鄧 林 吳曉軍內(nèi)江市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 內(nèi)江 641000摘 要：鑒于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范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》對(duì)電梯制動(dòng)器機(jī)械部件的安全要求, 本文對(duì)電梯制動(dòng)器在各種溫度下的電阻率、提拉力進(jìn)行分析。推導(dǎo)出了提拉力與電阻率的實(shí)時(shí)變化關(guān)系，計(jì)算出了提拉力在實(shí)際情況下的損失。為電梯使用單位及時(shí)對(duì)電梯機(jī)房采取降溫措施，保障在用電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電梯制動(dòng)器；電阻率；提拉力；電梯機(jī)房

中圖分類號(hào)：U463.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-0785（2020）09-0051-04

0 引言經(jīng)大量事故案例分析，電梯發(fā)生人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損失的主要原因之一要?dú)w咎于制動(dòng)器出現(xiàn)故障或者制動(dòng)器自身存在設(shè)計(jì)缺陷，從而致使電梯在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生溜車、沖頂、蹾底，更有甚者造成剪切和擠壓等事故。因此，電梯能否安全平穩(wěn)運(yùn)行與制動(dòng)器的各種工作狀況有著緊密的聯(lián)系。

制動(dòng)器的工作頻次極高，是確保電梯安全運(yùn)輸?shù)闹饕獦?gòu)成要件，切斷曳引主機(jī)電源后制動(dòng)器閘瓦下閘并緊密貼合在制動(dòng)輪（盤(pán)）上使曳引機(jī)制動(dòng)停轉(zhuǎn)，且轎廂停止運(yùn)送。制動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，電磁鐵是其重要組成部件，原理是通過(guò)通電螺旋線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)拖動(dòng)處于磁場(chǎng)中的鐵芯，促使鐵芯向外部機(jī)構(gòu)產(chǎn)生力的作用。基于制動(dòng)器通電線圈在溫度升高時(shí)，其內(nèi)部電阻等參數(shù)也會(huì)隨之變化的物理性能。本文就制動(dòng)器提拉力與溫度的關(guān)系進(jìn)行探討，分析兩者對(duì)電梯制動(dòng)器制動(dòng)性能的影響。

1 制動(dòng)器機(jī)械部件的安全要求新檢規(guī)TSG T7001—2009 附錄A 中第8.10 項(xiàng)要求[1]：轎廂空載以正常運(yùn)行速度上行，切斷電動(dòng)機(jī)與制動(dòng)器供電，轎廂應(yīng)當(dāng)被可靠制停，并且無(wú)明顯變形和損壞。

當(dāng)中斷電梯主開(kāi)關(guān)電源供電或者控制電路時(shí)，制動(dòng)器均能滿足有足夠的制動(dòng)力矩保持轎廂處于非移動(dòng)狀態(tài)。因而，使轎廂處于非工作狀態(tài)的關(guān)鍵性因素是制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，其用意是確保電梯行駛過(guò)程中其制停必須符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的減速度。GB/T 24478—2009中第4.2.2.2 條約定[2]：曳引機(jī)的額定制動(dòng)力矩應(yīng)按GB7588—2003 中12.4.2.1 與曳引機(jī)用戶商定，或?yàn)轭~定轉(zhuǎn)矩折算到制動(dòng)輪（盤(pán)）上的力矩的2.5 倍。

GB7588—2003 中第12.4.2.1 條約定[3]：所有參與向制動(dòng)輪或盤(pán)施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)。若一組部件不起作用，應(yīng)仍有足夠的制動(dòng)力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。電磁線圈的鐵芯被視為機(jī)械部件，而線圈則不是。同時(shí)，第12.4.2.4 條規(guī)定[3]：裝有手動(dòng)緊急操作裝置的電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)，應(yīng)能用手松開(kāi)制動(dòng)器并需要以一持續(xù)力保持松開(kāi)狀態(tài)。

2 提拉力公式分析對(duì)常見(jiàn)的直流電磁制動(dòng)器其提拉力公式[4] 為

由于Um 為電磁鐵的勵(lì)磁安匝數(shù)，即Um=IN，以上公式 [5] 可化為

式中：dGσ/dσ 為電磁鐵氣隙磁導(dǎo)率，由于電磁鐵的結(jié)構(gòu)不變，故該值為常數(shù)。由式（2）可知，直流電磁制動(dòng)器的提拉力與通電電流的平方成正比關(guān)系。

