紧急制动装置及具有该紧急制动装置的电梯系统的制作方法

本发明涉及电梯领域，具体属于一种电梯紧急制动系统。

背景技术：

在电梯运行过程中，可能会发生电梯轿厢坠落或下行超速的意外，这时通常采用安全钳的手段加以应对，而传统的安全钳一般由限速器触发动作。由于限速器-张紧轮系统存在结构复杂、占用机房空间大和容易产生噪声等问题，因此近年来出现了大量具有电磁作动器的制动装置的技术方案，这类制动装置能够在电信号控制下实现自触发，从而取消限速器-张紧轮系统。

对于这种采用电磁作动器的制动装置，一般地，当电梯正常运行时，电磁作动器的电磁力与弹性元件的作用力相平衡，从而使得制动元件与导轨之间保持适当的间隙；当电梯轿厢出现坠落或下行超速时，电磁作动器的电磁力撤销，在弹性元件的作用下制动元件与导轨接触并产生摩擦力，从而使得轿厢减速制动，当轿厢恢复正常工作状态时，安全钳可以方便地复位。

专利cn101200259a公开了一种制动电梯设备中的电梯轿厢的制动装置，在电梯正常运行时，作动器克服主弹簧的弹力，使得制动元件与导轨脱离接触，其缺点在于主弹簧的弹力一般较大，这必然导致作动器的大型化和成本的增加。

专利cn1701033b公开了一种电梯的紧急停止装置，在电梯正常工作时，电磁铁通电产生电磁力克服弹性元件的推力，将楔保持在适当的位置，而在紧急情况下，电磁铁断电，楔在弹性元件的推动下与导轨接触摩擦制动。这种装置的缺点在于，在制动过程中，制动构件一般需要运动十几甚至几十毫米，因此制动结束后电磁铁两极之间的距离太大，很难利用电磁力进行复位。该专利同时公开了另一种方案，驱动部推动可动部，从而使得接触部压紧导轨，接触部和导轨之间的摩擦力推动楔向上运动而制动，其缺点在于楔的运动不是由驱动部直接驱动，而是通过一套机构驱动，这使得制动装置的响应时间延长、安装空间增加，并且仅能实现单个方向上的制动。

专利cn103998363b公开了一种用于电梯制动器的操作器，其包含蓄力器、保持装置、复位装置以及至少一个连接元件，电梯正常运行时，保持装置使得触发机构保持在特定状态，当满足触发条件时保持装置释放，触发机构在蓄力器的作用下动作使得制动元件压紧导轨制动，当制动结束轿厢恢复正常运行时，复位机构动作使触发机构恢复正常工作状态。这种结构的缺点在该机构具有两个作动器(即保持装置和复位装置)，结构复杂且成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种电梯紧急制动系统，不但可以实现两个方向上的制动，而且采用的作动器数量少且小型化。

为解决上述技术问题，本发明提供的紧急制动装置，包括制动组件和紧急制动装置框架，所述紧急制动装置通过所述紧急制动装置框架安装在移动装置上；

所述制动组件包括作动器、第一组合体、第二组合体、至少一制动件，其中所述第一组合体和第二组合体通过一旋转轴铰接，所述作动器安装在第一组合体和第二组合体的一端，所述制动件位于第一组合体和第二组合体的另一端；

当所述作动器被触发后，作动器从闭合位置变为打开位置，所述紧急制动装置从正常运行状态变为触发状态，制动件与导轨接触产生摩擦力；

在制动件与导轨之间摩擦力的作用下，所述紧急制动装置从触发状态变为制动状态，作动器从打开位置又变为闭合位置，紧急制动装置使移动装置制动。

在上述装置中，所述作动器包括电磁铁、电磁铁安装座、第一支撑杆、弹性体、弹性体座、第二支撑杆，其中所述电磁铁固定在电磁铁安装座上，所述弹性体座固定在第二支撑杆上，所述弹性体的一端与所述弹性体座接触，另一端与所述电磁铁安装座接触，所述第二支撑杆的一端与所述第二组合体的上部固定连接，另一端在弹性体和电磁铁的共同作用下与所述电磁铁接触或分离；所述第一支撑杆的一端与所述电磁铁安装座固定连接，另一端与所述第一组合体的上部固定连接。

