一种基于电磁制动的电梯制动器装置设计

陈晨 冯家明 周伟文

摘  要：电梯制动器是电梯系统中非常关键的安全装置。制动器的制动力需要在一定范围，在保证电梯可靠制动的同时也要避免紧急制动时制动力过大，防止轿厢内的乘客受伤。制动器在紧急、失去全部或部分动力的情况下，电梯能以平稳的速度移至最近的电梯的机井门或安全门位置，并且锁定位置，便于逃生和等待救援。

关键词：电磁力;电磁制动;电梯制动器

中图分类号：TU857 文献标志码：A 文章编号：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

電梯制动器是电梯系统中非常关键的安全装置。制动器的制动力需要在一定范围内，在保证电梯可靠制动的同时也要避免紧急制动时制动力过大，防止轿厢内的乘客受伤。电磁制动器因电磁力的快速加载特性，便于调制，可以应用于电梯的快速制动。当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁电梯制动器的线圈中均无电流通过，这时因电磁铁芯间没有吸引力、制动闸瓦在制动弹簧压力作用下，将制动毂抱紧，保证电机不旋转;当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈同时通上电流，电磁铁芯迅速磁化吸合，带动制动臂使其制动弹簧受作用力，制动闸瓦张开，与制动毂完全脱离，电梯得以运行;当电梯轿厢到达所需停站时，曳引电动机失电、制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁芯中的磁力迅速消失，铁芯在制动弹簧的作用下通过制动臂复位，使制动闸瓦再次将制动轮抱住，电梯停止工作。

1 电梯制动力计算

电梯制动力需要控制在一定范围确保电梯能快速制动时，电梯制动力不致过大，让乘客不至于因惯性作用产生不适甚至受伤。因此需要核算电梯的制动力。根据电梯的运行工况可分为上行和下行，按载荷来分可以分为满载和空载。根据国家相关技术标准，电梯启动和制动的加速度不应大于1.5m/s2，电梯运行速度在1m/s～2m/s时，减速的加速度应在0.5m/s2以上。

根据电梯不同运行工况及载荷时的受力分析可以计算出相应的电磁制动力。假设电梯的自重为P，载重为Q，电梯的对重为R，电梯的制动力为F，考虑电梯钢丝绳重量G钢丝绳以及电缆的重量G电缆。电梯制动时曳引机的制动轮受摩擦力和重力的共同作用，通过计算受力情况，可以计算出电梯在不同情况下的加速度，然后根据加速度0.5m/s2～1.5m/s2的范围来确定制动力的范围。再根据制动力的大小范围确定电磁制动线圈中的电流。

电梯在四种不同运行情况时的加速度计算公式如下：

其中，μ为制动轮与钢丝绳之间的摩擦系数，g为重力加速度，r'为曳引机制动轮半径，r 为制动毂半径。

以重量为800kg，满载为630kg，对重为1100kg的升降机电梯为例，钢丝绳重量为200kg，电缆重量为130kg左右。r'为16cm，制动毂半径r为25cm时，经计算制动力F大约在2300N～5000N之间。因此本文设计的电磁制动器的制动力可以选择制动力为4000N。通过调价电磁线圈中的电流大小，来调节制动力，当检测到制动力为4000N左右时，将对应的电流确定为制动力电流。

2 制动器结构设计

为保证松闸动作的迅速性，需要一个较大的电流驱动电磁线圈，以产生较大的反向电磁力;本文设计了一种新的基于电磁力的制动器，通过增加两个电磁线圈，在抱闸过程中与主线圈产生吸引力，在松闸过程中与主线圈产生排斥力，从而加快制动器在抱闸和松闸的速度。

本文设计的电梯松闸装置结构如图1所示。

主铁芯2和主线圈3产生的电磁力可以压缩弹簧，辅助铁芯和辅助线圈产生制动过程中辅助电磁力。闸瓦均与制动臂相连，固定主铁芯、主线圈、第一辅助铁芯、第一辅助线圈、第二辅助铁芯、第二辅助线圈为固定轴;用于固定第一辅助线圈6一端的第一固定板9，用于固定第二辅助线圈8一端的第二固定板10。

