曳引機盤式制動器優化設計

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(1沈陽藍光驅動技術有限公司，遼寧沈陽 110180;2沈陽華譽地源熱泵供熱有限公司，遼寧沈陽 110000)

0 引言

目前，永磁同步電機因其節能環保的特點，已經成為電梯驅動的首選，又稱曳引機，制動器是電梯曳引機的重要安全部件，其性能直接影響電梯的安全運行，制動器制動響應時間是制動器斷電到制動力矩達到額定值的時間,制動器制動響應時間不應大于0.5s[1]，并且，在電梯轎廂意外移動保護裝置的型式試驗中，制動器作為制停部件，其響應時間將影響制停距離[2]，微動開關作為制動器重要部件，其工作穩定性是曳引機的重要性能指標。

現有制動器在做型式試驗時，常常以微動開關的觸發時間作為制動響應時間，其實際制動響應時間可能并不滿足國標要求，并且，制動器在實際運行中，其微動開關工作不穩定，常出現報錯情況，嚴重影響電梯運行，為了解決上述問題，對制動器和微動開關的結構以及工作原理進行了深入的分析研究，設計出一種結構優化的盤式制動器，其結構特點為制動彈簧和導向元件同軸布置，電磁氣隙固定，并配置了更合理的微動開關和觸發機構，通過設計實驗，對比現有制動器和新型制動器的相關參數，確定優化結果。

1 制動器構型設計與三維建模

新型制動器主要包括電樞、線圈、銜鐵、彈簧、圓柱銷、減震墊和制動盤組件，其中彈簧和制動盤組件組成制動元件，圓柱銷是導向元件，減震墊是減震元件。新型制動器電磁氣隙固定，微動開關直接安裝在電樞上，在銜鐵上安裝了微動開關觸發機構，隨著銜鐵反復動作，微動開關直接完成通斷動作，無需預壓開關或使用放大機構。

1.1 制動、減震和導向元件構型設計

盤式制動器在電樞上設有安裝孔，線圈槽和其它功能性槽孔，用于布置制動、減震和導向元件，減震元件一般根據電樞本身的形狀，沿電樞邊緣均勻布置，可達到最佳減震效果，保持銜鐵動作的協調一致性，在現有制動器中，為減小附加力矩，一般以導向元件為中心均勻布置彈簧，斷電情況下，銜鐵在多根彈簧的作用下，流暢動作，減少對制動響應時間的影響，但受限于電樞上剩余的可利用空間，按現有構型會增加設計難度，很難達到最佳效果，該新型結構采用大規格彈簧，導向元件與彈簧同軸布置，理論上完全消除了附加力矩，完美得解決了附加力矩和構型困難的問題，較之現有結構，銜鐵動作更流暢，制動響應時間更短。

新型盤式制動器整體結構如圖1所示，制動、減震和導向元件構型如圖2所示。

圖1 整體結構

圖2 構型

1.2 微動開關選用和觸發機構

一般微動開關固定在電樞上方，觸發機構固定在銜鐵上方，觸發機構通常為螺釘加安裝塊結構，通過旋轉螺釘與微動開關接觸或完成預壓，安裝調試完成后固定螺釘即可。

現有曳引機用盤式制動器，通常選用歐姆龍SS-5型微動開關，其優點是價格低廉、體積小、節省安裝空間，但其0.5mm的最大預行程相對于0.35mm～0.5mm的電磁氣隙而言，安裝調試時，需要預壓微動開關或者使用放大機構，才能保證微動開關正常工作。如果預壓，在實際調試過程中，限于開關按鈕的弧面，以及受到最大0.1的行程差限制，需人工反復調節，效率極低；如使用放大機構，雖解決了調節效率低的問題，因多了一級傳遞機構，會存在不穩定性因素，增加售后維修機率，并且SS-5的最小過行程是0.5mm,預壓或者使用放大機構的情況下，微動開關內部彈片結構在動作方向的變形量能夠達到0.7mm，占極限變形量的70%，將極大地縮短微動開關的使用壽命。該新型結構采用Z-15HD-B彈簧短柱塞型微動開關，最大預行程為0.3mm，驅動桿為金屬材質，接觸面為平面，安裝調節時頂桿螺釘接觸驅動桿后，固定螺釘即可，較之現有結構，雖直接增加了材料成本，但安裝簡單方便，穩定性高，使用壽命長，大幅降低了售后維修的風險和成本。

微動開關觸發結構如圖3所示，兩種微動開關主要參數見表1。

圖3 微動開關觸發結構

SS-5Z-15HD-B最大預行程(mm)0.50.3最小過行程(mm)0.51.6最大行程差(mm)0.10.025

2 對比試驗

為驗證優化效果，設計了兩個試驗，以獲得制動器制動響應時間和微動開關連續通斷次數。

試驗一：將現有盤式制動器和新型盤式制動器分別安裝在曳引機上，通過對拖試驗，用示波器測試從制動器斷電開始，制動力矩達到2.5倍主機額定轉矩的時間，即制動器制動響應時間，響應時間由兩部分組成，一是銜鐵動作時間，二是摩擦副產生額定制動力矩的時間，在現有制動器和新型制動器摩擦副條件相同的情況下，響應時間越短，表明銜鐵動作時間越短，動作更順暢，測試的響應時間如圖4和圖5所示。

圖4 現有制動器制動響應時間

圖5 新型制動器制動響應時間

試驗二：將現有盤式制動器和新型盤式制動器分別安裝在曳引機上，測微動開關連續通斷的次數，次數超過2000000次為合格，次數越多代表微動開關機構越穩定，測試數據如圖6所示，其中通道8為現有盤式制動器微動開關通斷次數，中途報錯，累計連續通斷次數為978945次，通道7為新型盤式制動器微動開關通斷次數，截至統計時，連續通斷次數達到3028960次，次數達標，開關運行更加穩定。試驗數據的對比表格見表2。

表2 試驗對比數據

圖6 開關連續通斷次數

3 結語

(1)分析制動器的結構和工作原理，影響制動響應時間的主要原因是銜鐵動作不協調，制動彈簧和導向元件之間產生的附加力矩是關鍵因素，該新型制動器采用制動彈簧和導向元件同軸布置，消除了附加力矩，通過對比試驗，驗證了新型制動器制動響應時間更短；

(2)研究微動開關技術參數和觸發機制，預行程與電磁氣隙匹配程度決定微動開關安裝調試和工作穩定性，該新型制動器采用預行程0.3mm的Z-15HD-B的微動開關，匹配0.35mm～0.5mm的電磁氣隙，無需預壓微動開關或者使用放大機構，提高了裝配效率和工作穩定性，通過對比試驗，新型制動器微動開關連續通斷次數遠大于現有制動器，工作穩定性獲得較大提升。

[1] GB/T 24478—2009電梯曳引機[S].

[2] GB/T 7588.2.電梯制造與安裝安全規范，第2部分：電梯部件的設計原則、計算和檢驗[S].