曳引驅(qū)動(dòng)電梯制動(dòng)試驗(yàn)中制停距離研究

劉 濤

(陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，陜西 西安 710048)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，老舊電梯保有量也在不斷攀升，其暴露的安全隱患問題日益顯著[1]，電梯的安全可靠性也倍受關(guān)注。近年來，因制動(dòng)器等安全部件的缺陷導(dǎo)致電梯的剪切、墜落等事故時(shí)有發(fā)生，特別在老舊電梯集中的省市[2]，在用電梯安全問題亟待解決，因此TSG T7001—2009(含第2號修改單)自2017年10月1日起新增了電梯定期檢驗(yàn)每5年必做的8.13項(xiàng)制動(dòng)試驗(yàn)[3]，對老舊電梯制動(dòng)器的制動(dòng)能力和曳引能力進(jìn)行綜合考核。然而，制動(dòng)試驗(yàn)對試驗(yàn)結(jié)論評判只做了定性描述，未給出定量的評判標(biāo)準(zhǔn)，不同檢驗(yàn)員對此理解各異，檢驗(yàn)過程中可操作性較差[4]。筆者通過對GB 7588—2003(含第1號修改單)的內(nèi)容研究，并結(jié)合TSG T7001—2009(含第2號修改單)對電梯定期檢驗(yàn)的內(nèi)容和要求進(jìn)行分析，提出了制動(dòng)試驗(yàn)評判依據(jù)的量化建議。

1 制動(dòng)試驗(yàn)內(nèi)容

TSG T7001—2009(含第2號修改單)8.13項(xiàng)制動(dòng)試驗(yàn)內(nèi)容如下：轎廂裝載125%額定載重量，以正常運(yùn)行速度下行時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器供電，制動(dòng)器應(yīng)當(dāng)能夠使驅(qū)動(dòng)主機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)后轎廂應(yīng)無明顯變形和損壞。經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分制動(dòng)器都能夠使驅(qū)動(dòng)主機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)后轎廂也無明顯變形和損壞，但是曳引鋼絲繩打滑距離較長，可見雖然驅(qū)動(dòng)主機(jī)停轉(zhuǎn)，但曳引力不足導(dǎo)致轎廂未可靠制停。因125%額載緊急制動(dòng)有可能破壞電梯的曳引條件，所以若試驗(yàn)中鋼絲繩在一定的范圍內(nèi)打滑應(yīng)該是允許的[5]，相反，若試驗(yàn)中鋼絲繩未發(fā)生絲毫打滑，須質(zhì)疑空載曳引檢查的可信度。

制動(dòng)試驗(yàn)過程中，無論是驅(qū)動(dòng)主機(jī)未停止運(yùn)轉(zhuǎn)還是鋼絲繩過長距離打滑，都將導(dǎo)致轎廂發(fā)生“溜梯”。若開門“溜梯”可能造成剪切或(和)墜落事故；若“溜梯”速度未達(dá)到限速器動(dòng)作速度，可能造成蹲底事故；若“溜梯”過程中安全鉗因卡阻等原因未機(jī)械動(dòng)作，還可能造成電梯高速下墜而損毀轎廂。因此，制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂移動(dòng)距離可以反映電梯制動(dòng)能力和曳引能力的綜合性能[6]。然而，制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂移動(dòng)距離究竟應(yīng)該在何范圍，只有量化了才便于對檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行客觀評判。

針對制動(dòng)試驗(yàn)，筆者通過研究國標(biāo)和檢規(guī)，提出了額定速度不超過3.5 m/s的電梯制停距離。

2 滿足國標(biāo)對制動(dòng)器和曳引條件的要求

2.1 滿足制動(dòng)器要求

GB 7588—2003第12.4.2.1項(xiàng)要求[7]：當(dāng)轎廂載有125%額定載荷并以額定速度向下運(yùn)行時(shí)，操作制動(dòng)器應(yīng)能使曳引機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此情況下轎廂的減速度不應(yīng)超過安全鉗動(dòng)作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度。標(biāo)準(zhǔn)中要求：無論是蓄能型緩沖器還是耗能型緩沖器，緩沖器作用期間的平均減速度不應(yīng)該大于1g；漸進(jìn)式安全鉗制動(dòng)時(shí)的平均減速度應(yīng)為0.2g～1.0g。因此以此減速度為切入點(diǎn)，研究滿足制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂的制停距離。為排除其他因素對轎廂減速度的影響，假設(shè)限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)合格，安全鉗工作狀況正常，安全鉗鉗體與導(dǎo)軌間間隙不會(huì)因轎廂的運(yùn)行振動(dòng)而改變。

