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行業(yè)新聞
干貨:電梯制動(dòng)器的前世今生
時(shí)間: 2018-01-03 15:28:45來源: 江蘇昊震電梯有限公司

電梯作為交通工具的基本使用要求:在人為可控制的條件下安全地運(yùn)行與停止。在這動(dòng)靜之間,制動(dòng)器尤其重要。它無時(shí)無刻地在工作著,包括停電了。



圖一


前世:

至1852年之前,人類使用升降機(jī)的幾千年當(dāng)中,充當(dāng)制動(dòng)器的可能是阻止轱轆轉(zhuǎn)動(dòng)的一根木棒或是桔槔下的一塊石頭。

1852年伊里沙˙格雷夫斯˙奧的斯發(fā)明了世界上******臺(tái)具有安全裝置的升降機(jī)(lift);見圖一,這就是他當(dāng)年的專利申請(qǐng)書,也就是后來在博覽會(huì)上展示平安一墜的那個(gè)安全裝置。它應(yīng)該相當(dāng)于今天電梯中的限速器與安全鉗。請(qǐng)注意在這個(gè)專利中奧的斯使用的是卷揚(yáng)方式驅(qū)動(dòng)繩輪,但已經(jīng)有滾筒對(duì)重了。因?yàn)楣?jié)能而選擇對(duì)重參與到升降機(jī)系統(tǒng)中來,下行墜落的風(fēng)險(xiǎn)被減小的同時(shí),上行沖頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)被放大了。

成型:

我們?cè)诖酥两窠话倨呤甑倪^程中要注意以下幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1、1877年德國(guó)的采礦工程師考業(yè)普在魯爾礦區(qū)發(fā)明并使用了曳引傳動(dòng)-曳引式升降機(jī)出現(xiàn);原因是節(jié)能而經(jīng)濟(jì)(鋼絲繩由卷揚(yáng)變?yōu)槟Σ?,壽命大大延長(zhǎng))。制動(dòng)器重要性進(jìn)一步增加。

2、1887年電力驅(qū)動(dòng)應(yīng)用于升降機(jī);

3、1889年在奧的斯的兩個(gè)兒子的帶領(lǐng)下誕生了一種新型升降機(jī)(當(dāng)時(shí)他們擁有升降機(jī)專利53項(xiàng)),特征是蝸輪減速且電氣控制。“elevator”一詞說明一切,美國(guó)人應(yīng)該是集當(dāng)時(shí)升降機(jī)前沿科技的大成者,電梯商業(yè)化的成功,理所當(dāng)然地使其獲得巨大的利益回報(bào)。

4、1903年卷筒強(qiáng)驅(qū)的電梯被曳引摩擦繩輪替代,至此,此后一百多年的電梯結(jié)構(gòu)模式被固定下來。特征是電力驅(qū)動(dòng)齒輪減速(低速梯)或無齒輪減速(高速梯),曳引提升,制動(dòng)器作用于齒輪減速機(jī)高速軸(電機(jī)軸),或無齒輪的曳引輪同軸的制動(dòng)器,有防止墜落和下行超速的限速器與安全鉗。

穩(wěn)定期:

從1908年中國(guó)引進(jìn)******臺(tái)奧的斯電梯開始,至1952年于天安門安裝的******臺(tái)中國(guó)制造電梯,是中國(guó)的電梯萌芽時(shí)期(距離美國(guó)整整100年)。再至改革開放,是自力更生階段,這一階段的中國(guó)電梯的整體技術(shù)水平相當(dāng)于美國(guó)二十年代末期的水平,但制動(dòng)器無論是機(jī)械型式上到電路設(shè)計(jì)上應(yīng)該與國(guó)外無代差,就是一個(gè)電磁線圈而已。當(dāng)時(shí)廠家和維修人員認(rèn)為它再普通不過,轂式制動(dòng)器兩個(gè)機(jī)械臂與彈簧加一個(gè)大腦袋線圈,好似可有可無的東西,(見圖2)



