邓 林 吴晓军内江市特种设备监督检验所 内江 641000摘 要：鉴于国家标准和特种设备安全技术规范TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则- 曳引与强制驱动电梯》对电梯制动器机械部件的安全要求, 本文对电梯制动器在各种温度下的电阻率、提拉力进行分析。推导出了提拉力与电阻率的实时变化关系，计算出了提拉力在实际情况下的损失。为电梯使用单位及时对电梯机房采取降温措施，保障在用电梯安全平稳运行提供理论指导。
关键词：电梯制动器；电阻率；提拉力；电梯机房
中图分类号：U463.51 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）09-0051-04
0 引言经大量事故案例分析，电梯发生人身伤亡、财产损失的主要原因之一要归咎于制动器出现故障或者制动器自身存在设计缺陷，从而致使电梯在运行过程中发生溜车、冲顶、蹾底，更有甚者造成剪切和挤压等事故。因此，电梯能否安全平稳运行与制动器的各种工作状况有着紧密的联系。
制动器的工作频次极高，是确保电梯安全运输的主要构成要件，切断曳引主机电源后制动器闸瓦下闸并紧密贴合在制动轮（盘）上使曳引机制动停转，且轿厢停止运送。制动器内部结构中，电磁铁是其重要组成部件，原理是通过通电螺旋线圈产生的磁场拖动处于磁场中的铁芯，促使铁芯向外部机构产生力的作用。基于制动器通电线圈在温度升高时，其内部电阻等参数也会随之变化的物理性能。本文就制动器提拉力与温度的关系进行探讨，分析两者对电梯制动器制动性能的影响。
1 制动器机械部件的安全要求新检规TSG T7001—2009 附录A 中第8.10 项要求[1]：轿厢空载以正常运行速度上行，切断电动机与制动器供电，轿厢应当被可靠制停，并且无明显变形和损坏。
当中断电梯主开关电源供电或者控制电路时，制动器均能满足有足够的制动力矩保持轿厢处于非移动状态。因而，使轿厢处于非工作状态的关键性因素是制动器的制动力矩，其用意是确保电梯行驶过程中其制停必须符合国家相关标准要求的减速度。GB/T 24478—2009中第4.2.2.2 条约定[2]：曳引机的额定制动力矩应按GB7588—2003 中12.4.2.1 与曳引机用户商定，或为额定转矩折算到制动轮（盘）上的力矩的2.5 倍。
GB7588—2003 中第12.4.2.1 条约定[3]：所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。若一组部件不起作用，应仍有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。电磁线圈的铁芯被视为机械部件，而线圈则不是。同时，第12.4.2.4 条规定[3]：装有手动紧急操作装置的电梯驱动主机，应能用手松开制动器并需要以一持续力保持松开状态。
2 提拉力公式分析对常见的直流电磁制动器其提拉力公式[4] 为
由于Um 为电磁铁的励磁安匝数，即Um=IN，以上公式 [5] 可化为
式中：dGσ/dσ 为电磁铁气隙磁导率，由于电磁铁的结构不变，故该值为常数。由式（2）可知，直流电磁制动器的提拉力与通电电流的平方成正比关系。
3 线圈电阻随温度变化趋势对于长度L 与横截面积S 固定的电磁线圈而言，其电阻值R 与线圈导线的电阻率ρ 呈正相关，即
在夏季高温时，经测量，电梯机房内室温可达40℃，此时频繁动作的制动器线圈外部表面温度最高可达90℃，根据线圈电阻率公式
式中：ρ 0 为在0℃时的电阻率，α 为电阻温度系数，t 为实时温度。以铜、铝材质制成的线圈，在此时的电阻率列于表1。
电阻率变化趋势见表2 和图1。
图1 电阻率随温度变化趋势图
由图1 电阻率随温度变化趋势图分析可知，材质为铜、铝的制动器线圈电阻在以上温度范围内随温度的大小呈正相关。例如：对于普通的单线圈双顶杆的电梯制动器，经测量其铜质线圈电阻值在30℃时约为100 vΩ，由式（3）、式（4）可知
则在90℃时其电阻值为122.8 Ω，此数据与实际测量数据相吻合。
