电梯的制动能力要求

概述 A17.1 和 EN 81-20 中现有的问题

by 梁广池

现代电梯的安全在很大程度上取决于电梯的制动能力。 制动故障会导致汽车超速或在车门打开时汽车意外移动 (UCM)，将死亡或重伤的风险增加到不可接受的水平。 在中国运营的超过6万部电梯中，刹车失灵引发的事故数量仅次于门失灵引发的事故，而严重程度则位居第一（图1）。

近年来，虽然新型电梯在现有下行超速安全钳保护的基础上增加了上行轿厢超速保护（ACOP）和UCM保护（UCMP），但增加的保护功能仍然依赖于冗余或相对独立的制动器提供足够可靠的制动能力。 足够可靠的制动能力仍然是电梯安全最重要的保证之一。 但是，电梯的制动能力并不是越大越好：制动力矩过大会导致轿厢减速过快，造成乘客受伤。

本文讨论了两大电梯安全标准——ASME A17.1 和 EN 81-20 对制动能力的要求和存在的问题。 还讨论了其他电梯制动装置（包括安全钳）的影响。

现行标准对制动能力的要求

在A17.1-2013中，对客梯的制动能力要求总结如下：

一种。 最小制动能力要求当轿厢承载125%的额定载荷时，制动系统可以使轿厢从额定速度减速，或从调速器超速开关设定的速度向上空轿厢空车。 考虑允许的缓冲器撞击速度，主线电源的损失不应使制动系统容量降低到此处（2.24.8.2.2）规定的要求以下。

1、行车制动器能以125%的额定载荷使轿厢静止，使空轿从调速器超速开关设定的速度向上行方向减速，保证缓冲器的冲击速度为低于其允许值 (2.24.8.3)。

2、紧急制动器可在任何负载下减速、停止和保持轿厢，最高可达125%额定负载（2.19.1.2(b)、2.19.2.2(b)）。 紧急制动器还应满足 ACOP 和 UCMP 的其他制动要求。

湾最大制动能力要求：制动系统（包括机械制动或与电动辅助制动结合但不包括紧急制动）产生的汽车平均减速度不大于 9.8 m/s2 (32.2 ft/s2) (2.24.8.2.2. 9.8）。 在轿厢超速 (2(h)) 的停车或减速阶段，紧急制动本身不会导致轿厢平均延迟超过 32.2 m/s2 (2.19.3.2 ft/sXNUMX)。

在 EN 81-20:2014 中，对于乘客电梯，制动能力要求总结如下：

当轿厢以额定速度和125%额定载荷向下行驶时，行车机制动器应能自行停止机器。

冗余机械制动器（RMB）的所有机械部件，其参与制动表面制动作用的应用，应至少安装两套。 如果其中一个制动器组因某个部件故障而无法工作，则在以额定速度和额定载荷向下行驶或空车向上行驶时，有足够的制动扭矩来减速、停止和保持轿厢（5.9.2.2.2.1 .XNUMX)。

2.当RMB为ACOP和UCMP刹车时，ACOP和UCMP的刹车能力要求是针对整个冗余Machine刹车，而不是考虑单个刹车部件的失效（5.6.6，5.6.7）。

当电梯以额定速度、125%的额定载荷自行制动时，轿厢的平均减速不应超过安全钳动作或在缓冲器上停车所产生的减速。

对于 ACOP 和 UCMP，在停止阶段，装置的停止元件不应允许轿厢减速超过：

一种。 1gn 向上方向，一辆空车

湾用于防止向下自由落体的设备所接受的值。

在中国，每年生产的 700,000 万台电梯中，大部分是永磁同步电机。 这些电梯基本采用RMBs作为ACOP和UCMP的制动部件。

当前制动能力要求的问题

在人民币应用后，EN 125-81 中驱动机制动器能够阻止汽车以额定速度和20%额定载荷向下行驶的要求太低。 如表1所示，当平衡系数为0.5时，如果两个制动器组中的一个发生故障，制动器只能保持87.5%的额定负载。 另一方面，如果其中一个制动部件发生故障，则EN 100-81第20节中对5.9.2.2.2.1%额定载荷下行轿厢的减速、停止和保持制动能力要求显然是不够的，因为按照110的要求，电梯仍允许在5.12.1.2.2%的过载范围内运行。