圖二


沒夸張,有的工廠制動(dòng)器閘皮都已磨損光了電梯照舊使用,危險(xiǎn)嗎?當(dāng)然危險(xiǎn),但卻是相對(duì)危險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)的減速機(jī)減速比高,中心距(蝸輪蝸桿)大,一般發(fā)生自鎖。當(dāng)時(shí)市場(chǎng)占主流是低速大噸位的貨梯,異步機(jī)驅(qū)動(dòng)的蝸輪減速機(jī)。松開制動(dòng)器大部分也不會(huì)發(fā)生溜車(如果手動(dòng)盤梯克服靜摩擦則相當(dāng)費(fèi)力)只有在極端環(huán)境下,蝸輪蝸桿嚙合失效,或者滿載超載的情況下會(huì)發(fā)生墩梯與空梯沖頂。但是高速梯(1.6米以上)就情況不同了,減速比小了,中心距也小了,松開制動(dòng)器,一般是負(fù)載重的向下,負(fù)載輕的向上作加速運(yùn)動(dòng),這些風(fēng)險(xiǎn)隱患被人們認(rèn)為是小概率事件。報(bào)載,九十年代末美國(guó)紐約摩天大樓高速梯沖頂。效率越高失控后反而越危險(xiǎn),這一悖論難道是僅電梯特有嗎?

因?yàn)殡娞葜苿?dòng)器失效發(fā)生安全事故,這一現(xiàn)象一直被忽視。不說國(guó)外,至二十世紀(jì)末,僅簡(jiǎn)易升降機(jī)在國(guó)內(nèi)造成的傷亡事故就讓各地主管部門焦頭爛額了。

從80年代開始,合資品牌的電梯越來越多,相對(duì)國(guó)內(nèi)廠家設(shè)計(jì)完善,中國(guó)的電梯工業(yè)蒸蒸日上,用市場(chǎng)換技術(shù)的時(shí)代到來了,那是一個(gè)解決從無到有的時(shí)期(見圖3,圖4)。




圖片3



圖片4



中國(guó)的電梯標(biāo)準(zhǔn)<GB7588-87>推出了,但那時(shí)這個(gè)東西應(yīng)該是束之高閣;因?yàn)楫?dāng)時(shí)有勞動(dòng)部門、建委還有各地一些不知名的辦公室都宣稱對(duì)電梯有管轄權(quán),誰會(huì)關(guān)心標(biāo)準(zhǔn)呢?

筆者是在1993年被一個(gè)在我校任職的電梯前輩的著作吸引,它解釋了國(guó)標(biāo)的含義,記得自己當(dāng)時(shí)讀這本書時(shí)心情無比激動(dòng),尤其是它的12.4.2條:機(jī)電式制動(dòng)器(也就是業(yè)內(nèi)俗稱的防粘連)。讓我們知道在電梯業(yè)中開門溜梯不僅僅是封門鎖造成的。制動(dòng)器電路只需改善一下,就會(huì)避免事故發(fā)生。僅僅懂得一些機(jī)械的電子的技術(shù)是片面的,整部電梯標(biāo)準(zhǔn)是用人的生命換來的,每一條都浸滿鮮血。

標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)推出了而沒有相應(yīng)的部門去執(zhí)行貫徹,所以從標(biāo)準(zhǔn)推出后的十余年時(shí)間,在我看來合資品牌當(dāng)中除迅達(dá)之外,幾乎都有或多或少型號(hào)的電梯不符合國(guó)標(biāo)中的規(guī)定(尤其是12.4.2),我當(dāng)時(shí)很奇怪這些型號(hào)的電梯難道不在歐洲銷售嗎?(因?yàn)镚B7588-87等效EN-81)而就是這樣在歐洲銷售嗎?這種歧視現(xiàn)在依然存在,當(dāng)然歧視形成原因是多方合力的結(jié)果。隨著曳引機(jī)(有齒)減速比越來越小,中心距越來越小,效率越來越高,發(fā)生制動(dòng)器回路觸頭粘連,開門走梯人被夾或墜落底坑的機(jī)率也在增高。

至2000年電梯歸口質(zhì)監(jiān)部門,一切才有法可依。在GB7588-2003推出后,2004年是中國(guó)電梯制動(dòng)器電路皈依標(biāo)準(zhǔn)年,(在東部大城市從事電梯20年以上的人,應(yīng)該對(duì)此有所記憶)這是中國(guó)對(duì)制動(dòng)器控制電路的一次整肅,加上該電路電梯故障率會(huì)上升(因?yàn)槊看味急O(jiān)控接觸器的釋放,如果不釋放則停梯),但避免了事故的發(fā)生。注意:在此期間所有大廠都沒有召回,那時(shí)談?wù)倩卣媸巧萃?,筆者所在的城市,是用戶掏的錢加裝的制動(dòng)器防粘連電路(2017年仍有新聞曝出南方某市制動(dòng)器防粘連被失效,注意這個(gè)“被”字,發(fā)生沖頂事故,也不知維修與檢驗(yàn)員如何做的)。