轎廂制停距離可近似表示為[8]：

(1)

其中：v為轎廂額定速度，m/s；a為轎廂允許的平均減速度，取值0.2g～1.0g(g為重力加速度)，m/s2。

考慮到緩沖器允許的最大平均減速度，即a=1.0g，根據(jù)式(1)算出不同額定速度下的制停距離L1，如圖1所示曲線L1。由圖1可知，L1反映了制停距離的允許下限數(shù)值。

2.2 滿足曳引條件

GB 7588—2003附錄M限定了緊急制動(dòng)工況下轎廂的減速度a。

(1) 對于正常情況，a≥0.5 m/s2，根據(jù)公式(1)計(jì)算出對應(yīng)不同額定速度的制停距離L2，如圖1所示曲線S20下方區(qū)域。

(2) 對于使用了減行程緩沖器的情況，a≥0.8 m/s2，同理可計(jì)算出制停距離L2，如圖1所示曲線S21下方區(qū)域。

圖1 轎廂制停距離隨額定速度變化的示意圖

此外，為了滿足上述安全技術(shù)要求，正常情況下，對于額定速度不超過3.5 m/s的電梯，為滿足制動(dòng)器的要求，其最小制停距離不小于曲線L1。

經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平衡系數(shù)對制動(dòng)曳引力的影響較大，尤其在可能破壞曳引條件的制動(dòng)試驗(yàn)過程中，平衡系數(shù)偏大或者偏小對轎廂制停距離都有影響。

根據(jù)電梯具體平衡系數(shù)的不同，參考文獻(xiàn)[8]電梯上行制動(dòng)平衡系數(shù)對制停距離的影響，考慮到制動(dòng)試驗(yàn)轎廂側(cè)比對重側(cè)重，對文獻(xiàn)[8]中參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對公式(1)進(jìn)行修正，即:

(2)

其中：β為平衡系數(shù)q對制動(dòng)距離L2的修正系數(shù)，其值見表1。

表1 平衡系數(shù)q對制動(dòng)距離L2的修正系數(shù)β

3 確保電梯制停時(shí)具有足夠的安全距離

為了保證電梯制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂在接近底層端站之前具有足夠的安全制停距離，不至于失控蹲底(尤其對于高速多層電梯)，制停距離可根據(jù)電梯的總提升高度而定。

因電梯下行制動(dòng)試驗(yàn)要求電梯在125%額定載荷額定速度下行至行程下部時(shí)斷電，因此電梯斷電時(shí)所處的位置在一定程度上也決定了其安全制停距離。該距離是多參數(shù)函數(shù)，是今后需要進(jìn)一步研究的對象，設(shè)制動(dòng)試驗(yàn)電梯斷電時(shí)所處位置距離底層端站距離為h，則轎廂安全制停距離為:

L4≤f(v,q,h,μ,α).

(3)

其中：f為多參數(shù)函數(shù)，且f≤h，m；μ為當(dāng)量摩擦因數(shù)；α為鋼絲繩在繩輪上的包角，(°)。

4 國標(biāo)和檢規(guī)對緩沖器壓縮行程的要求

為防止制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂突然制停時(shí)發(fā)生轎廂蹲底事故，制停的距離不能超過L5。當(dāng)轎廂在最低層平層時(shí)，L5為轎廂撞板至轎廂緩沖器頂面的實(shí)測距離LJh和轎廂緩沖器的壓縮行程LY之和，即：

L5=LJh+LY.

