广西壮族自治区特种设备检验研究院
摘要:上行制动试验是电梯定期检验过程中的一项重要试验，其主要目的是对电梯曳引能力和制动能力的检验。本文依据新检规对上行制动检验目的进行了说明，分析了上行制动过程中无滑移和有滑移两种情况，推导了减速度和制动距离的计算公式。并针对人工操作试验的弊端，提出了一种合理的仪器检测系统。
关键词:电梯；检验；上行制动；试验；分析
引言
电梯作为高层建筑中必不可少的一种垂直运输工具和人们的生活紧密的联系起来。上行制动试验是电梯定期检验过程中的一项重要试验，其主要目的是对电梯曳引能力的检验，同时也是对制动器的间接检验。制动器是电梯的关键部件，电梯的曳引能力更是关乎电梯安全的重中之重。很多伤亡事故都离不开这两个关键因素，所以新检规将其列为重要检验项目。但新检规对上行制动试验的规定并不明确，导致在实际检验工作中判定结果存在异议。目前，已有相关文献对此进行了研究，并取得了一定的成果，但对于上行制动的目的，制动过程中的钢丝绳滑移问题，滑移时的减速度及制动距离计算以及试验具体操作等问题仍存在疑惑，为此，本文将对上述问题进行研究，希望能对电梯上行制动试验有一定的帮助。
1上行制动检验目的说明
对于上行制动试验，检规对这项的解读与提示中指出:此项是进行上行紧急制动工况下曳引力的检验，而非制动器能力试验。“轿厢完全停止”可理解为在紧急制动期间保证曳引能力，不发生钢丝绳的严重滑移而导致轿厢失控；另一方面，在电梯定检中没有制动器制动能力的检测项目，检验人员仅通过制动器的外观和电梯正常运行启停来判断制动器的性能是不科学的，并且空载上行制动试验在实际检验中操作方便，所以上行制动试验可看做是制动能力和曳引能力的双重检验。若用距离法对上行制动试验的结果进行判定，观测记录的数据应包括两部分:曳引轮的制停距离和钢丝绳的制停距离，试验结果的判定标准也应包括上述两方面。
2上行制动过程分析
2.1钢丝绳滑移分析
在定期检验中做上行制动试验时，会发现紧急制动工况下经常会有曳引轮和曳引钢丝绳之间发生滑移的情况发生。首先需要说明的是，适当的打滑是允许的。至于紧急制动时钢丝绳滑移的原因，本文用图1所示的模型来说明滑移现象产生的原因，A代表钢丝绳，B代表曳引轮，F1和F2分别为钢丝绳两端的拉力，Ff为钢丝绳和曳引轮之间的摩擦力。A和B以相同的速度v在光滑平面上向右运行，当制动器制动时，相当于给B—个向左的减速度a，若减速度a过大，Ff+F2-F1,对A所产生的减速度不等于a，则A和B产生相对滑动，即钢丝绳在曳引轮上滑移。
图1钢丝绳滑移分析示意图
2.2制停减速度及距离计算
以常用的曳引比为2:1的电梯系统(如图2所示)为例进行分析，减速度和制停距离的计算分无滑移和有滑移两种情况。
2曳引比2:1电梯系统简图
2.2.1曳引轮与钢丝绳间无滑移
曳引轮与钢丝绳之间在紧急制动时无滑移，则整个系统可看作是绕定轴转动的系统。规定力矩方向逆时针为正。
(1)首先计算外力矩。对重侧拉力为:
轿厢侧拉力为:
其中m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7分别为轿厢、轿厢反绳轮、对重、对重反绳轮、曳引钢丝绳、补偿链、随行电缆的重量；g为重力加速度。
外力矩为:
M=MB+(T2-T1)R.(1)
其中:MB为抱闸施加的制动力矩；R为曳引轮半径。
将T1、T2代入式(1)得:
(2)
(2)然后进行转动惯量的等效计算。按照等效前后动能不变的原则，计算各部件折算到曳引轮轴线上的等效转动惯量如下:
