电梯限速器提拉力测试方法研究

2022-09-11

一、限速器提拉力测试方法

无论何种测试方法, 都是通过模拟限速器与限速器钢丝绳的摩擦打滑状态, 进而用拉力传感器测量钢丝绳中张力的方法来实现的。根据限速器钢丝绳是否形成闭环负载, 以及限速器钢丝绳的不同滑动速度, 目前使用的限速器提拉力测试方法有:

(1) 不带负载低速测定方法;

(2) 带负载检修速测定方法;

(3) 带负载高速测定方法;

1不带负载低速测定方法

如图1- (a) 所示, 测试的钢丝绳是开环, 钢丝绳不带负载, 提拉钢丝绳速度通常很低, 小于1m/min/s, 例如0.6m/min/s。

2带负载检修速测定方法

如图1- (b) 所示, 测试的钢丝绳是闭环, 带负载G (单位kgf) , 钢丝绳以电梯检修速度v2:30m/min (按照GB7588规定, v2≦37.8m/min) 移动。

3带负载高速测定方法

如图1- (c) 所示, 测试的钢丝绳是闭环, 带负载G (单位kgf) , 重物做自由落体, 带动钢丝绳自由落体向下移动。当加速的速度达到限速器动作速度时, 限速器压紧, 钢丝绳与绳轮打滑, 进而测量出钢丝绳提拉力。

二、限速器提拉力理论数值计算

目前市场上最常用的限速器是通过刹车块将钢丝绳压紧在绳轮上, 使钢丝绳与绳轮、钢丝绳与刹车块的摩擦, 进而使钢丝绳获得一定大小的提拉力。下面针对刹车块、钢丝绳、绳轮组成的摩擦模型进行受力分析, 推导提拉力理论计算公式。

如图2- (a) 所示, 在一定负载G (单位kgf) 作用下, 限速器钢丝绳以一定速度V在绳轮与钢丝绳中间打滑, 钢丝绳与刹车块摩擦系数为u1, 钢丝绳与绳轮摩擦系数为u2。

将受力分析区分为θ1和θ2两段进行。

1θ1区间

取θ1区间的微元dθ进行受力分析, 单位压负荷p=P/θ1。如图2- (b) 所示。

法线方向平衡, 得:

切线方向平衡, 得:

根据库仑定律, 得:

因为dθ是一个无穷小量, dθ近似为0, 因此有:

因此, 式 (1) 可表示为:

联立可得:

将式 (3) 在θ1区间积分, 得:

2θ2区间

如图2- (c) 所示为θ2区间受力分析示意图。在θ角度处任意取一段微元dθ, 其在法向和切向方向受力平衡

微元dθ的受力分析类似于图2- (b) 。法向平衡, 得:

三、限速器提拉力测试方法理论分析

第 (7) 式中, θ1、θ2是结构设计决定的, 压负荷P通常是可以调整的。考虑同一台限速器在相同的调整量P下, 分析由于不同的提拉力测试方法, 产生的测试结果差异。

对同一限速器来说, 参数:压负荷P、θ1、θ2是相同的, 不同的测试方法, 负载、速度不同, 由此导致摩擦系数u1、u2可能不同。

假定以下参数:

(1) 设定G=30kgf。即测试方法二、三的负载, 根据实际限速器安装使用时的张紧重量确定;

(2) 检修速:30m/min;

(3) 高速自由落体时限速器动作速度:175m/min。测试方法三速度是限速器机械动作速度, 限速器额定速度为2.5m/s时, GB7588规定的动作速度下限值为172.5m/min。

不同测试方法, 负载和速度是会引起测试结果不同的变量。其影响因素是:

(1) 载荷G的大小对提拉力结果有直接贡献。提拉力与载荷大小G成线性增加关系;

