一種基于電磁制動的電梯制動器裝置設計

陳晨 馮家明 周偉文

摘? 要：電梯制動器是電梯系統中非常關鍵的安全裝置。制動器的制動力需要在一定范圍，在保證電梯可靠制動的同時也要避免緊急制動時制動力過大，防止轎廂內的乘客受傷。制動器在緊急、失去全部或部分動力的情況下，電梯能以平穩的速度移至最近的電梯的機井門或安全門位置，并且鎖定位置，便于逃生和等待救援。

關鍵詞：電磁力;電磁制動;電梯制動器

中圖分類號：TU857 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）29-0108-02

Abstract： Elevator brake is a very important safety device in elevator system. The braking force of the brake needs to be kept in a certain range， while ensuring the reliable braking of the elevator， and it is also necessary to avoid excessive braking force during emergency braking and prevent passengers in the car from being injured. In case of emergency，despite the loss of all or part of the power of the elevator brake， the elevator can still move to the shaft door or safety door position of the nearest elevator at a steady speedand obtain the position to facilitate escape and wait for rescue.

Keywords： electromagnetic force; electromagnetic brake; elevator brake

引言

電梯制動器是電梯系統中非常關鍵的安全裝置。制動器的制動力需要在一定范圍內，在保證電梯可靠制動的同時也要避免緊急制動時制動力過大，防止轎廂內的乘客受傷。電磁制動器因電磁力的快速加載特性，便于調制，可以應用于電梯的快速制動。當電梯處于靜止狀態時，曳引電動機、電磁電梯制動器的線圈中均無電流通過，這時因電磁鐵芯間沒有吸引力、制動閘瓦在制動彈簧壓力作用下，將制動轂抱緊，保證電機不旋轉;當曳引電動機通電旋轉的瞬間，制動電磁鐵中的線圈同時通上電流，電磁鐵芯迅速磁化吸合，帶動制動臂使其制動彈簧受作用力，制動閘瓦張開，與制動轂完全脫離，電梯得以運行;當電梯轎廂到達所需停站時，曳引電動機失電、制動電磁鐵中的線圈也同時失電，電磁鐵芯中的磁力迅速消失，鐵芯在制動彈簧的作用下通過制動臂復位，使制動閘瓦再次將制動輪抱住，電梯停止工作。

1 電梯制動力計算

電梯制動力需要控制在一定范圍確保電梯能快速制動時，電梯制動力不致過大，讓乘客不至于因慣性作用產生不適甚至受傷。因此需要核算電梯的制動力。根據電梯的運行工況可分為上行和下行，按載荷來分可以分為滿載和空載。根據國家相關技術標準，電梯啟動和制動的加速度不應大于1.5m/s2，電梯運行速度在1m/s～2m/s時，減速的加速度應在0.5m/s2以上。

根據電梯不同運行工況及載荷時的受力分析可以計算出相應的電磁制動力。假設電梯的自重為P，載重為Q，電梯的對重為R，電梯的制動力為F，考慮電梯鋼絲繩重量G鋼絲繩以及電纜的重量G電纜。電梯制動時曳引機的制動輪受摩擦力和重力的共同作用，通過計算受力情況，可以計算出電梯在不同情況下的加速度，然后根據加速度0.5m/s2～1.5m/s2的范圍來確定制動力的范圍。再根據制動力的大小范圍確定電磁制動線圈中的電流。

電梯在四種不同運行情況時的加速度計算公式如下：

其中，μ為制動輪與鋼絲繩之間的摩擦系數，g為重力加速度，r'為曳引機制動輪半徑，r 為制動轂半徑。

以重量為800kg，滿載為630kg，對重為1100kg的升降機電梯為例，鋼絲繩重量為200kg，電纜重量為130kg左右。r'為16cm，制動轂半徑r為25cm時，經計算制動力F大約在2300N～5000N之間。因此本文設計的電磁制動器的制動力可以選擇制動力為4000N。通過調價電磁線圈中的電流大小，來調節制動力，當檢測到制動力為4000N左右時，將對應的電流確定為制動力電流。

2 制動器結構設計

為保證松閘動作的迅速性，需要一個較大的電流驅動電磁線圈，以產生較大的反向電磁力;本文設計了一種新的基于電磁力的制動器，通過增加兩個電磁線圈，在抱閘過程中與主線圈產生吸引力，在松閘過程中與主線圈產生排斥力，從而加快制動器在抱閘和松閘的速度。