(4)

根據(jù)GB 7588—2003第10.4項(xiàng)轎廂和對重緩沖器的行程，緩沖器總行程LY應(yīng)該滿足以下要求：

(1) 蓄能型緩沖器總行程LY≥0.135v2(最小取0.065 m)。

(2) 耗能型緩沖器總行程LY≥0.067 4v2，當(dāng)采用減行程緩沖器時(shí)[3]，由下式確定LY:

當(dāng)電梯額定速度v≤1.0 m/s時(shí)，通常情況都采用蓄能型緩沖器，而國標(biāo)規(guī)定，當(dāng)v>1.0 m/s時(shí)，則必須采用耗能型緩沖器，為了簡化，假設(shè)v≤1.0 m/s時(shí)，采用蓄能型緩沖器；v>1.0 m/s時(shí)，采用耗能型緩沖器。因此可以得到一般緩沖器和減行程緩沖器的壓縮行程分別隨額定速度變化的曲線，如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)額定速度v≤3.5 m/s時(shí)，一般緩沖器的壓縮行程隨著額定速度的增大而不斷增大，而減行程緩沖器的壓縮行程為恒值0.42 m。

圖2 緩沖器壓縮行程隨額定速度的變化

實(shí)測值LJh隨電梯井道底坑和緩沖器安裝尺寸不同而異，因此欲求L5則需先測得LJh。

然后將計(jì)算得到的L5與L3進(jìn)行比較，取二者的較小值做為125%額載制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂允許制停距離L0，即:

L0=min{L3,L5}.

(5)

理論上125%額載制動(dòng)試驗(yàn)中轎廂允許制停距離L應(yīng)滿足：

L1≤L≤L0.

(6)

若制停距離L小于L1，則轎廂緊急制停時(shí)的減速度可能超過了安全鉗或緩沖器允許的減速度范圍；若制停距離L大于L0，則電梯可能已經(jīng)不滿足曳引條件。制停距離接近L0時(shí)為安全警戒。

考慮到制動(dòng)試驗(yàn)過程中存在曳引條件在緊急制動(dòng)過程中瞬間破壞而引起的轎廂失控滑移工況，轎廂在制停之前的滑移距離有可能超過L0，為了避免轎廂失控滑移蹲底，同時(shí)減小轎廂運(yùn)動(dòng)部件在過大的制動(dòng)沖擊之下受損，可取L3、L4和L5的較大值作為轎廂安全保護(hù)制動(dòng)的最大允許動(dòng)作距離L01。

L01=max{L3,L4,L5}.

(7)

制停距離接近L01可認(rèn)為電梯安全制動(dòng)系統(tǒng)已完全失效，須采取補(bǔ)救措施避免嚴(yán)重事故發(fā)生。

5 結(jié)束語

隨著我國電梯研發(fā)和檢測技術(shù)的不斷成熟，老舊電梯的安全隱患也日漸暴露，筆者建議相關(guān)職能部門盡量細(xì)化和量化電梯檢驗(yàn)規(guī)范中要求的相關(guān)項(xiàng)目，便于檢驗(yàn)人員客觀準(zhǔn)確地下定檢驗(yàn)結(jié)論。

電梯制動(dòng)試驗(yàn)是TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》(含第2號修改單)要求每5年必須進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目，而該項(xiàng)目對試驗(yàn)結(jié)論的評判只做了定性描述，未給出定量的評判標(biāo)準(zhǔn)，不方便檢驗(yàn)人員客觀準(zhǔn)確地下定檢驗(yàn)結(jié)論。筆者通過對國標(biāo)和檢驗(yàn)規(guī)范的理解，綜合考慮安全鉗、緩沖器和制動(dòng)器的要求，針對額定速度不超過3.5 m/s的電梯，通過對各項(xiàng)安全技術(shù)要求進(jìn)行分析和計(jì)算，提出了對制動(dòng)試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果的分級量化評判，為以后對制動(dòng)試驗(yàn)制停距離的進(jìn)一步研究提供了理論方法，為檢驗(yàn)人員對電梯制動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目的檢驗(yàn)提供了借鑒。