2004年這個(gè)節(jié)點(diǎn)很關(guān)鍵,當(dāng)年的一些傳言或謠言朂后都達(dá)到了目的,其中說中國(guó)電梯一年的耗電量要十個(gè)三峽大壩的發(fā)電量,口誅筆伐電梯的電力消耗,那一年被定義為綠色低碳年。幾乎從那一年開始,永磁無齒輪同步曳引機(jī)開始走向中國(guó)電梯的舞臺(tái)中央,好像是在一夜之間同步機(jī)遍地開花。當(dāng)年國(guó)內(nèi)的傳統(tǒng)曳引機(jī)制造商要么跟上時(shí)代發(fā)展同步機(jī),要么淘汰出局。反正是有齒輪異步機(jī)不受歡迎了,有的專家大聲疾呼,注意彎道超車時(shí)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),但聲音微弱。(同期國(guó)外的產(chǎn)品,制動(dòng)器作用于電機(jī)軸,相對(duì)保守。見圖5)




圖片5


筆者個(gè)人思考過,同步機(jī)節(jié)能是當(dāng)然的,但小巧也是主因之一,東西一小巧,就被認(rèn)為是高大上。銷售方、制造方、使用方、安裝方誰不愛小巧。在幾年后的展覽會(huì)上,一個(gè)變頻器生產(chǎn)商與筆者吐槽,真的要節(jié)能,變頻梯尤其是高層高速梯,把制動(dòng)電阻取消采用回饋制動(dòng)啊!那節(jié)能效果才驚人呢,機(jī)房的空調(diào)都能取消了,怎么也不見誰起勁推廣??!

隨著每年幾十萬臺(tái)的銷售量,其中當(dāng)然是永磁同步機(jī)曳引機(jī)占主流,事情發(fā)生了變化,制動(dòng)器的設(shè)計(jì)缺陷凸顯出來了。

前文說到過,有齒輪減速的曳引機(jī)制動(dòng)器作用于電機(jī)軸(高速軸)減速比一般在20-30左右;無齒輪曳引機(jī)的制動(dòng)器作用于與曳引輪同軸的制動(dòng)輪。同樣一臺(tái)電梯要達(dá)到相同速度與載重,應(yīng)用這兩種不同曳引機(jī),制動(dòng)器的力矩即便粗略計(jì)算,無齒輪的制動(dòng)器也要比有齒輪大20倍至30倍才行,退一步算上曳引比,也要在10-15倍以上。原有齒輪曳引機(jī)的轂式制動(dòng)器經(jīng)過計(jì)算放大,套用到無齒輪同步機(jī)上,效果不理想,噪音大,穩(wěn)定性不好;塊式,碟式各種制動(dòng)器也被采用,而且制動(dòng)器的角色又多了一個(gè),在國(guó)內(nèi)充當(dāng)永磁同步曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯中的上行超速保護(hù)執(zhí)行元件(制動(dòng)輪與曳引輪同軸),制動(dòng)器很忙!(見圖6)




圖片6


2004年前后很多的電機(jī)制造廠,跨界過來到電梯行業(yè)分一杯羹,有幾十個(gè)牌子,它們大多不太明白或根本不明白其中的道理,照貓畫虎地就干了起來,2005年有電梯廠向我尋求技術(shù)支持,到山西一個(gè)小縣城解決一臺(tái)同步機(jī)自整定不能通過的問題,電梯廠已經(jīng)搞了一個(gè)星期,所有的電器部件、變頻器、旋編都已經(jīng)更換了兩遍,還是找不到原因。后來我發(fā)現(xiàn)電機(jī)出廠的銘牌把電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)搞錯(cuò)了,當(dāng)然通不過自整定。這樣的曳引機(jī)制造廠有很多,它們大都旋即消失于市場(chǎng)中。

