设置作用在 1.曳引轮或邻近装置 2.悬挂(钢丝绳) 3.导轨 专用安全保护装置 1.紧急制动器 2.夹绳器 3.双向安全钳和夹轨器 以上标准规定对有齿轮技术的应用是个抑制。主要目的是按照这个要求进行老旧电梯的改造。欧洲70%以上的电梯使用时间超过了20年，有齿轮系统是占绝大部分，改造市场潜力巨大 制动器的噪音控制非常重要! 1.制动器噪声是机房和轿厢内噪音的多数来源 2.制动噪音要满足相关建筑规范和客户的采购技术要求 3.制动噪音要尽可能地小，尤其是对于无机房电梯来说。无机房目前占欧洲市场的70%以上，制动器的噪音控制较为重要 4.人对制动器动作这类突然的声响非常敏感，需要行业对制动器制定一个参照标准。30~50分贝? 北美A17.1/B44的制动系统名词术语定义 电梯和自动扶梯主机制动器:作为主机的一部分电气-机械装置，通常施加于制动表面以产生一个可控的制动力，制停并保持系统静止 电气辅助制动:通过发电的方法对电梯减速的方式 紧急制动器:当轿厢以一个非受控的方式移动时，一个独立于制动器系统的使电梯减速或停止的机械装置，这类装置包括，但不限于，那些作用如下一个或多个部件上产生制动力的情况: ·电梯主导轨 ·对重导轨 ·悬挂或补偿绳 ·曳引轮和制动鼓 北美A17.1/B44的制动系统要求 制动器能够保持125%额定负载或空载轿厢静止不动 在125%额定负载轿厢额定速度下行时，制动系统需要在1g的减速度下减速电梯 当主机制动器失效导致上行超速或意外移动时，需要紧急制动器或安全钳制停轿厢 在上行超速110%时，要求紧急制动器能以0.2~1g的减速度减速空载轿厢 需要独立装设工作制动器和紧急制动器 没有要求制动器是冗余的 欧洲/中国VS北美有关制动器的要求的异同 曳引机的外观，结构和部件基本相同。但制动器的定义不同。欧洲：冗余；北美：工作制动器+紧急制动器 无齿轮曳引机 1.欧洲/中国:使用冗余制动器使上行超速或UCM不会发生，属于预防性措施。制动器有自监测的要求，当用于安全保护时，需要对制动器进行型式检验 2.北美:当主机制动器失效时，使用紧急制动器进行保护。对制动器没有自监测的要求。对紧急制动器的动作没有准确的要求，制动器没有失效时，紧急制动器仍然要施加。 3.北美的制动器需要两个独立的线圈 4.共因失效问题:都是作用在同一制动表面，制动表面污染为主要共因失效原因。 有齿轮曳引机 ·欧美规定基本一致 ·都需要增加紧急制动器或夹绳器或夹轨器等安全保护装置来防止轿厢的意外移动。 变频调速电梯制动器的主要型式和工作环境 电梯制动器的主要形式 ·外抱块式制动器 ·内张蹄式制动器 ·盘式制动器 电梯制动器为常闭式，摩擦型。采用涡流，磁粉，液变等工作原理的非摩擦型制动器目前还未采用 制动器的工作状态和环境 ·绝大多数情况下为0速下闸保持制动器(holding brake): ·紧急制动（emergency stop）:停电或安全电路动作 ·年动作频次:高层住宅楼: 20~ 30万；办公楼和医院: 50~70万 ·工作温度: 0~50°C 变频调速电梯制动器的设计和选择要求 要求:在整个寿命周期动作可靠，制动力基本恒定,噪音低 寿命: 20年 1.工作次数: 500万~1000万次;国外主流: 1000~1500万次 2.主要以噪音超标作为考核失效指标，寿命结束时仍然能产生足够的力矩。仅考虑制动力的情况下寿命应该在3~5千万次 线圈设计 1.大概率工作制 2.当前为了减少电动机体积，大的趋势是把电动机的工作温度设计的比较高，制动器通常要紧邻，因此绝缘等级要高。F级绝缘，B级使用 3.是否所有制动器也需要采用每组制动单元-个线圈的设计? 