3 線圈電阻隨溫度變化趨勢(shì)對(duì)于長(zhǎng)度L 與橫截面積S 固定的電磁線圈而言，其電阻值R 與線圈導(dǎo)線的電阻率ρ 呈正相關(guān)，即

在夏季高溫時(shí)，經(jīng)測(cè)量，電梯機(jī)房?jī)?nèi)室溫可達(dá)40℃，此時(shí)頻繁動(dòng)作的制動(dòng)器線圈外部表面溫度最高可達(dá)90℃，根據(jù)線圈電阻率公式

式中：ρ 0 為在0℃時(shí)的電阻率，α 為電阻溫度系數(shù)，t 為實(shí)時(shí)溫度。以銅、鋁材質(zhì)制成的線圈，在此時(shí)的電阻率列于表1。

電阻率變化趨勢(shì)見(jiàn)表2 和圖1。

圖1 電阻率隨溫度變化趨勢(shì)圖

由圖1 電阻率隨溫度變化趨勢(shì)圖分析可知，材質(zhì)為銅、鋁的制動(dòng)器線圈電阻在以上溫度范圍內(nèi)隨溫度的大小呈正相關(guān)。例如：對(duì)于普通的單線圈雙頂桿的電梯制動(dòng)器，經(jīng)測(cè)量其銅質(zhì)線圈電阻值在30℃時(shí)約為100 vΩ，由式（3）、式（4）可知

則在90℃時(shí)其電阻值為122.8 Ω，此數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)相吻合。

4 線圈提拉力隨溫度變化趨勢(shì)對(duì)于工作電壓為DC 110 V 的電梯制動(dòng)器，在動(dòng)作時(shí)先由強(qiáng)激電路對(duì)其供電，通過(guò)通電螺旋線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)拖動(dòng)處于磁場(chǎng)中的鐵芯，促使鐵芯向外部機(jī)構(gòu)產(chǎn)生力的作用，進(jìn)而使鐵芯提起制動(dòng)臂。此時(shí)的電壓值為110 V，電流為額定電流。出于節(jié)能的目的，隨后將強(qiáng)激電路切換為保持電路，此時(shí)提供給制動(dòng)器的電壓約為額定電壓的50%~60%，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，隨著制動(dòng)器供電電流減小的同時(shí)，線圈提供給制動(dòng)器的提拉力也隨之呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

在提供給制動(dòng)器的電壓趨于不變時(shí)，由U=IR 分析可知，I ∝ 1/R ，結(jié)合式（2）和式（4）推導(dǎo)可得

進(jìn)一步簡(jiǎn)化可得

式中：Ft 為指溫度為t 時(shí)，對(duì)應(yīng)的提拉力，且此時(shí)制動(dòng)器線圈電流為It。由此可見(jiàn)，無(wú)論供電的電路是強(qiáng)激電路或保持電路，制動(dòng)器的提拉力均會(huì)隨溫度的升高而呈現(xiàn)逐漸減小的態(tài)勢(shì)。本文以提拉力為3 000 N 且保持電壓為強(qiáng)激電壓的60% 為例進(jìn)行計(jì)算（如表3 和圖2所示）。

依據(jù)圖2 分析可知，當(dāng)溫度為90℃時(shí)，在保持電壓的作用下，制動(dòng)器線圈的提拉力為122.75 N，此值僅是溫度為30℃時(shí)提拉力的68.2%。若以30℃的溫度為基準(zhǔn)，在各種溫度條件下，電梯制動(dòng)器的提拉力損失量如表4 和圖3 所示。

圖2 提拉力隨溫度變化趨勢(shì)圖

結(jié)合圖3 提拉力的損失百分比分析可得出結(jié)論，隨著制動(dòng)器線圈溫度的上升，制動(dòng)器的提拉力損失量也隨之逐漸增大，進(jìn)而表明此時(shí)電梯制動(dòng)器的工作工況愈加惡劣。