在上述装置中，所述制动组件的制动件包括一制动轮和一摩擦件。

其中，所述制动轮安装在一制动轮轴上并可绕所述制动轮轴旋转，所述制动轮的制动面和所述摩擦件分别与导轨的两侧面相对；所述第一组合体和所述第二组合体的下部均为弹性件，其中第一组合体的弹性件与所述制动轮轴固定连接，第二组合体的弹性件与所述摩擦件固定连接。

其中，所述制动轮具有一止动部和五个制动面，其中第一制动面与所述止动部相对，第三制动面和第五制动面分别位于所述止动部的两侧，第一制动面与第三制动面和第五制动面之间分别通过第二制动面和第四制动面连接；所述第三制动面的旋转半径r1和所述第五制动面的旋转半径r2均大于所述第一制动面的旋转半径r0，且所述第二制动面的旋转半径和所述第四制动面的旋转半径分别从r0平滑增加到r1和r2。

其中，所述制动轮具有一止动部和三个制动面，其中第一制动面与所述止动部相对，第二制动面和第三制动面分别位于第一制动面的两侧；所述第二制动面的旋转半径r1和第三制动面的旋转半径r2均大于第一制动面的旋转半径r0，且第一制动面与第二制动面和第三制动面均平滑连接。

进一步的，所述紧急制动装置还包括上部阻挡件和下部阻挡件，所述制动轮的止动部在制动状态时受上部阻挡件或下部阻挡件限制。

在上述装置中，所述第一组合体包括第一弹性件、第一联结件和第一安装座，所述第二组合体包括第二弹性件、第二联结件和第二安装座，其中第一联结件将第一弹性件和第一安装座连接在一起，第二联结件将第二弹性件和第二安装座连接在一起，所述第一弹性件与制动轮轴固定连接，所述第二弹性件与摩擦件固定连接，所述第一联结件和第二联结件通过旋转轴铰接，所述第一安装座与第一支撑杆固定连接，所述第二安装座与第二支撑杆固定连接。

其中，所述第一组合体包括第一安装座和弹性件，所述第二组合体包括第二安装座，其中第一安装座和第二安装座通过旋转轴铰接，所述弹性件固定安装在第一安装座上且摩擦件固定安装在弹性件上，所述第二支撑杆和第一安装座固定连接，所述第一支撑杆和第二安装座固定连接，所述制动轮固定安装在制动轮轴上，所述制动轮轴旋转安装在第二安装座上且一复位弹簧可转动地安装在制动轮轴上，所述复位弹簧的两端卡入一复位弹簧挡块中，所述复位弹簧挡块固定在第二安装座上。

本发明还提供一种电梯系统，包括轿厢、控制单元、速度传感器和/或加速度传感器、如上述任一权利要求所述的紧急制动装置，其中：

速度传感器，用于检测轿厢的速度；

加速度传感器，用于检测轿厢的加速度；

控制单元，根据速度传感器采集的速度信号和/或加速度传感器采集的加速度信号触发紧急制动装置，根据复位指令复位紧急制动装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明结构简单，可以在控制单元的控制下动作从而实现两个方向上的制动；

