摘要：为实现对电梯运行状态的实时监测，增强其故障分析和检验检测工作的针对性，提高电梯运行的安全性，在介绍几种常见电梯制动器结构和电气原理的基础上，列举电梯制动器的常见故障形式，包括控制故障、制动器磨损、弹簧压力不均和电磁线圈铁心故障等。之后提出一种基于信息采集的故障预判系统，利用物联网和数据分析手段，实现对电梯制动器故障的精准预判，更为合理地安排维保周期。最后，从功能性检验和电气系统检验两方面重点阐述电梯制动器检验检测的相关要求及关注重点，并提出相应的制动器安全防护措施，包括提高检验检测质量、强化制动器维修养护等。以期为电梯制动器的运行监管、维修养护和检验检测提供有力的技术支持，确保电梯的安全、可靠运行。
关键词：电梯制动器,结构原理,故障分析,检验检测
0引言
截至2022年末我国在用电梯数量达964.46万台，位居世界首位，彰显出我国城镇化建设迅猛发展的趋势[1]。但与之相伴的是电梯安全事故频发，引起社会广泛关注。制动器是电梯系统中的核心部件，只有制动器动作安全才能确保电梯的正常使用[2]。一旦电梯制动器受故障影响导致其动作出现缺陷，如制动力不足、释放或提起失效等，极易造成冲顶或溜梯等安全事故。因此，针对电梯制动器故障分析及检验检测进行研究，是解决当前电梯安全问题的主要任务。
对于电梯制动器故障分析及检验检测的研究众多，且获得了一定的研究成果。文献[3]结合实例检验案例，对常见的电梯制动器故障保护线路连接方式展开研究，制定电梯制动器故障保护的具体检验方法和现场快排线路缺陷的试验方法。文献[4]针对电梯制动器故障导致的永磁同步电机退磁失效的机理展开研究，并对造成主机异常高温的原因进行分析，进一步提出制动器的维保措施。文献[5]通过对电梯制动器常见失效形式的梳理，提出重视维护细节、提高材料质量、确保电气安全、加强保养等检验要点。但相关研究的关注点多数放在制动器故障类型分析和检验检测方法上，有关制动器故障机理分析和故障预判的研究仍在少数。基于此，本文在阐述电梯制动器结构原理和常见故障类型的基础上，从机械和电气两方面对制动器失效机理展开分析，设计电梯制动器故障预判系统，以此为电梯制动器故障分析和检验检测工作提供必要的技术支撑。
1电梯制动器的结构型式与电气原理
1.1结构型式
(1)盘式制动器
盘式制动器依靠摩擦盘或钳块压紧制动盘而形成互动摩擦副，利用轴向施力产生制动力矩，制动过程存在的制动性能热力衰减相对较小。盘式制动器主要分为全盘式制动器和钳盘式制动器，前者动作行程较短，制动器上闸速度较快，不存在明显的迟滞情况，但其机械结构隐蔽，检修维护难度较大。后者结构简单，具有良好的稳定性，可根据实际需求增加钳体实现冗余制动，适用于高制动性能要求的电梯。并且其机械结构裸露在外部，易于进行检修维护[6-8]。
(2)鼓式制动器
鼓式制动器的摩擦力矩形成方式是通过弧形制动闸压紧制动轮，利用径向施力产生弧面型制动摩擦副。鼓式制动器主要分为直推鼓式制动器和杠杆鼓式制动器。
前者采用电磁直吸开闸，机械结构简单无须增力机构，动作行程较短，可达到0.3~0.6 mm,上闸速度快，迟滞小，且制动过程中制动闸和制动轮之间的接触间隙均匀，但会产生较大的噪声。同时由于无法调整制动弹簧压力，不具备较高的闸皮补偿磨损能力，当出现磨损后制动力会出现急剧下降。后者机械结构复杂，配有开闸增力机构，动作行程较大，在2~3 mm。并且与钳盘式制动器类似，其机械结构除电磁铁心外均裸露在外，易于维修养护[9-11]。
1.2电气原理
图1 电梯制动器电气原理
电梯制动器电磁线圈的放电回路如图1所示，由二极管串联电阻再与电磁线圈并联，其中，R1和R2分别代表降压点和放电电阻，KM、KB、KBQ分别代表运行接触器、制动接触器、强激接触器，D代表二极管，BZ代表电磁线圈。当制动线圈通电时，受二极管反向截止作用的影响电流不同，而当制动线圈断电后，电磁线圈会产生较大的瞬时自感电动势，并且其极性与电源相反，从而和二极管与电阻形成回路，并于电阻上消耗电能[12-14]。断电状态下，制动器电磁线圈两端的放电电压变化如下：
式中：U0为断电前电压；R b为电磁线圈的内阻；e为电动势；t为放电时间；L为电感；τ为时间常数。
由此可见，在L和Rb确定的情况下，断电状态下制动器线圈两端电压的衰减规律和R2相关，R2≫R b时，回路开路，具有较大的反电动势，τ=0,不具有放电作用[15]。而当R2数值为0时，二极管和R2没有串联，反电动势同样为0,t最长。由此需要对R2进行合理选择，从而实现对反电动势和放电时间的合理控制[16]。
同时，在制动器电气回路中还存在强激回路，在保护全压快速启动开闸的基础上，利用较低的电流维持开闸，尽可能减少线圈放热，以提高制动器电气结构的寿命。