当RMB作为ACOP和UCMP的刹车时，如果其中一个刹车部件出现故障，可能会因为制动能力不足而导致当前的ACOP和UCMP失效。 在EN 81-20的5.6.6、5.6.7节中，ACOP和UCMP的制动能力要求是整元的，不考虑单个制动部件的故障。

由上可见，在 A17.1 和 EN 81-20 中，机器制动器和紧急制动器的制动能力仅从额定负载之比（k）。 一个问题是

安全边际（Sa) 制动器在相同额定负载比 (k) 具有不同的参数，如平衡系数 (q).

制动力矩安全裕度（Sa) 就像一个安全系数，用于确保制动器本身在某些不确定性（冷热、动静、磨损前后等）下仍然安全。 一个合适的稳定 Sa 是保证制动能力安全可靠的关键。 一种 k 不保证稳定 Sa.

之间的关系 Sa 和 k，取决于多个参数（静态），如果假设完美补偿并且不考虑随行电缆的质量，则为：

S_a =（p + kQ - 重量级）/（p + Q - 重量级）=（k - q)/(1 - q) (2)

协调 S_a 为制动力矩的安全裕度； k 是额定载荷比； Q 是额定载荷； P 是空车的质量； 和 q 是平衡系数，表示配重对额定载荷的平衡量； 和 重量级 是配重的质量（P + qQ).

在 A17.1 中，当紧急制动器作用在机器制动器的工作面上，并且两个制动器同时操作时，如果 q = 0.5， k = 1.25和 S_a = 1.5 每个刹车，

对于两个制动器（S_a = 3），两个制动器可以保持200%的额定负载（k = 2)。 在同样的情况下，如果 q = 0.4， k = 1.25和 S_a = 1.42 对于每个制动器，对于两个制动器 (Sa = 2.84），两个制动器可以保持210%的额定负载（k = 2.1)（表 1 和图 2（a））。

在 EN 81-20 中，如果制动部件之一出现故障，并且 q = 0.5， k = 1和 S_a = 1，整元可以承受150%的额定负载（相当于 S_a = 2和 k = 1.5）。 如果一个组件出现故障，并且 q = 0.4， k = 1和 S_a = 1，整个制动器可保持160%的额定负载（相当于 Sa = 2和 k = 1.6）。 但是，如果其中一个制动部件出现故障，则没有足够的制动能力来减速、停止和保持向下的轿厢，按照 EN 110-81 允许在 20% 过载的情况下运行。 这显然不是多余的，因此是不可接受的（表 1 和图 2（b））。

在你的作者看来，除了 k, S_a 应该需要如图 3 所示。如果 q 标准中不要求值。 如果有一个 Sa 需求， k 可以适当减少。

在国内，还有一项电梯曳引机标准（GB/T 24476-2009）要求制动力矩按GB 7588-2003（EN 81-1:1998）与曳引机用户协商确定，或换算成额定力矩的2.5倍到制动轮（盘）。 这相当于 S_a 整元2.5，且其中一个刹车元件失效后（且有两个刹车元件）， S_a = 1.25。

因此，制定中国电梯安全技术规范的建议如下：

1. 如图3(a)和表1所示，如果两个制动元件中的一个发生故障，制动能力可以在额定速度下减速、停止并保持110%额定载荷，相当于 Sa = 1.17（q = 0.4) 到 1.2(q = 0.5）。 整个人民币可以持有170%（q = 0.5) 到 180% (q = 0.4) 额定负载。
2. 如图3（b）和表1所示，如果两个制动元件之一失效，制动力矩安全裕度 Sa 不小于 1.25，相当于 k = 1,125（q = 0.5) 到 1.15 (q = 0.4）。 整个人民币可以持有175%（q = 0.5) 到 190% (q = 0.4) 额定负载。

