CN1011217B - 升降机紧急停车控制装置 - Google Patents

Abstract

在一个紧急停车控制装置中，其特点在于升降机发生任何异常情况时，一个摩擦制动装置被传动，以进行制动并停止机仓运行，一个从升降机驱动马达的旋转轴的角度来看的升降机负载被进行检测，并且当紧急停车，该升降机负载很大时，摩擦制动装置的制动力被减小，以此在升降机惯性动量减小的情况下保证安全。

Description

本发明涉及一种升降机紧急停车控制装置，更具体地说是一种适用于降低升降机***惯性的紧急停车装置。

一般来说，一个升降机***的机械***的结构如图1所示，减速齿轮2和绞缆轮3与驱动电机1连结，而配重块5和升降机仓6通过绕在绞缆轮3上的绳索4悬挂着，为了制动升降机仓6并使它停止，设置了一个摩擦制动装置7，它通常由一个制动线圈7C、一个制动闸瓦7S和一个制动圆筒7D组成。用盘式制动代替部件7S和7D的方式也是大家所熟知的。

在这样的结构中，当机仓6在电机1的驱动下进行运转的过程中，升降机内发生异常情况时，把电机1的驱动力切断，并启动制动装置7，以使升降机仓紧急停车，即，如例所述，当升降机控制装置发生异常时，摩擦制动装置7还可用作机仓6安全停车的保护装置。

因此，在一个升降机中，其所采用的***在正常的减速停车操作中，通过控制摩擦制动装置7的制动力，产生一个制动力矩，以便减轻到位冲击，而在异常情况时，摩擦制动装置7被无条件地启动，因而优先保证了安全。

众所周知，当图1所示的机械***的惯性动量变小时，电机1的负载量和功耗可以减少。

因此，近来人们考虑通过保持一个较小的惯性动量来节省电能。

然而，人们发现，当惯量降低时，又出现了下列问题。如前所述，在升降机的异常情况时，必须通过首先启动摩擦制动装置7，来保证安全。然而，当惯性动量小时，机仓6可突然停车。在这种情况下，减速很大时，乘客将受一个很大的很危险的冲击。因此，人们考虑减弱摩擦制动装置7的制动力。然而，在这种情况下，减速距离都变长了。因此当升降机带着满负载下降中发生异常时，或者带着很少的乘客上升时，升降机在端层不能停车，并产生的向上或向下的冲击，可能造成严重的事故。另外，升降机上的乘客超过一定负载时，要求摩擦制动装置7至少有一个足够的制动力使机仓6保持不动，这一点限制了摩擦制动力的减弱。

因此，减少惯性动量一值是受限制的。

本发明的主要目的是提供一个升降机的紧急停车控制装置，它使升降机在异常情况时，在保证安全的同时，可减少惯性动量。

在装置中，当升降机异常情况发生时，启动摩擦制动装置使升降机紧急停车。本发明主要特征是：对升降机的负载进行检测，该负载是从升降机驱动电机的转轴出发得到的量值，并且根据紧急停车时升降机的负载来控制摩擦制动装置的制动力。

其他目的和特征将在实施方案的以下说明中予以详细描述。

图1是普通升降机机械***的基本结构图;

图2说明了确定升降机摩擦动力矩的一种方法;

图3、4和5是说明图，每一个图说明按照本发明确定摩擦制动力矩的一种方法。

图6和图7（a）7（b）是按照本发明的摩擦制动力矩特性的说明图;

图8是按照本发明的升降机紧急停车控制装置的一个实施方案图;

图9是图8中实施方案的判定电路图;

图10是说明图8和图9的运动过程的时间图;

图11是按照本发明的一种负载探测器的实施方案图;

图12是本发明的升降机紧急停车控制装置的另一实施方案图。

在此，一种摩擦制动装置的制动力（以下简称制动力）和惯性动量之间的关系将首先予以说明。

图2表示升降机仓上升运行时的负载因数和制动运行时升降机仓的减速度α之间的关系。

制动运行时的减速度α由下式计算得

$\mathrm{a\; =\; K\; ·}\frac{T_B{\mathrm{+\; T}}_{\mathrm{LX}}}{J}{\mathrm{(m/a}}^2\mathrm{)\; \dots \dots (1)}$

