直驱电梯安全防坠装置的研究与仿真分析

谈伟荣，沈 浩，张 旺，孙 盟

(兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州 730050)

作者简介：谈伟荣（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向为机械系统动力学， 865446486@qq.com.

摘要：为了保证电梯的安全制动，以直驱电梯安全防坠装置为研究对象，设计了一种安全钳防坠装置，并对安全钳制动可靠性进行了理论分析。最后，利用ADAMS动力学仿真软件对制动过程进行仿真，得到了安全钳的制动速度、加速度和制停距离的变化曲线。结果表明，该防坠装置具有良好的制动性能。

关键词：安全防坠装置；直驱电梯；安全钳；动力学仿真

中图分类号：TU857   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2021)02-0021-04

直线电机驱动电梯（直驱电梯）经过30多年的研究，在垂直提升领域取得了突破性的成果。与传统钢丝绳曳引电梯不同的是，直驱无绳电梯摆脱了钢丝绳的束缚，具有单个井道同时运行多部轿厢、提升高度不受限制等优点^［1］。由于直驱电梯对安全性能有更高的要求，安全制动装置成为亟待解决的难题^［2］，如何解决系统运行中制动、紧急停车、安全等关键性技术问题，直接关系到直驱电梯的推广和应用。

目前，国内外已经成功研制出许多不同结构的安全钳防坠装置^［3-5］，但都应用在曳引式提升电梯，依靠限速器和钢丝绳提拉装置实现安全钳的抱闸。因为直驱电梯结构设计的特殊性，所以这些提拉装置已经不适合用于它的制动。当前，国内学者在直驱电梯安全制动方面的研究成果很少。汪旭东等^［6］设计了一种安全防坠装置，通过安装在电机定子和动子上的齿轮齿条，带动超越离合器，触发钢丝绳提拉安全钳制动，其缺点是摩擦损耗大、制动反应慢、制动可靠性不高；王建生等^［7］设计的摩擦式防坠器，依靠弹簧拉力使制动闸块作用于罐道，但是抓捕误动作较多、动作不够灵敏。因此，设计一款安全可靠的安全防坠装置十分必要。

1 安全防坠装置的设计

1.1 安全防坠装置结构设计

为了提高直驱电梯提升系统的安全性能，除了采用电气制动方式^［8-9］减小设备下坠速度外，还得依靠机械防坠装置才能保证电梯的平稳制停。本文设计的机械式安全钳防坠装置兼有限速和防坠双重功能，结构和传统提升机的安全钳防坠器基本相同，唯一区别是它以储能弹簧为动力源，不需要限速器和钢丝绳提拉装置，其结构简图如图1所示。电梯正常运行时依靠电磁装置产生的作用力压缩储能弹簧4，制动楔块6处于非动状态。当供电系统失电或速度超过预设速度的115%时，电磁装置失电，制动楔块在弹簧力作用下与载客平台相向运动，通过安全钳与导轨抱闸，迫使载客平台减速直至停止，从而保证乘客的人身安全。