4 线圈提拉力随温度变化趋势对于工作电压为DC 110 V 的电梯制动器，在动作时先由强激电路对其供电，通过通电螺旋线圈产生的磁场拖动处于磁场中的铁芯，促使铁芯向外部机构产生力的作用，进而使铁芯提起制动臂。此时的电压值为110 V，电流为额定电流。出于节能的目的，随后将强激电路切换为保持电路，此时提供给制动器的电压约为额定电压的50%~60%，经数据分析，随着制动器供电电流减小的同时，线圈提供给制动器的提拉力也随之呈现下降趋势。
在提供给制动器的电压趋于不变时，由U=IR 分析可知，I ∝ 1/R ，结合式（2）和式（4）推导可得
进一步简化可得
式中：Ft 为指温度为t 时，对应的提拉力，且此时制动器线圈电流为It。由此可见，无论供电的电路是强激电路或保持电路，制动器的提拉力均会随温度的升高而呈现逐渐减小的态势。本文以提拉力为3 000 N 且保持电压为强激电压的60% 为例进行计算（如表3 和图2所示）。
依据图2 分析可知，当温度为90℃时，在保持电压的作用下，制动器线圈的提拉力为122.75 N，此值仅是温度为30℃时提拉力的68.2%。若以30℃的温度为基准，在各种温度条件下，电梯制动器的提拉力损失量如表4 和图3 所示。
图2 提拉力随温度变化趋势图
结合图3 提拉力的损失百分比分析可得出结论，随着制动器线圈温度的上升，制动器的提拉力损失量也随之逐渐增大，进而表明此时电梯制动器的工作工况愈加恶劣。
5 制动器温度过高对电梯运行的影响分析电梯机房的降温措施国家相关标准及规范并未做出强制性规定，据多年的电梯检验经验，大部分电梯机房内并未采取安装空调等降温措施。夏季机房温度在40℃时，电梯制动器表面温度最高可达90℃，然而对于设置在室外的无机房观光电梯，由于井道的封闭性，其通风状况更加恶劣，加之夏季烈日长时间直射。针对该类情形无机房电梯的现场温度测量，制动器表面温度超过90℃的情形也并不鲜见。
图3 提拉力损失百分比
在额定电压工况下，根据电梯曳引机的工作原理、载荷持续率以及周期运转情况，在制动器表面温度达到热稳定性工况时，测量制动线圈的温升状况。其测量方法以GB 755—2008 中第8.6.2 条的电阻法测量和计算[6]。当采用的绝缘等级为B 级时，制动线圈的温升不允许大于80 K；而当采用的绝缘等级为F 级时，制动线圈的温升不允许大于105 K。
当制动器电磁铁的释放电路断路时，电梯须在无任何延迟的情况下可靠停止。其制停响应时间须小于或等于0.5 s，以免致使电梯出现溜车或倒拉等情形。针对部分曳引机制动器兼作轿厢上超保护的制停元件，该响应时间须满足GB 7588—2003 中9.10.1 条的约定。
鉴于制动线圈材质的自有特质，针对广泛采取铜制或者铝制线圈的制动器该线圈的内阻，均随温度的升高而逐步增大，且增大幅度同温度的平方呈现反比例趋势。
制动线圈内阻的增大促使制动器温度升高，而温度的上升又反过来促使内阻的增加，该两因素的相互作用进而导致线圈的温度状况愈加恶劣。
对于部分未配置具有制动器提起监测效能，或释放监测效能的电梯，当电梯处在运送工况时，制动电路由强激电路变换为保持电路，使得其电流值约为强激电路的50% ～ 60%，制动器的提拉力不足以抵消制动弹簧的推力，从而致使制动器闸瓦无法完全释放，进而造成电梯带闸运行情形的发生。
6 结论根据GB/T 10058—2009《电梯技术条件》的规定：机房中的环境温度应保持在5℃～ 40℃之间[7]。机房中存在较多发热部件，譬如能耗电阻箱、控制柜、曳引驱动主机、制动器制动线圈等等，但出于设计原因，部分电梯机房内并未设置空调、排气扇等降温、通风措施。夏季来临时，建议电梯使用单位及维护保养单位应时常关注电梯相关部件的工作状况，及时采取降温措施，以保障在用电梯安全平稳运行。
参考文献[1] TSG T7001—2009 电梯监督检验和定期检验规则- 曳引与强制驱动电梯[S].[2] GB/T 24478—2009 电梯曳引机[S].[3] GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范[S].[4] 王淑红，肖旭亮，熊光煜. 直流恒力电磁铁特性[J]. 机械工程学报，2008(2)：244—247.[5] 钱家骊. 电磁铁吸力公式的讨论[J]. 电工技术，2001(1)：59，60.[6] GB 755—2008 旋转电机定额和性能[S].[7] GB/T 10058-2009 电梯技术条件[S].