其中

系数K是由减速齿轮的减速比和绞缆轮的直径（m）决定，

T_B是制动力矩（N·m），

T_LX是负载力矩（N·m）

T_LX＝K（W_LX-W_c）（N·m）

W_LX是升降机仓的负载因数（Kg·f），

J是升降机***的惯性动量。

如前所述，已经给出了在制动运行时使乘客免于受伤的减速度的上限值α_UL和防止在两端层的向上和向下碰撞的减速度的下限值α_DL。因此，升降机仓的减速度需要满足式α_UL≤α≤α_DL，不论仓内的负载因数和运行方向如何。在上升操作时，减速度需要按照由等式（1）得到的在图中用L₁表示的特性曲线来确定。

特性曲线L₁的斜率K₁与联系减速度的下限α_DL和上限α_UL的特性曲线L₀的斜率K₀有如下关系：

K₁≤K₀

进而，在空载N_L时，特性曲线L₁的减速度α_N1满足

α_N1≥α_DL

其中，K和α_N1由下式得到：

$K_1=\frac{{\mathrm{2\; ·K\; ·T}}_{\mathrm{LF}}}{{\mathrm{J\; ·W}}_{\mathrm{LF}}}\mathrm{\dots \dots (2)}$

T_LF是满载时的不平衡转矩（N·m），

T_LO是空载时的不平衡转矩（N·m），

W_LF是满载时的不平衡负载（Kg）。

照此，必须用等式（2）来确定惯性动量J，用等式（3）来确定制动力矩T_B。

从上述关系计算出的惯性动量J通常变得非常大，该惯性动量比从机仓和配重块的重量计算出的一个直线***惯性动量大3-6倍，在超过动能时需要通过例如增大制动圆筒等将该惯性动量施加给电机转轴上的旋转***。

其结果是，用于驱动升降机的力矩变得很大，电机消耗的能量自然也要增加。

下面将解释本发明的基本概念。

图3说明上升运行时的负载因数和减速度之间的关系，与图2相似。

首先阐述一种情况，其中对J₂来讲，转动惯量可以功能地减至最小，J₂对前述的特征曲线L₀有下述关系：

$\frac{J_O}{J_2}{\mathrm{=\; K}}_J\mathrm{\le \; 2}$

假设在特性曲线L₀情况下所需制动力矩T_Bo是一常数，图中的特性曲线L₂在无负载N_L时，减速度为α_N2＝K_J·α_DL并且具有一个斜度：

K₂＝K_J·K_o

图中特性曲线L₂是在上述转动惯量J₂的情况下来建立起来的。该特性曲线基本上在整个区间内超过了上极限值α_UL。

因此，制动力矩需要减弱，以使减速度至少可以等于下极限α_DL。

此时制动力矩T_B3变为：

$T_{\mathrm{B\; 3}}=\frac{a_{\mathrm{M\; 3}}{\mathrm{·J}}_2}{K}{\mathrm{+\; T}}_{\mathrm{LO}}$

其中α_N3≥α_DL

一个产生制动力矩T_B3的特性曲线如图中L₃所示。这里仅仅通过碱弱制动力矩，特性曲线L₃就具有特性曲线L₂的相同斜率，在图中由斜线①表示的部分超过上极限值α_UL。

由此，通过进一步减弱制动力矩，在一个平衡的载荷H_L情况下，减速度值α_H4被确定以便等于或大于下极限值α_DL或者在满载荷F_L情况下，一个制动值α_F4被确定以便等于或小于上极限α_UL。用T_B4表示这种情况下的制动力矩，只要α_H4≥α_DL则下式成立：

$T_{\mathrm{B4}}=\frac{a_{\mathrm{H\; 4}}{\mathrm{·J}}_2}{K}$

（这里T_B3＞T_B4）

还是这种情况，图中由斜线②表示的部分自然变得小于下极限值α_DL。

因此，在上升运行期间，制动力矩对于从无负载点N_L到平衡负载H_L的区域内转换为T_B3（特性曲线L₃）并对于等于和超过平衡负载H_L的区域转换为T_B4，由此可获得一个在图4中由实线表示的特性曲线L_up。在下降运行中，以平衡负载H_L作为分界，负载力矩与上升运行时相反，这样上升运行时的特性曲线L₃和L₄变为相对于平衡负载对称的特性曲线L₃′和L₄′，如图4所示。相应地，制动力矩对于从无负载点N_L到平衡负载H_L的区间转换到T_B4并且对于等于或超过平衡负载H_L的区间转换到T_B3，由此获得图中虚线所示的特性曲线L_DN。