本文設計的電梯松閘裝置結構如圖1所示。

主鐵芯2和主線圈3產生的電磁力可以壓縮彈簧，輔助鐵芯和輔助線圈產生制動過程中輔助電磁力。閘瓦均與制動臂相連，固定主鐵芯、主線圈、第一輔助鐵芯、第一輔助線圈、第二輔助鐵芯、第二輔助線圈為固定軸;用于固定第一輔助線圈6一端的第一固定板9，用于固定第二輔助線圈8一端的第二固定板10。

用于限定第一固定板9的第一鎖緊螺母11，用于限定第二固定板10的第二鎖緊螺母12。

第一閘瓦16摩擦片、第二閘瓦18摩擦片與制動轂20在彈簧1無壓縮形變時緊密壓緊;第一閘瓦16摩擦片與第一閘瓦16連接，第二閘瓦18摩擦片與第二閘瓦18連接;第一閘瓦16一端與第一制動臂13一端連接，第二閘瓦18一端與第二制動臂14一端連接;第一制動臂13的中心與第二制動臂14的中心通過銷軸15固定，第一制動臂13的另一端與第二制動臂14的另一端通過彈簧1連接。

主鐵芯2和主線圈3為同軸結構且中間留有縫隙，主鐵芯2的一端和主線圈3的一端均固定在第二制動臂14的另一端;第一輔助鐵芯5和第一輔助線圈6為同軸結構且中間留有縫隙，第一輔助鐵芯5的一端和第一輔助線圈6的一端均固定在第二制動臂14的另一端且分布在其外側;第二輔助鐵芯7和第二輔助線圈8為同軸結構且中間留有縫隙，第二輔助鐵芯7的一端和第二輔助線圈8的一端均固定在第一制動臂13的另一端且分布在其外側。

第一輔助鐵芯5的另一端和第一輔助線圈6的另一端均固定在第一固定板9的一側，第一固定板9的另一側與第一鎖緊螺母11連接;第二輔助鐵芯7的另一端和第二輔助線圈8的另一端均固定在第二固定板10的一側，第二固定板10的另一側與第二鎖緊螺母12連接。

壓縮彈簧1、主鐵芯2、主線圈3、第一輔助鐵芯5、第一輔助線圈6、第二輔助鐵芯7、第二輔助線圈8均為同軸結構，且與第一制動臂13、第二制動臂14、第一固定板9、第二固定板10一起固定在固定軸4上。

3 電磁制動器工作原理

電梯制動時，主線圈3、輔助線圈6和輔助線圈8均通同向直流電，根據電磁感應定律可知主線圈3受輔助線圈6的電磁力F1和受輔助線圈8的電磁力F2均為對其的吸引力，如圖2所示。圖1中的彈簧在電磁力的作用下從壓縮狀態變為自由狀態，與壓縮彈簧相連的制動臂將帶動與制動臂相連接的閘瓦以及與閘瓦相連接的閘瓦摩擦片向制動轂方向靠近并貼緊制動轂實現電梯抱閘制動。

電梯解除制動時，主線圈3中的直流電流向不變、輔助線圈6和輔助線圈8通與主線圈反向的直流電，根據電磁感應定律可知主線圈3受輔助線圈6的電磁力F1和受輔助線圈8的電磁力F2均為對其的排斥力，如圖3所示。圖1中的彈簧在電磁力的作用下從自由無形變狀態開始壓縮，與彈簧相連的制動臂將帶動與制動臂相連接的閘瓦以及與閘瓦相連接的閘瓦摩擦片離開制動轂表面實現電梯快速松閘。

4 結論

本文根據制動器的結構，設計了一種基于電磁力電梯制動結構，對原來的結構進行了優化設計。首先根據電梯運行過程中的加速度計算了常規電梯運行的加速度，設計了帶兩個輔助電磁線圈的電磁制動結構，對電磁制動器的結構以及其工作原理進行了分析。改進的電磁制動器所需的制動能量較小，且能夠實現快速的抱閘和松閘，實現電梯的高效快速制動。

參考文獻：

[1]馮希波.基于脈沖變壓器的觸發系統研制[D].華中科技大學，2013.

[2]王榮.電梯制動器制動能力驗證方法[J].設備管理與維修，2018（12）：139.

[3]徐子明.電梯制動器可靠性分析[J].機電信息，2013（24）：58-59.