2)本发明仅采用一个作动器结合控制装置即可实现安全钳的触发和复位；

3)本发明采用小型化的电磁作动器，占用空间小，节省了成本；

4)本发明同时采用速度触发模式和加速度触发模式，避免了电梯在加速或减速过程中发生轿厢失控运行的危险情况，而且响应速度更快更有效。

附图说明

图1是电梯系统的结构示意图；

图2a是紧急制动装置的结构示意图；

图2b是紧急制动装置中制动组件的结构示意图；

图2c是制动轮的结构示意图；

图3是电梯正常运行时紧急制动装置的正视图；

图4是电梯正常运行时紧急制动装置的剖视图；

图5是下行超速触发时紧急制动装置的初始状态正视图；

图6是下行超速触发时紧急制动装置的初始状态剖视图；

图7是下行超速触发时紧急制动装置的中间状态正视图；

图8是下行超速触发时紧急制动装置的中间状态剖视图；

图9是下行超速触发时紧急制动装置的终止状态正视图；

图10是下行超速触发时紧急制动装置的终止状态剖视图；

图11是上行超速触发时紧急制动装置的中间状态正视图；

图12是上行超速触发时紧急制动装置的终止状态正视图；

图13是制动组件的另一种实施例；

图14是制动轮的另一种实施例；

图15是紧急制动系统的控制装置的组成示意图；

图16是上行超速时的速度触发示意图；

图17是上行超速时的加速度触发示意图；

图18是速度触发和加速度触发的效果对比示意图。

其中附图标记说明如下：

1为轿厢；1a、1b为导向件；

2为导轨；

3为紧急制动装置；

10为电梯；

20为运行通道；

30为制动组件；

31为制动轮；31a为旋转中心；31b为第一制动面；31c为第二制动面；31d为第三制动面；31e为第四制动面；31f为第五制动面；31g为止动部；r0为第一制动面的旋转半径；r1为第三制动面的旋转半径；r2为第五制动面的旋转半径；

32为紧急制动装置框架；32a为上部阻挡件；32b为下部阻挡件；

35为制动轮轴；

36a、36b、36c为紧固件；37为复位弹簧；38为复位弹簧挡块；

41为第一组合体；41a为第一弹性件；41b为第一联结件；41c为第一安装座；

42为第二组合体；42a为第二弹性件；42b为第二联结件；42c为第二安装座；

45为旋转轴；46为安装座；47为安装座；48为弹性件；

50a为电磁铁安装座；50b为安装板；50c为第一支撑杆；

51为电磁铁；

52a为第一紧固件；52b为第二紧固件；

61为摩擦件；

62为弹性体座；

63为弹性体；

64为第二支撑杆；

70为作动器；

101为速度传感器；102为加速度传感器；103为传输单元；110为控制单元；

s1为第一间隙；s2为第二间隙；d为第三间隙；vn为额定速度；vtrip为阈值。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明中具有紧急制动系统的电梯10，如图1所示，包括轿厢1、控制单元110、速度传感器101和/或加速度传感器102、紧急制动装置3，在轿厢1的运行通道20内固定设置有t型的导轨2，轿厢1活动设置于导轨2内且能够沿着导轨2上下运行。轿厢1的上部和下部分别设置有导向件1a和1b。

如图2a所示，紧急制动装置3包括制动组件30、紧急制动装置框架32、上部阻挡件32a和下部阻挡件32b，紧急制动装置3通过紧急制动装置框架32安装在移动装置上，该移动装置可以是依靠导轨2导向运行的轿厢1、对重、车辆等装置，在本实施例中以轿厢1为例进行说明。

图2b所示为制动组件30的一种结构示意图，包括作动器70、第一组合体41、第二组合体42、至少一制动件。

其中，作动器70包括电磁铁安装座50a、安装板50b、第一支撑杆50c、电磁铁51、第一紧固件52a和第二紧固件52b、弹性体座62、弹性体63、第二支撑杆64，如图4所示。

第一弹性件41a、第一联结件41b和第一安装座41c三者固定连接形成第一组合体41，第一组合体41可以绕旋转轴45旋转，同时第二弹性件42a、第二联结件42b和第二安装座42c三者固定连接形成第二组合体42，第二组合体42也可以绕旋转轴45旋转。