按照以上所述并服从K_J≤2，减速度α可通过在两个或多个阶段转换制动力矩服从式

α_DL≤α≤α_UL

以下将要说明的是关系式J₀/J₂＝K_J＞2成立的一种情况。

在这种情况下，类似于K_J≤2的情况，一个特性曲线所具有的斜率比特性曲线L_o的斜率K_o大K_J倍。对于2＜K_J≤3，制动力矩分为三个或更多的阶段而对于3＜K_J≤4则是四个或更多阶段，并且是根据负载因数进行转换。于是，可产生在上限α_UL和下限α_DL之间的减速度。

作为一个例子，在K_J＝3的情况下的关系由图5所示。

在T_B01，T_B02和T_B03分别设置制动力矩，从而建立了图示的特性曲线L₀₁，L₀₂和L₀₃，它们可以根据负载状况进行转换。

制动的目的不仅仅是将运动着的升降机停住，还能将它的机仓保持在固定位置。通常，将机仓保持在固定位置所需要的力矩至少应具有这样的量值，即完全可以将装载着升降机额定负载的180-200%的机仓保持在固定位置。

设T_BS为固定保持力矩（或称静止保持力矩），当按如前所述的方式设置的制动力矩最大值小于T_BS时，例如当设置的最大值T_B2为T_BS＜T_B2时，制动力矩便进一步形成，从而可以产生出静止保持力矩T_BS。

总之，当在低惯性的斜率是K_J乘以斜率K_o时（该K_o值由减速上限α_UL和减速下限α_DL计算出的），制动力矩至少被设为一个值，该值通过在斜率K_J的整数部份加“1”而获得。进而，当设置的力矩值的最大值小于保持升降机固定所需的力矩时，制动力矩被设置成也包括保持力矩。

以上通过举例的方法解释了本发明的原理，目的是便于理解，参考机仓内的负载因数和与配重重量的关系对负载力矩T_LX的定值过程。然而，以上方法不是限制性的，负载力矩也可以通过直接检测电动机运行时作用于旋转轴上的负载力矩或检测电动机电流值的方法而获得。根据以上检测的负载力矩，制动力矩可以得到良好的控制。

也就是说，本发明的要点在于根据电动机旋转轴上的负载控制制动力矩，即根据升降机的负载控制制动力矩，本发明并不受检测负载的方法所限制。

现在来叙述图4所示的执行力矩转换的情况中本发明的一个实施例。

图6表述了图4的结构所需的制动力矩的量值（两级转换）。在图中，力矩T₂，T₁和T₀有如下的关系：

T₂＞T₁＞T₀＝0

T₂相应于图4中所说明的T_B3，T1相应于T_B4。制动力矩T_o（＝0）相应于升降机的运行操作。

在异常情况下的力矩T₁和T₂的关系如图7（a）和图7（b）所示。正如从图4中可以看出的，在上升操作期间，至少在平衡负载H_L情况下，或在下降期间，至多在平衡负载H_L情况下，应当加入力矩T₁;在上升操作期间，至多在平衡负载H_L下，或在下降操作期间，至少在平衡负载H_L下，需要实加力矩T₂。

图8表示了控制力矩的制动控制电路。通常，制动要求有一个制动弹簧，弹簧力用来设置最大制动力。此时，力矩值是通过电流来确定的，该电流流过制动电磁线圈7C。更确切地讲，当流过线圈7C的电流很大时，抵消制动弹簧力的力矩便产生。

制动控制电路8由以下部份构成：交流电源AC，用来转换交流电流的整流器81，抑制电流流过线圈7C的电阻82-84，触点R₁₀₁和R₂₀₁，它们是后面将要叙述的继电器的触点。