同步機(jī)的封星問題很重要,在現(xiàn)階段筆者個(gè)人認(rèn)為必須要有。它減輕了電梯停止時(shí)的制動(dòng)器所需的力矩,增強(qiáng)了安全性,加大了安全系數(shù)。有了封星功能的電梯不一定是安全的,但沒有它一定不安全。筆者已經(jīng)有寫過專門的關(guān)于封星的文章,在此不再贅述。行文至此,昨天有學(xué)生告訴我,他負(fù)責(zé)維護(hù)的同步機(jī)電梯尚有一定量的無封星功能,松閘就飛車;負(fù)責(zé)維保電梯公司的老板懵然無知,拼命低價(jià)攬生意;細(xì)思恐極,風(fēng)險(xiǎn)與收入不成正比,年后可能會(huì)用腳投票,告別這個(gè)行業(yè)。

一百多年來形成的安全認(rèn)知與行業(yè)習(xí)慣是根深蒂固的,關(guān)于電梯停止開門至關(guān)門再次啟動(dòng)期間,大部分電控系統(tǒng)是放任的,這一切全部由制動(dòng)器充當(dāng)“守夜人”,所以事故就理所當(dāng)然的會(huì)發(fā)生。2012年廣州電梯站展,有知名企業(yè)的電控系統(tǒng)開始關(guān)注停梯后的曳引機(jī)制動(dòng)問題,但引不起公眾興趣。

北美于2000年實(shí)施ASMEA17.1-2000/CSA,上行超速(ACO)與轎廂開門狀態(tài)下的意外移動(dòng)(UCM)這兩個(gè)姍姍來遲的名詞進(jìn)入公眾視線。時(shí)間來到2012年1月1日,歐洲已經(jīng)實(shí)行EN-81+A3。中國(guó)電梯在各種媒體的關(guān)注下戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地走著。筆者個(gè)人認(rèn)為,一個(gè)************的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在這個(gè)國(guó)家被順利執(zhí)行,則這個(gè)行業(yè)必定領(lǐng)先世界,這二者相輔相成。從業(yè)者與標(biāo)準(zhǔn)制定者都有一顆不浮躁的心,不掩蓋,不推諉,面對(duì)現(xiàn)實(shí),不當(dāng)鴕鳥;電梯產(chǎn)量不是衡量準(zhǔn)繩,標(biāo)準(zhǔn)低下的高產(chǎn)量電梯是一地雞毛。因?yàn)榇罅康馁Y源被浪費(fèi),傷痕需要數(shù)十年才能平復(fù)。

筆者親歷的事:一個(gè)有著二百多臺(tái)高層電梯的居民小區(qū),子夜后,有一定數(shù)量的電梯頻頻啟動(dòng)回首層,經(jīng)視頻檢查無人使用電梯,而且每次啟動(dòng)的時(shí)間呈遞減趨勢(shì)(在半年的觀察期內(nèi))。后來加裝多個(gè)攝像頭才揭開“鬼梯”之謎,在空梯靜止?fàn)顟B(tài)下,制動(dòng)器打滑,電梯轎廂脫離門區(qū)位置系統(tǒng)判斷為位置故障,回首層復(fù)位。這個(gè)由停止到打滑的時(shí)間由新梯的2個(gè)小時(shí)發(fā)展到朂后的半小時(shí)(注:該型號(hào)電梯無封星功能),這是在夜晚無人使用的狀態(tài)(要感謝夜晚),白天也會(huì)發(fā)生,誰都有可能遇到,但白天的風(fēng)險(xiǎn)隱患被掩蓋。物業(yè)與電梯公司會(huì)解釋給乘客--這是系統(tǒng)保護(hù),很安全的,媒體也在如此宣傳。保護(hù)功能是必不可少的,但是每次都以保護(hù)的名義就不行了。那么為什么不問問為何頻頻保護(hù)呢?這是電梯的自身功能掩蓋了隱患的典型例子,筆者給當(dāng)事人的建議是,電梯保護(hù)運(yùn)行了,一定查原因,因?yàn)槭裁幢Wo(hù)運(yùn)行。電梯人只要有鴕鳥習(xí)性,必定害人害己。空梯抱不住的下一步就是蹲底、就是開門溜梯。