电磁铁安装座50a、安装板50b以及第一支撑杆50c三者固定地连接，其中第一支撑杆50c与第一安装座41c通过第一紧固件52a固定连接。第二安装座42c与第二支撑杆64通过第二紧固件52b固定连接，弹性体座62与第二支撑杆64连接，弹性体63的一端与弹性体座62接触，另一端与电磁铁安装座50a接触，电磁铁51与电磁铁安装座50a固定地连接(参见图4)。

制动件包括一制动轮31和一摩擦件61，其中制动轮31位于第一组合体41上，摩擦件61位于第二组合体42上,摩擦件61固定地安装在第二弹性件42a上并与导轨2的一个侧面相对，制动轮31的制动面与导轨2的另一个侧面相对。制动轮31安装在制动轮轴35上并可绕制动轮轴35旋转，制动轮轴35通过紧固件36a、36b和36c固定安装在第一弹性件41a上。

图2c所示为制动轮31的一种结构示意图，其中31a为制动轮31的旋转中心，制动轮31包括五个制动面31b～31f和一个止动部31g。第一制动面31b的旋转半径为r0，第三制动面31d的初始旋转半径为r1，第五制动面31f的初始旋转半径为r2，且r1>r0，r2>r0。第一制动面31b与第三制动面31d之间通过第二制动面31c平滑连接，即旋转半径从r0增加到r1的过程中平滑过渡，同时第一制动面31b与第五制动面31f之间通过第四制动面31e平滑连接，即旋转半径从r0增加到r2的过程中平滑过渡。制动轮31的止动部31g为一个凸起。

当电梯10的轿厢1处于正常运行状态时，紧急制动装置处于正常运行状态，电磁铁51与第二支撑杆64接触，并产生相互作用力，此时作动器70处于闭合状态，如图4所示，该作用力克服弹性体63的弹力，使得摩擦件61与导轨2的一个侧面之间保持一定的第一间隙s1，制动轮31与导轨2的另一个侧面之间保持一定的第二间隙s2，如图3所示。

当轿厢10向下运行的速度或加速度超过设定的阈值时，则触发紧急制动装置3制动，紧急制动装置从正常运行状态变为触发状态，如图6所示，电磁铁51失电，在弹性体63的弹力推动下第二支撑杆64与电磁铁51分离。电磁铁51与第二支撑杆64之间存在第三间隙d，作动器70处于打开状态，如图5所示。在作动器70从闭合状态到打开状态的过程中第二组合体42绕旋转轴45逆时针旋转，使得摩擦件61与导轨2的侧面接触；第一组合体41绕旋转轴45顺时针旋转，使得制动轮31与导轨2的另一个侧面接触，如图5所示。弹性体63的弹力使得摩擦件61和制动轮31同时压紧导轨2，由于紧急制动装置3与导轨2之间发生相对运动，制动轮31与导轨2之间的摩擦力使得制动轮31发生旋转。

紧急制动装置在下行超速被触发的中间状态，如图7所示，制动轮31在摩擦力的作用下顺时针旋转，由于制动轮31的第四制动面31e的旋转半径比第一制动面31b的旋转半径大，因此在制动轮31的旋转过程中会推动第一组合体41绕旋转轴45逆时针旋转，直至电磁铁51与第二支撑杆64接触并产生相互作用力，此时作动器70由打开状态转换为闭合状态，在这一过程中，紧急制动装置从触发状态变为中间状态，如图8所示，此时第一组合体41与第二组合体42均无法进一步绕旋转轴45旋转，而制动轮31在摩擦力的作用下将进一步绕制动轮轴35旋转。