根据以上电路，当触点R₂₀₁打开时，电路断开，以致由于制动弹簧力而产生的力矩T₂。在触点R₂₀₁处于关闭状态下，当电阻82被触点R₁₀₁短路时，制动力矩为T_o＝0，当电阻82接入时，产生力矩T₁。触点的开关由判定电路9控制，该电路接受来自异常检测装置E、运转方向检测装置DE、负载检测装置WD（如该装置根据安装在升降机地板下面的负载检测器60，来确定负载因数）以及零速度检测装置VD的信号，零速度检测装置VD用于根据来自速度检测器10的信号，检测零速度。

现在，参照图9中所示的继电器序列，说明确定电路9的工作。

在图9中，R₁₀表示在正常操作中从启动到停止都处于接通的继电器;R_10T表示相对继电器R₁₀滞后一段时间t_D而断开的继电器，R₂₀表示调整制动力矩的继电器;而当异常检测装置E检测出异常情况时，RE继电器就断开。RE₁表示继电器RE的常开触点;在图8中，R₁₀₂、R₁₀₃和符号R₁₀₁表示继电器R₁₀的常开触点;R₁₀T₁表示时间继电器R10T的常开接点;图8中的符号R20₁表示继电器R20的常开接点。RP₁表示在升降机停车高度位置断开的继电器的常开接点;RHF1是一个继电器的常开接点，当负载检测装置WD的输出不小于平衡负载时，该继电器接通;RNH₁是一个继电器的常开接点，当装置WD的输出不大于平衡负载H_L时，该继电器接通;RUP₁是一个继电器的常开接点，当运转方向检测装值DE指示升高或上升运行时，该继电器接通;RDN₁是一个继电器的常开接点，当零速度检测装置VD指示速度基本为零时，该继电器断开。

图10表示上述实施方案的时序图，其中实线对应于正常情况，而虚线对应于异常情况。

首先，描述正常操作的情况。在图9中，假设由于异常操作，异常检测继电器RE接通，随着它的接点RE₁关闭，通过一个位置信号，停车高度检测继电器接点RP₁也关闭。因此，在启动时， 操作启动按纽SB，继电器R₁₀、R_10T和R₂₀都进入接通（on）状态，并且这些状态都由触点R10₂维持。

这样，在图8的制动控制电路8中，接点R10₁和R20₁关闭，以使制动解除，电动机1开始工作，从而使升降机6开始运行。当到达停车层位置时，停车高度检测继电器接点RP₁打开，并且，因为速度基本为零，通过零速度检测装置VD的输出，零速度检测继电器接点RV₁被打开。因此，由于接点RP₁和接点RV₁的动作，继电器R₁₀和继电器R20₁被断开。电流被图8制动电路中的接点R201切断，并且提供了制动的最大固定力矩T₂。

如图10中（A′）所示，在正常操作过程中，t₀时刻（起始时刻）的制动力矩为T_o（＝0），t₃时刻（停止时刻）的制动力矩为T₂（最大固定值）。

其次，将要说明在出现异常现象时的紧急停车。让我们考虑这样一种情况，即在升降机运行期间的时间t₁（如图10所示）发生了异常情况。在异常情况发生时，异常检测装置E按照图9所示的顺序工作以关断其检测继电器RE。继电器R10由触点RE₁所断开，并且时间继电器R10_T在延迟了时间间隔t_D后关断。此时，制动力矩调整继电器R20在该图中所示的

之间的通道打开的情况下，被触点R10₃所关断。然而，像在正常运转情况下，图8中所示的制动电路8被触点R20₁所切断，并给出最大的设置制动力矩T₂，如在图T10中（B′）所示的那样。在

之间通道的开路状态对应于上升运行时带有至多不超过平衡负载HL或者是对应于下降工作时带有至少平衡负载HL。在这种情况下，同样，在减速状态的紧急情况时，升降机仓可被停止。减速状态由图4中的特性曲线L₃的实线部分和特性曲线L′₃的虚线部分所表示，也就是说，减速状态α是处在α_UL＞α＞α_UL的范围内。

接着，如图9所示，在 之间的通道被关闭的情况下，即使当触点R10₃已断开。调整继电器R20是处在“导通”状态，因为从触点R10T₁到触点RV₁到

这一条路是处在关闭状态。此时，继电器R10如前所述是处于“断开”，同样在制动电路8中，触点R20₁闭合并且触点R10₁断开。这样可使电阻82被接入电路。就是说，施加了一个数值T₁的制动力矩。因此，时间继电器R10T在时间间隔t_D的间隙已断开或者由于制动力矩的施加，速度变为零时，时间继电器R10T的触点R10T₁或者是用于速度检测的触点RV₁断开，因此时间继电器R20断开如图10中的（C）所示。从而，制动电路通过继电器R20的触点R20₁所切断，以致最大设定值T₂被加到制动力矩上。因此，在这种条件下，制动力矩情况如图10（C′）所示。