2电梯制动器常见故障形式及故障预判系统
2.1常见故障形式
(1)控制故障
电梯制动器控制故障主要表现有线圈触电接触不良、粘连、短时间内通断切换频繁等。若制动器控制长期处在上述不良状况下，重闸刀和制动轮的摩擦加剧，易加重制动器的损伤程度，从而引起制动失效，造成安全事故。
(2)磨损故障
若制动器安装位置出现偏移会导致径向力发生偏移，长期运行下必然会加剧轴的不规则磨损，造成曳引机异响或漏油的情况。同时，也会加剧制动闸瓦和制动轮之间的摩擦，使制动闸瓦发生老化，导致间隙变大，制动力有所降低[17]。
(3)制动器弹簧压力不均
如果电梯制动器内部弹簧存在压力不均的情况，则会导致两侧制动闸瓦受力存在差异，受力较小一方的调节抱闸开关作用将失效。
(4)电磁线圈铁心故障
如果制动器中的电磁线圈出现剩磁，在制动器释放时，线圈磁力会超过断电状态下的弹簧制动力，从而造成铁心不能正常闭合。此外，若线圈铁心表面的污垢较多，同样会影响铁心的正常动作。
2.2故障预判系统
(1)系统结构
考虑电梯自带控制系统具备故障信息采集、电流监测等功能，故此在制动器故障预判系统设计过程中仅采用物联网信息采集模块接收电梯控制系统传递的信息，并将其发送至监测终端进行数据分析即可实现对制动器故障的预判。制动器故障预判系统如图2所示。
(2)数据采集
电梯制动器运行状态可通过其电压／电流信号、时间信号等可检测物理信号进行表征。以制动器电磁线圈铁心故障为例，无论是铁心的磨损老化，还是长期运行中的油泥堆积，均会造成铁心运动摩擦阻力的增加。在运动行程保持一致的条件下，摩擦阻力的增加必然会对铁心的运行时间造成影响[18]。加上电磁线圈长期运行下线圈氧化加剧，导线电阻率增加，线圈内直流恒压电流减小，致使线圈磁力降低，难以完成开闸动作。由此，在制动器电磁线圈故障的监测过程中，主要采集的数据是铁心的运行时间和线圈电流，从而实现对制动器相应故障运行状态的准确判断，避免隐患的堆积。
此故障预判系统还适用于电梯门机的故障预判，通过对门机电流、曳引机启动电流和开关门时间等参数的监测，判断门机是否处在故障运行状态。
3电梯制动器检验检测
3.1功能性检验
电梯制动器功能性检验检测主要面向的是制动器结构和性能的检测，通过对制动器抱闸磨损情况的观察，在存在充分理由表明制动力不足时，依照检规，利用相应的试验方式对制动器制动力是否满足使用条件进行检验。
首先，检验检测过程中对制动器的机械结构进行细致检查，包括但不限于制动闸瓦磨损状况、两侧制动弹簧的压力是否保持一致、制动轮上是否存在明显的污垢、电梯运行时制动器抱闸间隙、电梯启动和停止时刻制动器内部部件的动作情况等[19]。若发现上述任何异常情况应及时通知电梯的使用和维保单位进行处理，情况严重时应停止运行等待维修。例如在检验检测过程中发现制动器两侧抱闸不同步，则可能是由于制动器外部部件存在机械卡组，两侧制动弹簧压力不均等原因造成。此时，应及时检查制动器机械部件，发现是由于人为调正螺母导致的两侧制动弹簧压力不均，如图3所示。则应停电对螺母进行调整，并加强对制动器外观和性能的定期检验。
其次，对电梯制动器的制动性能进行检测。方法一：当电梯运行至中上位置时，对其进行断电，对制动器的制动性能进行检验。如果制动器在断电时快速制动，证明其制动性能良好，若无法快速制动，证明其制动力有所不足，可利用故障预判系统对具体原因进行分析。方法二：于电梯轿厢中放置大于电梯额定荷载1.25倍的砝码，使电梯自上向下运动，当其运行至中下位置时，进行断电，若电梯可正常制动，证明其制动性能良好，反之则证明制动器的制动力不足[20]。此外，当现场检验检测过程中缺少试验用砝码时，可采取不打开抱闸，由单人转动盘车轮的方式对制动器的制动性能进行检验，若可顺利转动则证明制动力有所不足。
3.2电气系统检验
对于电梯制动器故障检验检测而言，还需要对电梯的电气系统进行检测。首先对电梯的实际运行状态进行观察，若存在间歇性故障或彻底失控的情况，则很有可能是电梯的电气系统发生故障。在具体检测过程中，先正常运行电梯，强制抱闸接触器中的任一触点通电，此时电梯正常运行。之后对电气系统进行反向启动，若没有启动信号反应，证明抱闸接触器的线路不存在问题。
若可以正常启动，则证明电梯的电气系统存在故障，需要对具体问题进行细致分析，通过对电气设备的全面检查确定故障位置，尽快消除故障隐患，图4所示为信号端子误接入主控板，导致主控板无法接收到制动器提起或释放的监测信号。同时，针对具有抱闸检测功能的电梯而言，应加强对年检的重视，分别检测两侧制动器的电气开关，从而规避抱闸检测开关的失效隐患。
3.3安全防护措施
(1)提高检验检测质量