5 制動(dòng)器溫度過(guò)高對(duì)電梯運(yùn)行的影響分析電梯機(jī)房的降溫措施國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范并未做出強(qiáng)制性規(guī)定，據(jù)多年的電梯檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，大部分電梯機(jī)房?jī)?nèi)并未采取安裝空調(diào)等降溫措施。夏季機(jī)房溫度在40℃時(shí)，電梯制動(dòng)器表面溫度最高可達(dá)90℃，然而對(duì)于設(shè)置在室外的無(wú)機(jī)房觀光電梯，由于井道的封閉性，其通風(fēng)狀況更加惡劣，加之夏季烈日長(zhǎng)時(shí)間直射。針對(duì)該類情形無(wú)機(jī)房電梯的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，制動(dòng)器表面溫度超過(guò)90℃的情形也并不鮮見(jiàn)。

圖3 提拉力損失百分比

在額定電壓工況下，根據(jù)電梯曳引機(jī)的工作原理、載荷持續(xù)率以及周期運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在制動(dòng)器表面溫度達(dá)到熱穩(wěn)定性工況時(shí)，測(cè)量制動(dòng)線圈的溫升狀況。其測(cè)量方法以GB 755—2008 中第8.6.2 條的電阻法測(cè)量和計(jì)算[6]。當(dāng)采用的絕緣等級(jí)為B 級(jí)時(shí)，制動(dòng)線圈的溫升不允許大于80 K；而當(dāng)采用的絕緣等級(jí)為F 級(jí)時(shí)，制動(dòng)線圈的溫升不允許大于105 K。

當(dāng)制動(dòng)器電磁鐵的釋放電路斷路時(shí)，電梯須在無(wú)任何延遲的情況下可靠停止。其制停響應(yīng)時(shí)間須小于或等于0.5 s，以免致使電梯出現(xiàn)溜車或倒拉等情形。針對(duì)部分曳引機(jī)制動(dòng)器兼作轎廂上超保護(hù)的制停元件，該響應(yīng)時(shí)間須滿足GB 7588—2003 中9.10.1 條的約定。

鑒于制動(dòng)線圈材質(zhì)的自有特質(zhì)，針對(duì)廣泛采取銅制或者鋁制線圈的制動(dòng)器該線圈的內(nèi)阻，均隨溫度的升高而逐步增大，且增大幅度同溫度的平方呈現(xiàn)反比例趨勢(shì)。

制動(dòng)線圈內(nèi)阻的增大促使制動(dòng)器溫度升高，而溫度的上升又反過(guò)來(lái)促使內(nèi)阻的增加，該兩因素的相互作用進(jìn)而導(dǎo)致線圈的溫度狀況愈加惡劣。

對(duì)于部分未配置具有制動(dòng)器提起監(jiān)測(cè)效能，或釋放監(jiān)測(cè)效能的電梯，當(dāng)電梯處在運(yùn)送工況時(shí)，制動(dòng)電路由強(qiáng)激電路變換為保持電路，使得其電流值約為強(qiáng)激電路的50% ～ 60%，制動(dòng)器的提拉力不足以抵消制動(dòng)彈簧的推力，從而致使制動(dòng)器閘瓦無(wú)法完全釋放，進(jìn)而造成電梯帶閘運(yùn)行情形的發(fā)生。

6 結(jié)論根據(jù)GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》的規(guī)定：機(jī)房中的環(huán)境溫度應(yīng)保持在5℃～ 40℃之間[7]。機(jī)房中存在較多發(fā)熱部件，譬如能耗電阻箱、控制柜、曳引驅(qū)動(dòng)主機(jī)、制動(dòng)器制動(dòng)線圈等等，但出于設(shè)計(jì)原因，部分電梯機(jī)房?jī)?nèi)并未設(shè)置空調(diào)、排氣扇等降溫、通風(fēng)措施。夏季來(lái)臨時(shí)，建議電梯使用單位及維護(hù)保養(yǎng)單位應(yīng)時(shí)常關(guān)注電梯相關(guān)部件的工作狀況，及時(shí)采取降溫措施，以保障在用電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)[1] 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[S].[2] GB/T 24478—2009 電梯曳引機(jī)[S].[3] GB 7588—2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].[4] 王淑紅，肖旭亮，熊光煜. 直流恒力電磁鐵特性[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008(2)：244—247.[5] 錢(qián)家驪. 電磁鐵吸力公式的討論[J]. 電工技術(shù)，2001(1)：59，60.[6] GB 755—2008 旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能[S].[7] GB/T 10058-2009 電梯技術(shù)條件[S].