乘客电梯块式制动器制动力矩仿真分析

块式制动器是乘客电梯重要的安全部件之一，制动力矩是其主要性能指标。本文主要探究制动载荷大小、制动载荷偏载情况和闸瓦包角等因素对制动力矩的影响。分别建立了闸瓦包角为11.0˚、13.0˚、15.0˚、17.0˚的块式制动器模型，导入ABAQUS软件中，基于热–应力耦合分析方法，得到制动力矩与制动载荷的对应关系，以及温度云图和应力云图，并通过台架制动力矩试验验证仿真方法的准确性。结果表明，随着制动载荷增加，制动力矩、接触应力和温度不断增加；在较高制动载荷工况下，存在制动力矩因摩擦面温升而减小的现象；当制动器发生偏载时，制动力矩随偏载度增大而减小，并且周向偏载对制动力矩的影响大于侧向偏载。较低制动载荷工况下，闸瓦包角对制动力矩无显著影响；较高制动载荷工况下，制动力矩随着闸瓦包角的增加而增加。研究结果可为制动器闸瓦的安装与设计提供参考依据。

块式制动器因其具有结构紧凑、动作迅速和可靠性高的优点，广泛用于乘客电梯曳引系统，是保障乘客电梯安全运行和应对突发情况的关键设备。随着乘客电梯的长期工作使用，闸瓦磨损、弹簧调整不当等原因导致块式制动器的制动性能不能满足设计指标，严重时甚至引发安全事故[1]。反应块式制动器制动性能的主要指标是其在制动过程中下能产生的制动力矩。GB_T 24478-2009《电梯曳引机》对制动力矩做出要求，单个制动器工作情况下，制动力矩应至少为曳引机额定转矩折算到制动轮上的力矩的2.5倍。因此，探究块式制动器制动力矩的影响因素对保障乘客生命安全具有重要意义。

目前，国内外研究者对于各类制动装置制动过程进行了深入研究。高飞等[2]运用有限元方法分析紧急制动过程其摩擦副解构与制动盘表面温升的关系。Nandhakumar S 等[3]对鼓式制动器材料性能进行研究，分析其制动状态下应力和温升的关系。孙继宇等[4]考虑了不同道路工况条件下，不同制动模式对鼓式制动器最高温度的影响，得到热衰退的临界温度点。赵子衡等[5]在仿真分析过程中，采用完全耦合法依据制动面磨损行为修正热–应力计算结果，得到鼓式制动器温度、接触应力和磨损率变化规律。毕世英等[6]使用有限元分析方法，对汽车制动器进行了热分析，将得出的温度场结果附加到模型之中，分析发现，制动鼓摩擦副温度过高是导致制动失效的主要原因。张森等[7]综合运用紧耦合和松耦合算法，实现了多物理场的完全耦合运算，实现节点瞬态温度数值计算值与试验值的良好匹配。Ivan Kernytskyy 等[8]在制动器摩擦副对流换热分析中加入流动条件和边界热层， 对具有新边界条件的换热过程进行了解析， 探究了制动过程中热流密度的大小和金属摩擦元件表面体积温度之间的关系。杨周等[9]为了解决盘式制动器由于摩擦温度过高而导致可靠性降低的问题，以某种汽车的通风盘式制动器为例，进行了热–机耦合渐变可靠性灵敏度分析。结果表明：制动盘单侧厚度对可靠性影响最高，制动盘材料的热力学性质次之。吴刚等[10]考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响，运用ANSYS Workbench 模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热–机耦合特性，探究制动盘不同维度下温度场与应力场分布规