某市質(zhì)監(jiān)局判定某曳引機(jī)制造廠的同步曳引機(jī)不合格,原因是空梯不打開制動(dòng)器手動(dòng)盤梯就可以動(dòng)作,當(dāng)然是向上盤梯;該曳引機(jī)廠訴該質(zhì)監(jiān)局,朂后廠家勝訴,因?yàn)橐芬龣C(jī)廠家有國(guó)家型式檢測(cè)合格報(bào)告,檢規(guī)沒有空梯盤梯可盤動(dòng)不合格這一條。真是狗血的劇情,勝訴后該廠工程師去了電梯現(xiàn)場(chǎng),問現(xiàn)場(chǎng)工人可以盤的動(dòng)是嗎?看來他也很困惑,從這里我們看出,我們的生產(chǎn)者對(duì)自己的產(chǎn)品僅僅是制造出來而已,具體到自己的產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)的一切表現(xiàn)盲然不知,這和一些國(guó)外企業(yè)在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)塔中跟蹤運(yùn)行二十年后推向市場(chǎng)截然相反(otis于80年代發(fā)明直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯在實(shí)驗(yàn)塔中一直在測(cè)試,還有奧德賽系統(tǒng)。個(gè)人贊一句,原創(chuàng)就是原創(chuàng),大音希聲,足令后來者汗顏)。

空梯盤梯都可以盤的動(dòng),那么單臂額載和雙臂125%額載制動(dòng)應(yīng)該就更是笑話了,現(xiàn)在的極端局面是這樣,作以上檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了合格,現(xiàn)場(chǎng)工人會(huì)把制動(dòng)器(轂式的占主流)的彈簧力調(diào)大,一般會(huì)發(fā)生兩種結(jié)果:一,制動(dòng)力過大,發(fā)生拉斷繩頭的事故等;二,如果可以檢測(cè)合格,這個(gè)被調(diào)整的制動(dòng)力,要迅速調(diào)回原狀態(tài),不然就無法正常運(yùn)行了。

我曾經(jīng)問過曳引機(jī)廠的工程師,電磁線圈的推力是按照什么數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的,額定轉(zhuǎn)矩的2.5倍?加大一些是不是好一些,回答是;電磁線圈推力加大,噪音加大,影響產(chǎn)品銷售。

通過百多年來的歷史回顧,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)人們一直在節(jié)能,安全性與美觀的外表和舒適性之間逡巡取舍,單純強(qiáng)調(diào)了某一方面的優(yōu)點(diǎn),必定有另一方面缺點(diǎn)暴露出來。在此,哲學(xué)勝利了。但愿技術(shù)的進(jìn)步會(huì)讓我們找到一個(gè)越來越合適的切合點(diǎn)。

2017年電梯已經(jīng)有召回的了,可喜可賀!

 2018年快要到來了,帶有防止UCM的新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被貫徹執(zhí)行,筆者用淺顯的語言描述一下個(gè)人理解的防止UCM的中國(guó)方案,它基于兩個(gè)假設(shè),首先認(rèn)為當(dāng)前的制動(dòng)器是有冗余的,其次,經(jīng)過型式認(rèn)證的制動(dòng)器,在使用中的磨損或失效是漸進(jìn)式的,不是崩潰式的,有了以上兩個(gè)假設(shè),那么就有了以下兩個(gè)措施:

1:事前預(yù)判性防護(hù):

對(duì)制動(dòng)器力矩的檢測(cè),制動(dòng)器不通電的情況下,給予一定的電機(jī)轉(zhuǎn)矩,通過控制系統(tǒng)研判旋轉(zhuǎn)編器的脈沖反饋量,來判定制動(dòng)器力矩是否合格。

2:事發(fā)安全性防護(hù):

如果電梯在門區(qū)開門狀態(tài),突然發(fā)生意外移動(dòng),脫離門區(qū),由冗余的制動(dòng)器(結(jié)合控制系統(tǒng)零速滿力矩停止轎廂)或附加的制動(dòng)器停止電梯。

現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有專家認(rèn)為制動(dòng)器無冗余,應(yīng)該增加附加制動(dòng)器(北美的普遍做法是增加了鋼絲繩制動(dòng)器,不僅是制動(dòng)器失效的防護(hù),更廣義地應(yīng)對(duì)了曳引力的失效),另一方認(rèn)為制動(dòng)器有冗余,不需增加。

筆者認(rèn)為不妨先讓子彈飛一會(huì)兒,一切交給時(shí)間,在UCMP加裝后,可能很多名義上合格的新梯曳引機(jī)在使用中就會(huì)露出馬腳(空車都抱不住,頻頻報(bào)警),自然會(huì)去更改自己的產(chǎn)品。而細(xì)思極恐的舊梯,國(guó)家不是正在補(bǔ)貼改造嗎?

只要走在路上了,總會(huì)一步一步接近目標(biāo),當(dāng)然前提是方向要正確。

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