图9和图10所示为紧急制动装置在下行超速被触发后的制动状态，从图7状态到图9状态的过程中，制动轮31继续顺时针旋转，在此过程中电磁铁51与第二支撑杆64继续保持接触，第一组合体41和第二组合体42无法进一步绕旋转轴45旋转，由于在旋转过程中制动轮31的第四制动面31e的旋转半径仍在继续增大，使得第一弹性件41a和第二弹性件42a发生弹性变形，第一弹性件41a和第二弹性件42a产生的弹性力使摩擦件61和制动轮31进一步压紧导轨2，从而产生更大的摩擦力。在图9所示状态中，制动轮31的第五制动面31f与导轨2侧面接触，且制动轮31的止动部31g受到下部阻挡件32b的阻挡无法进一步旋转。在这一过程中，第一弹性体41a和第二弹性体42a发生期望的弹性变形。摩擦件61和制动轮31在第一弹性件41a和第二弹性件42a的弹力作用下压紧导轨2并产生制动力，该制动力通过紧急制动装置框架32传递到轿厢1，从而实现对轿厢1的制动减速。

当制动结束需要恢复轿厢1的正常运行状态时，电磁铁51通电，其产生的电磁力克服弹性体63的弹力，此时作动器70仍然保持闭合状态。同时轿厢1反向运行，制动轮31在摩擦力的作用下开始逆时针旋转，从而与导轨2脱离接触，在这一过程中，制动组件30整体绕旋转轴45旋转，摩擦件61也与导轨2分离，紧急制动装置从制动状态恢复到正常运行状态，轿厢1可以进行正常运行。

当轿厢10向上运行的速度或加速度超过设定的阈值时，则触发紧急制动装置3制动，在紧急制动装置被触发的初始时刻，电磁铁51失电，在弹性体63的弹力推动下第二支撑杆64与电磁铁51分离，两者之间形成第三间隙d，此时作动器70处于打开状态。在这一过程中，第二组合体42绕旋转轴45逆时针旋转，使得摩擦件61与导轨2的侧面接触；第一组合体41绕旋转轴45顺时针旋转，使得制动轮31与导轨2的另一个侧面接触，紧急制动装置从正常运行状态转换为触发状态。弹性体63的弹力使得摩擦件61和制动轮31同时压紧导轨2，由于紧急制动装置3与导轨2之间发生相对运动，制动轮31与导轨2之间的摩擦力使得制动轮31发生旋转。

在紧急制动装置上行超速被触发的中间状态，如图11所示，制动轮31在摩擦力的作用下逆时针旋转，由于制动轮31的第二制动面31c的旋转半径比第一制动面31b的旋转半径大，因此在制动轮31的旋转过程中会推动第一组合体41绕旋转轴45逆时针旋转，直至电磁铁51与第二支撑杆64接触，此时作动器70从打开状态转换为闭合状态，紧急制动装置从触发状态变为中间状态，如图8所示，此时第一组合体41与第二组合体42均无法进一步绕旋转轴45旋转，而制动轮31在摩擦力的作用下将进一步绕制动轮轴35旋转。

图12和图10所示为紧急制动装置在上行超速被触发后的制动状态，从图11状态到图12状态的过程中，制动轮31继续逆时针旋转，在此过程中电磁铁51与第二支撑杆64继续保持接触，作动器70保持闭合状态。第一组合体41和第二组合体42无法进一步绕旋转轴45旋转，由于在旋转过程中制动轮31的第二制动面31c的旋转半径仍在继续增大，使得第一弹性件41a和第二弹性件42a发生弹性变形。第一弹性件41a和第二弹性件42a产生的弹性力使摩擦件61和制动轮31进一步压紧导轨2，从而产生更大的摩擦力。在图12所示状态中，制动轮31的第三制动面31d与导轨2侧面接触，且制动轮31的止动部31g受到上部阻挡件32a的阻挡无法进一步旋转。在这一过程中，第一弹性体41a和第二弹性体42a发生期望的弹性变形。此时，制动轮31旋转到位，摩擦件61和制动轮31在第一弹性件41a和第二弹性件42a的弹力作用下压紧导轨2并产生制动力，该制动力通过紧急制动装置框架32传递到轿厢1，从而实现对轿厢1的制动减速。