之间的通道为闭合电路状态对应于至少带有平衡负载HL（触点RHF₁闭合）的上升工作（触点RUP₁闭合），或者对应于至多不超过平衡负载HL（触点RNH₁闭合）的下降工作（触点RDH₁闭合）。升降机仓在减速度状态时停止。减速状态是由特性曲线L4的实线部份和特性曲线L′4的虚线部份所表示并显示在图4中。

由于上述这种结构，即使当惯性低时，紧急停车时的停止振动可以被减缓。相反地，惯性可以被进一步减低。

同时，为安全起见，升降机备有强制减速开关，该开关在最上一层楼和最底层楼的停车高度被超出时用于提供刹车，并且当升降机仍在运行时，终限开关FLS工作以防止向上或向下的撞击。例如，终限开关FLS的触点FLS₁联接到一个电源线（如图9所示）以便将设定的最大力矩加在开关FLS的工作上，由此可预先保证安全。

当负载检测器60误动作时，例如，尽管没有负载，仍可认为负载因数仍为至少是平衡负载，因此，允许上升工作继续进行，制动力矩比所需要的数值要小。

为了达到防止这个缺欠的目的，最好用一个互锁电路或类似的电路来提供一个高可靠性，这样做还可为获得一个双故障保险结构建立一个图11中所示的负载检测部分。

图11表示出了一构成故障保险负载检测装置的实施例，该装置以一种方法使得一个与负载对应的频率被检测，并将其作为一个负载信号。

参考图，61为升降机仓6的地板表面，62为机仓6的外壳，63为橡胶弹簧板，一弹簧或类似弹性材料，该弹性材料***在地板表面61与外壳62之间，并且根据负载而受到限制，64为配接 盘，它被装在地板表面61上，并且根据负载移动，以及有两个处于不同位置的孔H₁和H₂。65是一配接盘，它安装在外壳62上，并且支撑着两个发光二极管P₁和P₂，字母P为频率发生器，该发生器把频率f₁和f₂的脉冲电压分别加到发光二极管P₁和P₂上。另外，符号PR表示一接收器，它分别通过配接盘64的孔H₁和H₂检测发光二极管P₁和P₂的信号，符号fD为频率判定装置，它用来判定接收器PR检测的频率信号频率。

这里，孔H₁的大小使得发光二极管P₁的信号在负载因数从无负载到平衡负载正好通过，而孔H₂的大小使得发光二极管P₂的信号在负载因数不少于平衡负载时正好通过。发光二极管P₁产生通过频率发生器产生的频率f₁的信号，同样发光二极管P₂产生频率f₂的信号（f₁≠f₂）

在上述结构中，频率判定装置fD具有一频率带宽△f，根据检测信号：

f₁-△f＜f₁＜f₁+△f

在图8中它提供了判定电路9及指示负载因数从无负载至多平衡负载的信号，且根据检测信号：

f₂-△f＜f₂＜f₂+△f

它提供了同样的电路及指示至少平衡负载的负载因数。然而，判定电路9像前面所述的那样，根据这些信号控制制动力矩。当频率判定装置fD的信号因为一外部的特殊范围的频率或如例中的发光二极管损坏而消失时，图9中负载信号触点RHN₁和RHF₁断开。同样，在没有服务中断事件信号等情况下，控制装置操作使得触点RHN₁和RHF₁断开，以致本实施例的制动力矩控制能够进行完美地故障保险。

上面提到，在两级中表明控制制动力矩的情况。同样如果增加更多的级，该制动力可根据前面本发明的原理，根据多级数检测负载因数来控制。

其次，图12为制动电路8的另一个实施例，参见图，将解释与图8结构的不同之处。

控制电路8由一磁多谐振荡器85组成，用来根据一频率输入信号f₈，变压器86和一整流电路87控制一个直流电源。

频率信号f₈是从磁性多谐振荡器85提供图4所示的制动力矩的一个频率指令，它根据判定电路9的信号由磁性多重控制电路11发出。

这样，当磁性多谐振荡器85有什么故障或当磁性多重控制电路11继续提供输出或其输出为零时，则没有电流流过制动线圈7C，而制动力矩成为最大值。这就是说，控制装置可成为故障保险的装置。