线性运动部件等效转动惯量:
(3)
转动部件等效转动惯量:
(4)
其中:J1、J2、J3分别为轿厢反绳轮、对重反绳轮和导向轮对自身轴线的转动惯量；r1、r2、r3分别为轿厢反绳轮、对重反绳轮和导向轮的半径。由式(3)和式(4)可得电梯系统对曳引轮轴线上的等效转动惯量为:
(5)
其中:J0为曳引轮对其轴线的转动惯量。利用式(2)、式(5)及M=J计算出曳引轮的角减速度，因为曳引轮与钢丝绳之间无滑移，所以钢丝绳的减速度a1=R，钢丝绳的制动距离，v为轿厢额定速度。
2.2.2曳引轮与钢丝绳间有滑移
当曳引轮与钢丝绳之间在紧急制动时存在滑移时，整个系统不能看作是绕定轴转动的系统。此时，应将系统分为两部分:曳引轮为一部分；轿厢(反绳轮)、对重(反绳轮)、曳引钢丝绳、补偿链及电缆为另一部分。当曳引轮与钢丝绳之间存在滑移时，曳引轮作用于钢丝绳的摩擦力为:
(6)
其中为摩擦因数；为曳引轮包角；为曳引轮轮槽下部切口角度值。
(1)首先计算钢丝绳减速度a2及其滑移距离S2。以一半的曳引钢丝绳为分析对象(如图3所示，钢丝绳下部从对重曳引轮相切处断开，此断开处钢丝绳所受拉力为T3)，受力分析得:
(7)
其中:。
图3受力分析
将T1，T2和T3代入式(6)和式(7)得减速度a2和滑移距离S2:
(2)然后计算曳引轮角减速度及制停弧长S3。钢丝绳与曳引轮存在滑移时，曳引轮上的外力矩为制动力矩和钢丝绳对曳引轮的摩擦力矩之和。同样规定逆时针为力矩正方向，则作用于曳引轮的外力矩M为:
(10)
角减速度；角位移；制停弧长。
无滑移时可用易于观察的钢丝绳制停距离作为制动能力和曳引能力的评价指标；有滑移时应用曳引轮制停弧长作为制动器制动能力的评价指标，钢丝绳滑移距离作为曳引能力的评价指标。
3上行制动试验实施方法
目前上行制动试验的实施基本上是采用人工操作的方法，人工操作的实施方法存在以下缺陷:①测量精度较低:人工操作时，需要一名检验员肉眼观察到钢丝绳上的标记点到达曳引轮最高点后，向另一名检验员发出指令，该检验员再断开电梯电源主开关，如此操作会滞后很多，其测量值很不精确；②无机房电梯无法操作:无机房电梯大量存在，且目前很多20层左右的住宅楼也采用无机房电梯，而大部分无机房电梯曳引机在井道顶部，此时用传统的人工操作方法无法进行。另外，目前文献所见的仪器检测装置中，其距离传感器与曳引机的旋转轴直接连接，只能检测曳引轮的制动距离，无法对有滑移的情况进行有效测量。
鉴于以上情况，建议开发如图4所示的检测系统，其中由两个带滚轮的传感器与曳引轮和钢丝绳接触，当电梯运行至行程中上部时，仪器控制系统向电梯控制系统发出指令断开安全回路，同时仪器控制系统开始记录传感器的滚轮转过的距离，此检测方案可对无滑移和有滑移两种情况进行检测，同时评价上行制动时的制动能力和曳引能力。
图4检测系统示意图
4结语
综上所述，上行制动试验是电梯定检的重要内容，为了提高电梯的可靠性，要充分认识到上行制动试验在电梯定检的重要性，加深对上行制动试验的认识。上行制动试验是制动能力和曳引能力的双重检验。上行制动试验的评价应分无滑移和有滑移两种情况:无滑移时用钢丝绳制停距离作为制动能力和曳引能力的评价指标；有滑移时用曳引轮制停弧长作为制动器制动能力的评价指标，以钢丝绳滑移距离作为曳引能力的评价指标。试验实施方法应采用仪器检测来代替人工操作。
参考文献
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