制动蹄摩擦块材料的选择 ·普通电梯:半金属，树脂，陶瓷;目前以有机树脂为主 ·高速梯:巨大的能量可能使制动器抱死或失效,先考虑采用陶瓷、碳纤维等摩擦材料 ·摩擦系数μ通常要小于0.4,太高不稳定，对污染敏感，噪音大 ·选择磨损率比较低，粉末产生比较少的产品 ·热衰退，玻璃化问题，高速梯要重视这个问题 变频调速电梯制动器的设计和选择要求 结构需要采用密封的形式，以增强对环境污染的抵抗能力 制动器响应时间要短，以满足UCMP的要求 制动间隙<0.3nm，微动开关的动作检测很困难;高温时，微动开关也容易失效 认为打开制动器:手柄设计和辅助电源、操作和控制 制动器控制器:电压;过缴励;节能问题 需要做到全寿命周期免维护,免调整 需要编制定期检验方法和手段 设计/选用制动器时应该对制动器进行严格的验证/测试。应该在设计寿命结束，0~50度的温度范围内验证/测试: ·静态和动态制动力矩 ·噪音水平;制动器的失效应该是噪音不满足要求，仍需要保持制动力动作响应时间 电梯制动器的常见问题 动铁心Actuator卡阻和制动表面摩擦系数大幅度降低 线圈烧毁和控制器故障 由于制动表面加工精度低，制动器调整和维护不当导致: ·在制动器未全打开情况下，曳引机运行导致制动器的严重磨损，制动表面硬化或玻化。制动力降低导致轿厢的意外移动 ·制动机构变形影响到施加到制动表面的力 ·制动器的维保要求过度频繁，复杂，需要经常拆解维护也是很严重的问题，一旦维保不到位就会导致严重的问题 油、灰尘等污染物进入制动表面导致制动力不足 片面提高摩擦片摩擦系数，摩擦片选用不当或质量问题 制动力和噪音随着使用快速变坏，性能不够稳定 寿命太短;缺乏与主机同寿命的设计理念 鼓式vs盘式 盘式制动器工作表面的接触面积相对较小，散热性较好，制动盘的热膨胀也不会像制动鼓那样引起制动行程损失。产品具有体积小，结构简单，模块化，装设灵活简便等优点，在电梯行业得到了越来越多的应用。 提示 1.电梯标准中要求制动器必须采用冗余设计，以双组为例，单边制动力设计通常要达到125%额定载荷的制动力才能满足要求,双边共同施加的制动力将是额定载荷所需制动力的250%!如果主机为有减速机的情况下，还需要增加一套紧急制动器或夹绳器等安全保护装置，此时三个制动装置同时制动时的制动力将达到375%!有人建议在无齿轮主机上也应该增加一套紧急制动器，制动力也将会达到375%! 2.互为冗余的制动器每个的制动力应该达到制停要求且单独测试 3.当紧急制停时，根据故障导向安全的设计，多个制动装置会同时施加，在曳引力同时也很强的情况下，特别是轻载情况下，制动所产生的减速度可能会对乘客产生伤害! 4.这个问题是标准的规定产生的，GB7588在中国已经不是通常意义的“标准”，而是法规，我们需要执行!不能通过调整，减少制动力的方法控制轿厢减速度或刹车距离!否则将会导致法律问题!如果对此有异议，需要先改“标准法律”才行! 5.在电梯系统设计时必须选择合适的曳引力，过大会导致紧急制动时减速度太大，伤及乘客，太小悬挂(钢丝绳)滑移的距离太大并导致曳引力不足导致的安全问题。 6.紧急情况下制动器和钢丝绳滑移共同作用下，轿厢的减速度应控制在0.25~ 1g的范围内。 7.在工地现场通过弱化制动器的制动力来达到轿厢减速度要求的方法较为错误，违反现行的标准法规! 8.要警惕新标准可以用电子力矩限制的方法来替代轿厢在顶端的曳引力验证要求带来的新问题。在这个情况下，设计人员可能会选用比较大的曳引力，导致在紧急情况下，轿厢制动减速度太大!这在带式悬挂的情况下，问题更为明显。 自动扶梯的制动系统 自动扶梯事故报道大大普及了使用紧急制动按钮的常识，紧急制动的情况可能会增加 紧急制动的难题 ·需要迅速的制停以解救被机械夹带的乘客 ·太快的制停容易导致乘客摔倒，产生事故 ·自动扶梯载荷变化大导致常规制动器制动产生的减速度和抖动以及制动距离很难控制 ·扶梯在使用中为了均衡设备磨损或商场营销的需要，往往上下行扶梯的周期性交换使得常规制动器的调整更加困难 需要智能化的制动系统，控制制停的减速度和制动距离 制动器制动力的自检测功能 变频驱动的智能化的停车，快速抱闸以减少制动器的磨损 作者：张乐祥
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