上文中，已经提到并解释了实施例，然而本发明并非仅限于此。通过举例，在异常停车时的振动可由以下方式变为稳定，即负载因数不断地由采用微分转换器等作为负载检测器60来进行检测，同时用一个微分计算机构成的图12中用虚线所示的信号电路，以此来产生连续控制磁性多谐振荡器的频率信号f₈。在微分计算机的执行程序中，通过采用图11中负载检测部份所说明的频率信号提供了一种更加完善的故障保险结构。另外，上述实施例中，升降机停止后制动力矩被设置在最大值，制动力矩可根据负载给予很好的控制以便升降机仓即使在停车操作的过程中保持稳定。另外，尽管给出了摩擦制动装置为制动圆筒型，然而本装置可用一个盘式制动照类似的方式制成。

根据本发明，在紧急停车的时间摩擦制动力是根据升降机的负载来设定，所以惯性动量可进一步减少，同时通过防止一速度的停车或在异常情况下向上或向下的冲撞来保证安全。由于惯性动量的减少，从而，可以达到预期的节约较多的能量消耗。

Claims (10)

1、升降机紧急停车控制装置，在具有升降机仓、拖动机仓的电动机和制动机仓运行的摩擦制动装置的升降机***中，当升降机有什么异常情况时，起动摩擦制动装置使机仓紧急停车；其特征在于：包括：

检测升降机负载量的装置，

检测机仓运行异常的装置，

检测机仓运转方向的装置，和

控制上述摩擦制动装置的制动力控制装置包括：根据机仓负载量的大小和在上述异常情况检测装置检测出机仓异常时机仓的运转方向，设定多级制动力中的一级的装置，

借此，上述摩擦制动装置由设定的多级制动中的一级起动。

2、如权利要求1所述的升降机紧急停车控制装置，其中所述的制动力控制装置随着升降机负载的增加而减小制动力。

3、如权利要求1所述的紧急停车控制装置，还包括检测机仓速度的装置，上述制动力控制装置在异常情况检测装置检测出机仓运行异常时根据升降机负载量和机仓运转方向设定一个制动力被选的确定值，在速度检测装置检测出机仓速度至少低于预定速度时或在异常情况检测装置检测出机仓运行异常之后经历一预定时间时设定上述摩擦制动装置所具有的最大值。

4、如权利要求1所述的升降机紧急停车控制装置，其中升降机负载检测装置根据机仓重量和升降机运行的方向检测负载的大小。

5、如权利要求1所述的升降机紧急停车控制装置，其中制动力控制装置在升降机出现异常情况后的一个预定时间内或机仓速度降到预定速度时，产生摩擦制动装置所具有的最大制动力。

6、如权利要求5所述的升降机紧急停车控制装置，其中上述摩擦制动装置是根据所加电压而产生制动力的电磁制动装置，上述制动力控制装置根据特殊的情况切断上述电磁制动装置的电源。

7、如权利要求1所述的升降机紧急停车控制装置，当升降机负载检测装置和制动力控制装置出现故障时，产生出上述摩擦制动装置所具有的最大制动力。

8、如权利要求7所述的升降机紧急停车控制装置，其中上述升降机负载检测装置在正常工作时具有输出，在负载检测装置没有输出时，上述制动力控制装置产生上述摩擦制动装置所具有的最大制动力。

9、如权利要求7所述的升降机紧急停车控制装置，其中上述制动力控制装置在正常工作时具有输出，在制动力控制装置没有输出时，上述摩擦制动装置以最大制动力工作。

10、如权利要求9所述的升降机紧急停车控制装置，其中上述制动力控制装置包括一个直流电源（D、C），一个多谐振荡器，根据升降机负载的频率要求，将直流电源转变成交流电源，以及一个变压器，其初级绕组接上述交流电源，上述摩擦制动装置使用上述变压器次级绕组的输出作为电源并根据提供的电压产生制动力。

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