图13所示为制动组件30的另一种实现方式，安装座46和安装座47可以绕旋转轴45旋转，弹性件48固定地安装在安装座46上。电磁铁安装座50a、安装板50b以及第一支撑杆50c三者固定地连接，其中第一支撑杆50c与安装座47固定连接。安装座46与第二支撑杆64固定连接，弹性体座62与第二支撑杆64连接，弹性体63的一端与弹性体座62接触，另一端与电磁铁安装座50a接触，电磁铁51与电磁铁安装座50a固定地连接。摩擦件61固定地安装在弹性件48上并与导轨2的一个侧面相对，制动轮31的制动面与导轨2的另一个侧面相对。制动轮31固定地安装在制动轮轴35上，制动轮轴35旋转地安装在安装座47上,复位弹簧37可绕制动轮轴35旋转，复位弹簧37的两端卡入复位弹簧挡块38中。当紧急制动装置处于非正常运行状态时，复位弹簧37能产生复位力，该复位力具有使得制动轮31回到正常工作状态的趋势。

图14所示为制动轮31的另一种结构示意图，其中31a为制动轮31的旋转中心，制动轮31包括三个制动面31b、31d和31f和一个止动部31g。制动面31b的旋转半径为r0，制动面31d的旋转半径为r1，制动面31f的旋转半径为r2，且r1>r0，r2>r0。各制动面平滑连接，即旋转半径从r0增加到r1的过程中平滑过渡，制动轮31的止动部31g为一个凸起。

图15所示为紧急制动装置的控制系统组成示意图，速度传感器101用于检测轿厢1的速度，加速度传感器102用于检测轿厢的1的加速度，速度信号和加速度信号通过传输单元103传输到控制单元110，控制单元110判断轿厢1的速度和/或加速度是否超过预先设定的阈值，如果超过阈值则发出控制信号切断电磁铁51的供电，从而触发紧急制动装置。

图16所示为传统上行超速保护装置的速度触发示意图，电梯上行运行过程可以分为：

上行加速，在这一阶段轿厢1的速度从零加速度到电梯额定运行速度vn；

在上行匀速运行阶段轿厢1以额定速度vn运行；

减速阶段轿厢1的运行速度从额定运行速度vn减速到零。

传统的上行超速保护装置采用速度触发，亦即当轿厢1的运行速度超过设定的阈值vtrip时，上行超速保护装置触发动作。这种触发方式的弊端在于当电梯处于加速或减速阶段时，如果轿厢1失控加速上行，则此时电梯已经处于危险状态，但图15所示的速度触发方式不能立即响应，这种危险状态将持续到轿厢1的速度超过vtrip时，上行超速保护装置才能触发。

图17所示为电梯上行时的运行加速度曲线和加速度触发曲线，在轿厢1上行运行的三个阶段(即上行加速阶段、上行匀速运行阶段和上行减速运行阶段)加速度触发值均高于电梯正常运行的加速度值，一旦轿厢1在上行运行中加速度值超过加速度触发曲线则触发紧急制动装置3，对轿厢1进行减速制动。电梯下行超速的情况与前述上行相同，故不再赘述。

图18为加速度触发和速度触发在应对电梯加速度阶段失控的制动效果比较。假设轿厢1在上行加速阶段发生失控，如果采用速度触发，则轿厢1的速度将持续增加到触发速度vtrip，紧急制动装置3才能触发制动，从轿厢1失控到制停发生的位移为图16中三角形0bd的面积。如果采用加速度触发，当轿厢1的加速度超过触发加速曲线时，紧急制动装置3立即制动，在这一过程中轿厢1发生的位移为图18中三角形0ac的面积。显而易见加速度触发制动在这种情形下具有明显的优势，特别地，当触发速度vtrip比较大时，加速度触发的优势尤为明显。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不限于上文讨论的实施方式。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的技术范畴内。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。