摘要：制动器是保证电梯的安全运行重要安全部件，对某抱闸式电梯制动器进行了有限元分析，计算了制动时闸瓦与制动轮间的受力以及摩擦生热的热机藕合过程。计算获得的闸瓦最大等效Mises应力为9.55 MPa，最大温升为8.2℃，均发生于闸瓦最先接触制动轮的边缘位置。为闸瓦的受力变形及温升性能测试提供了一种新方法。

    0 引言
    制动器是保证电梯安全运行的重要安全部件，其质量好坏直接影响电梯安全性能。在日常使用电梯过程中，有时会发生电梯溜车的突发情况，而造成溜车的主要原因则是因为电梯制动器的制动力不足或者存在附加的松闸的力。制动器一旦发生故障，电梯将存在严重安全隐患而无法正常运行。
    目前较常用的电梯制动器为抱闸式，通过将闸瓦压紧于制动轮上实现制动目的。闸瓦在此过程中受较大摩擦力作用，闸瓦与制动轮的接触面积以及闸瓦的摩擦系数将决定制动力的大小。然而，在运行过程中闸瓦的受力并不是均匀的，且由于摩擦力作用闸瓦将存在温升，在这种工况下，闸瓦接触面积、摩擦系数均有可能发生变化，进而影响制动力大小。传统检测方法中，难以对运行过程以及极端刹车过程下闸瓦的热力响应进行监测，因此，本文采用数值模拟方法对电梯刹车热机藕合过程进行分析，以获取极端加载中闸瓦的响应行为。

    1 计算模型及参数
    1.1电梯制动过程载荷
    电梯在制动过程中，制动轮与闸瓦之间的摩擦阻力将抵消电梯所有运动部件及载荷的J盼性能量。如果制动力矩过小，则有可能造成电梯无法有效制停，从而造成冲顶、蹲底等危险情况，制动力矩过小将使制停距离过长，从而造成制动轮与制动闸瓦长时间摩擦，如产生烧蚀则危害具大。根据GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中12.4.2.1对电梯制动器制动力及最大减速度的要求，在125％额定载荷下运行时制动所需的最大允许力矩Mmax为：

    其中k为电梯平衡系数，口为电梯额定载荷，Gn为重力加速度，R为曳引轮半径，n1为曳引轮转速，nz为制动轮转速，Qx为电梯空载时轿厢及运动部件总质量，a为轿厢的减速度，η及712分别为曳引机及井道系统的机械效率，Jx为电梯上其他转动惯量之和。

    1.2数值计算模型
    从数值计算角度而言，制动过程是一个非常复杂的具有多物理场祸合作用的过程，需要综合考虑接触与摩擦、热机藕合等过程。为了合理计算制动过程闸瓦应力及温度分布，本文采用了以下假设：（1）制动过程为匀减速过程；（2）制动轮与闸瓦之间的摩擦系数恒定不变；（3）制动力矩均匀施加在闸瓦背部；（4）制动初始温度为室温；（5）材料弹性变形。
    对于制动轮与闸瓦间的接触和摩擦计算本文采用修正的库仑摩擦模型：

    其中σfr为摩擦应力，μ为摩擦系数，σn为接触点法向应力，t为相对滑动速度方向上的切向单位矢量，vr为相对滑动速度，vcrit为发生滑动时接触体之间的临界相对速度。
    摩擦生热基于下式：

    其中q为热流密度，ffr为摩擦力，Meq为热功换算系数。
    1.3算例设置
    假设某电梯的额定载荷Q=1 000 kg;电梯平衡系数k=0.45；曳引轮半径R=0.3 m；曳引轮转速n1=2 m/s ;假设制动轮与曳引轮等半径，转速相等，即nz=2 m/s、；电梯空载时轿厢及运动部件总质量QX=300 kg;对于轿厢的减速度a，本文选取标准规定的极限情况，即减速度a取为重力加速度；η1及712分别取0.85和0.80；其他转动惯量项因为对计算结果影响不大，可以忽略；由式（1）计算获得的最大允许力矩Mmax=545 N·m。

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