这些建议代替了能够保持汽车额定载荷 125% 的驱动器制动器和能够减速并保持汽车的紧急制动器

任何负载高达 125% 额定负载 (A17.1) 或制动能力以 100% 额定负载减速、停止和保持下降的轿厢，当其中一个制动部件发生故障时 (EN 81-20)。 即在其中一个制动元件失效后，推荐的制动能力为 k ≥ 110%，并且 Sa ≥1.25。

多重刹车对电梯减速的影响

多次刹车过减速的危害分析见表2，风险等级分析见表3。

分析结果

• 向上：任何超过 9.8 m/s2 (32.2 ft/s2) 的汽车减速度都是不可接受的。
• 向下：任何超过安全钳动作最大减速度的汽车减速度都是不可接受的。
• 在 A17.1 和 EN 81-20 中，对于每个单独作用的制动器只有减速要求。 多个制动器（行车制动器、紧急制动器、电制动器和安全装置）同时操作时，没有减速要求。

同时向下动作的多个制动器

在机器制动器、电动制动器、紧急制动器和安全装置同时动作（如图4）时，有两种情况需要考虑：

1）对于柔性传动，一旦钢丝绳松弛，钢丝绳两端的力就不会叠加。
2）对于摩擦传动，传动力受摩擦滑差的限制。

对于机器：

M1 + M2 + M3 - M4 = J (3)

对于汽车：

F1 + T3 - gm1 = a1m1 (4)

在方程式中。 3 和 4， M1 是机器制动力矩； M2 是紧急制动扭矩； M3 是星形密封电制动或其他电制动产生的制动力矩； M4 = R(T₁ - T₂); 是牵引轮的角加速度；   J 是机器的转动惯量； F₁ 是安全装置的制动力； R 是牵引轮的节点圆半径； a₁ 是汽车加速度； 和 m₁ 是汽车质量。

如果机器制动器产生的减速度大于安全钳产生的减速度，则机器与轿厢之间的绳索拉紧，会叠加减速度。 幸运的是，出现这种情况的可能性并不太大，因为刹车产生的减速度通常比安全钳少。 此外，即使发生这种情况，这个例子也是在较大的机器制动扭矩的情况下，这将受到牵引轮和绳索之间的摩擦滑动的限制。 但要考虑减速叠加的危险性。 尤其是近年来，牵引条件的妥协，在滞留条件下不需要打滑，增加了减速叠加的机会。

在特殊情况下，仍然有可能在同时操作机器刹车、电刹车、紧急刹车和安全钳时，会叠加制动力矩（力），汽车的制动减速度也会叠加。 因此，各种制动器可能同时动作引起的汽车减速应满足以下要求：

• 对于向上运动，轿厢减速度不超过 9.8 m/s2 (32.2 ft/s2)。
• 对于向下运动，轿厢减速度不超过安全钳动作的最大值。 （需要考虑 A 级安全钳动作。）

多个制动器同时向上动作

机闸、电闸、夹绳器（紧急闸）及配重安全装置向上时同时动作如图5所示。多闸同时动作与向下类似。

结语

对于乘客电梯，您的作者建议以下制动能力：

• 额定载荷比： k ≥1.1：如果两个制动元件中的一个发生故障，制动能力可以在额定速度下减速、停止并保持110%的额定轿厢载荷。
• 制动扭矩安全裕度： Sa ≥ 1.25。 如果两个制动元件之一发生故障，制动力矩安全裕度 Sa 不低于 1.25。

针对多个制动器对电梯减速的影响，在特殊情况下，可能会同时叠加多个电梯制动器的制动力矩。 这会增加汽车的减速度，从而对乘客造成伤害。 尤其是用RMB用绳夹改造电梯时，并不是所有的制动力都叠加。 钢丝绳松动时也不会叠加。 此外，牵引摩擦打滑也限制了机器制动力对汽车的影响。 在这种情况下需要限制汽车减速度。 对于向上运动，作者建议汽车减速不超过 9.8 m/s2 (32.2 ft/s2)。 对于向下运动，您的作者建议汽车减速度不超过安全钳动作的最大值。

制动能力不是“越大越好”，也不是“恰到好处”。 制动能力不足会导致死亡或重伤。 需要一定的安全裕度。 在某些特殊情况下，应注意可能会叠加多个制动力。 需要谨慎处理制动能力问题。