在电梯制动器检验检测的过程中，必须严格依照《电梯制造与安装安全规范》TSG T7001—2009中的标准要求对制动器进行全面、细致的检验，一经发现问题应及时上报并处理，尽可能规避安全隐患。同时，针对已经完成检验的电梯，可以由不同的检验机构进行不定期的随机抽查，通过相互的监督来提高检验检测工作的质量。此外，电梯检验机构还可以与电梯生产企业联合举办知识培训，帮助检验人员及时了解有关制动器检验的新理念和新知识，从而进一步提高检验检测工作的水平。
(2)强化制动器维修养护
制动器部件始终是电梯维修养护工作中的重点内容，且对于维修养护人员的专业技术水平要求较高。必须严格根据《电梯维护保养规则》TSG T5002—2017中的相关规定对制动器进行维保，一旦发现故障问题及时进行更新或维修。同时电梯使用和检验单位应对维保单位进行定期的评价，建立末位淘汰制，对维保技术差、质量低的单位予以淘汰，通过对良好竞争氛围的营造，提升日常维保工作的质量，从而确保电梯制动器的安全、可靠运行。
4结束语
电梯制动器是确保电梯装置安全、可靠运行的核心部件，检修人员必须对其原理进行深入的掌握，在全面了解电梯制动器原理的基础上才能更好地开展维修养护及检验检测工作，从而针对具体问题采取适当的防护与强化措施。针对电梯制动器故障检测效果较差的情况，
介绍电梯制动器的结构型式和电气原理，对制动器这一重要部件具有比较全面的认知。通过对电梯制动器常见故障的分析，在信息采集基础上建立制动器故障预判系统，以实现对制动器故障情况的精准判断。最后，结合电梯制动器的功能性检验和电气系统检验，提出电梯制动器安全防护措施，为电梯制动器的维护保养和检验工作提供必要的理论和技术支持，从而延长电梯使用时间，确保电梯安全运行。
参考文献：
[1]冯金奎，于宗营，冯云，等．基于图像处理的电梯制动器监测方法研究[J].中国特种设备安全，2023,39(7):74-78.
[2]韩正方，张彦朝．电梯用鼓式制动器的性能特点、典型故障及其预防措施[J].中国电梯，2023,34(3):27-30.
[3]谈丽娟．电梯制动器故障保护功能的实现和检验[J].特种设备安全技术，2022(1):37-39.
[4]刘磊．电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效分析[J].中国电梯，2023,34(4):65-67.
[5]纪嘉麟．电梯制动器常见失效形式与检验关键点分析[J].中国设备工程，2023(3):158-160.
[6]谢龙枨．基于数字法的电梯机械故障的诊断及优化设计[J].机电工程技术，2023,52(7):129-131.
[7]邓仁秋．电梯制动器的检验及故障形式分析[J].机电技术，2023(3):92-94.
[8]陈健，毛峰．一则电梯制动器带闸运行事故原因分析[J].特种设备安全技术，2023(3):26-27.
[9]林辰，吕正，张顺，等．电梯制动器无载检验方法分析以及仪器设计思路[J].中国设备工程，2023(9):155-157.
[10]邓林，吴晓军．电梯制动器温度与制动力的影响因素分析[J].起重运输机械，2020(9):51-54.
[11]周前飞，庆光蔚．基于双光监测的智慧电梯异常事件与故障预警技术研究[J].起重运输机械，2023(5):73-78.
[12]韩英武，郑奎胜．电梯制动器的结构原理及失效分析和检验检测[J].中国特种设备安全，2022,38(12):67-71.
[13]刘艳想，杨翠，刘云香．基于振动分析的电梯状态监测技术探究[J].自动化应用，2022(11):155-157.
[14]郑信勇．电梯制动性能无载荷检测技术的探讨[J].机电工程技术，2022,51(7):240-243.
[15]施宝海．制动器故障保护功能和封星电路的检验方法[J].中国高新科技，2022(13):68-70.
[16]陈永阳．电梯鼓式制动器失效分析及对策建议[J].市场监管与质量技术研究，2022(3):10-12.
[17]冯双昌．基于图像识别的电梯制动轮与闸瓦间隙检测方法研究[J].机械，2022,49(4):51-56.
[18]冯双昌．电梯块式制动器制动闸瓦间隙检测技术研究[J].机电信息，2022(6):79-81.
[19]姜宇迪，胡晖，殷跃红．基于无监督迁移学习的电梯制动器剩余寿命预测[J].上海交通大学学报，2021,55(11):1408
[20]朱俊光．电梯制动器常见失效形式与检验关键点分析[J].电子元器件与信息技术，2021,5(9):145-146.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/78137.html