用于限定第一固定板9的第一锁紧螺母11，用于限定第二固定板10的第二锁紧螺母12。

第一闸瓦16摩擦片、第二闸瓦18摩擦片与制动毂20在弹簧1无压缩形变时紧密压紧;第一闸瓦16摩擦片与第一闸瓦16连接，第二闸瓦18摩擦片与第二闸瓦18连接;第一闸瓦16一端与第一制动臂13一端连接，第二闸瓦18一端与第二制动臂14一端连接;第一制动臂13的中心与第二制动臂14的中心通过销轴15固定，第一制动臂13的另一端与第二制动臂14的另一端通过弹簧1连接。

主铁芯2和主线圈3为同轴结构且中间留有缝隙，主铁芯2的一端和主线圈3的一端均固定在第二制动臂14的另一端;第一辅助铁芯5和第一辅助线圈6为同轴结构且中间留有缝隙，第一辅助铁芯5的一端和第一辅助线圈6的一端均固定在第二制动臂14的另一端且分布在其外侧;第二辅助铁芯7和第二辅助线圈8为同轴结构且中间留有缝隙，第二辅助铁芯7的一端和第二辅助线圈8的一端均固定在第一制动臂13的另一端且分布在其外侧。

第一辅助铁芯5的另一端和第一辅助线圈6的另一端均固定在第一固定板9的一侧，第一固定板9的另一侧与第一锁紧螺母11连接;第二辅助铁芯7的另一端和第二辅助线圈8的另一端均固定在第二固定板10的一侧，第二固定板10的另一侧与第二锁紧螺母12连接。

压缩弹簧1、主铁芯2、主线圈3、第一辅助铁芯5、第一辅助线圈6、第二辅助铁芯7、第二辅助线圈8均为同轴结构，且与第一制动臂13、第二制动臂14、第一固定板9、第二固定板10一起固定在固定轴4上。

3 电磁制动器工作原理

电梯制动时，主线圈3、辅助线圈6和辅助线圈8均通同向直流电，根据电磁感应定律可知主线圈3受辅助线圈6的电磁力F1和受辅助线圈8的电磁力F2均为对其的吸引力，如图2所示。图1中的弹簧在电磁力的作用下从压缩状态变为自由状态，与压缩弹簧相连的制动臂将带动与制动臂相连接的闸瓦以及与闸瓦相连接的闸瓦摩擦片向制动毂方向靠近并贴紧制动毂实现电梯抱闸制动。

电梯解除制动时，主线圈3中的直流电流向不变、辅助线圈6和辅助线圈8通与主线圈反向的直流电，根据电磁感应定律可知主线圈3受辅助线圈6的电磁力F1和受辅助线圈8的电磁力F2均为对其的排斥力，如图3所示。图1中的弹簧在电磁力的作用下从自由无形变状态开始压缩，与弹簧相连的制动臂将带动与制动臂相连接的闸瓦以及与闸瓦相连接的闸瓦摩擦片离开制动毂表面实现电梯快速松闸。

4 结论

本文根据制动器的结构，设计了一种基于电磁力电梯制动结构，对原来的结构进行了优化设计。首先根据电梯运行过程中的加速度计算了常规电梯运行的加速度，设计了带两个辅助电磁线圈的电磁制动结构，对电磁制动器的结构以及其工作原理进行了分析。改进的电磁制动器所需的制動能量较小，且能够实现快速的抱闸和松闸，实现电梯的高效快速制动。

参考文献：

[1]冯希波.基于脉冲变压器的触发系统研制[D].华中科技大学，2013.

[2]王荣.电梯制动器制动能力验证方法[J].设备管理与维修，2018（12）：139.

[3]徐子明.电梯制动器可靠性分析[J].机电信息，2013（24）：58-59.