(2) 提拉速度V会影响摩擦系数大小。由于限速器提拉时, 钢丝绳与刹车块、钢丝绳与绳轮中间是干摩擦。不同限速器厂家, 刹车块、绳轮采用的材质及表面处理工艺不同, 因此摩擦系数随速度变化的趋势也不同。根据参考文献[1], 当刹车块和绳轮均采用铸铁时, 摩擦系数与速度大小之间的关系为:

如图3, 对于铸铁摩擦系统, 摩擦系数有一个峰值点, 在峰值点之前, 速度越大, 摩擦系数越大;峰值点之后, 速度越大, 摩擦系数越小。不同的单位面压下, 摩擦系数取得峰值对应的速度不同, 但均分布在0.2-0.4m/s之间, 即:12m/min-24m/min。超低速和超高速下, 摩擦系数均较低, 而检修速正好分布在峰值点速度附近, 摩擦系数较大。

设定限速器包角θ1、θ2, 并调整压负荷为P=3300N, 在如下设定值G=30kgf, θ1=45°, θ2=135°, 根据限速器摩擦系数u1、u2, 可计算出三种测试方法的提拉力理论结果。同时选择刹车块、绳轮材质为铸铁, 制备一台限速器, 调整压负荷P=3300N, 实际测试验证三种测试方法提拉力数值。如表1所示:

备注:摩擦系数的数值及变化与各个限速器厂家采用的刹车块材料、绳轮材料, 以及配合使用的限速器钢丝绳结构有关。由于限速器摩擦材料选择不同, 导致摩擦系数变化趋势不同, 有可能导致测试结果与表1不同。

四、限速器提拉力测试方法对比分析

1工程实际应用对比

从工程实际应用上看, 限速器应用在年度检修及电梯超速运行的场合, 分别动作在检修速和设定动作速度, 限速器与安全钳连接件形成闭环, 并带有一定重量的重块。而年度检修和电梯超速运行分别对应于测试方法二和超速方法三。即:测试方法二和测试方法三复合工程实际应用。

2操作便利性对比

从操作便利性上看, 测试方法一钢丝绳是开环, 易于更换限速器钢丝绳, 且钢丝绳移动速度低, 便于重复操作。因此测试方法一可以方便布置到限速器装配-测试生产线。测试方法二和测试方法三装置复杂, 换绳操作困难, 操作不便利。

3安全性

从安全性上看, 若限速器出厂时, 使用方法一对限速器提拉力进行标定, 则实际检修及电梯超速运行时, 不同厂家限速器摩擦系数变化趋势不同, 导致实际限速器提拉力有所变化。对于铸铁摩擦系统, 在检修速动作时, 提拉力会增大;电梯超速运行导致限速器动作时, 提拉力相对变小, 但仍高于GB7588要求。因此, 使用方法一对限速器提拉力进行测试标定是安全的。

五、总结

本文介绍了几种常用的限速器提拉力测试方法。并从理论推导出限速器提拉力计算公式。测试方法一由于操作便利, 易于布置到生产线, 可用于限速器出货标定测量。测试方法二和测试方法三由于接近工程实际应用, 在性能评价阶段时, 应做测试, 以便评估工程实际应用效果。

摘要：限速器和安全钳联动系统是电梯安全的重要保证, 也是电梯得以推广应用的基础。限速器提供一定的钢丝绳提拉力, 提拉安全钳, 安全钳楔块夹住导轨, 从而实现电梯断绳及超速保护。当限速器安全钳安装到电梯上后, 工程中很难测量限速器钢丝绳提拉力。因此, 限速器在出厂前, 就应采用合理的测量方式, 对限速器提拉力进行测定, 以保证工程应用时, 限速器可以正常联动安全钳。本文提出了三种出厂前测定限速器提拉力的方法:不带负载低速测定方法、带负载检修速测定方法、带负载高速测定方法。并从工程实际应用符合性、操作便利性、安全性三个角度对比, 从而给出三种提拉力测试方法的应用建议。

关键词：电梯,限速器,提拉力测试方法