老舊電梯制動(dòng)性能分析

賴愛(ài)民

摘 要：老舊電梯隨著使用年限增長(zhǎng)，制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入老化期，為保障老舊電梯的安全運(yùn)行，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)老式制動(dòng)器的原理的理解，在日常使用中加強(qiáng)檢查、維修、更換制動(dòng)器，保障老舊電梯的安全使用。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)器；電磁線圈；鐵芯；制動(dòng)力矩

中圖分類(lèi)號(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著城市的發(fā)展，高樓大廈逐漸增多，許多電梯開(kāi)始進(jìn)入老化期。筆者近幾年多次參加老舊電梯的安全性能評(píng)估，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)老舊電梯的制動(dòng)性能大部分都有不同程度的下降。

電梯的機(jī)電式制動(dòng)器必須是常閉式制動(dòng)器，制動(dòng)器主要是由以下四個(gè)部分組成：使制動(dòng)器產(chǎn)生制動(dòng)力并且具有導(dǎo)向功能的壓縮彈簧、能夠產(chǎn)生釋放力從而克服壓縮彈簧的壓力的電磁鐵裝置、在制動(dòng)輪上直接施加制動(dòng)力的制動(dòng)閘瓦、傳動(dòng)和調(diào)整裝置。制動(dòng)器在不通電時(shí)，制動(dòng)彈簧產(chǎn)生的壓力通過(guò)制動(dòng)閘瓦作用在制動(dòng)輪上，從而使制動(dòng)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轎廂要運(yùn)行時(shí)，電磁鐵通電，鐵芯吸攏，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)克服彈簧的力將制動(dòng)臂張開(kāi)，使制動(dòng)器與制動(dòng)輪脫開(kāi)，制動(dòng)器釋放。

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的老舊電梯電磁線圈和鐵芯大部分只有一套，從安全性方面考慮存在很大的隱患，電梯在長(zhǎng)時(shí)間使用后，鐵芯部分容易磨損變形，在極端情況下可能出現(xiàn)以下兩種問(wèn)題：

（1）電磁鐵通電后，鐵芯由于卡死無(wú)法頂開(kāi)制動(dòng)轉(zhuǎn)臂，導(dǎo)致制動(dòng)瓦不能張開(kāi)或間隙太小使制動(dòng)瓦與制動(dòng)輪摩擦。

（2）電磁鐵不通電后，鐵芯由于卡死，導(dǎo)致制動(dòng)瓦無(wú)法可靠制停制動(dòng)輪，從而發(fā)生電梯溜車(chē)。之所以會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題，我們首先要熟悉一下《電梯制造與安裝安全規(guī)范》對(duì)于相關(guān)條款的要求。

《電梯制造與安裝安全規(guī)范》分別在1987年、1995年和2003年做過(guò)修改，針對(duì)其12.4.2.1項(xiàng)要求：

第一點(diǎn)：當(dāng)轎廂載有125%額定載荷并以額定速度運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)能使曳引機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于這一要求三個(gè)版本的規(guī)定都是一樣，就是要求制動(dòng)器提供足夠的制動(dòng)力保證電梯可靠制停。

第二點(diǎn)：在上述情況下，轎廂的減速度不應(yīng)超過(guò)安全鉗動(dòng)作或轎廂落在緩沖器上產(chǎn)生的減速度，這點(diǎn)要求主要是為了保證當(dāng)電梯緊急制動(dòng)情況下，保障電梯內(nèi)乘客的安全，防止由于減速度過(guò)大從而可能產(chǎn)生的失重情況。

第三點(diǎn)：所有參與向制動(dòng)輪或盤(pán)施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械部件應(yīng)分組裝設(shè)。如果一組部件不起作用，應(yīng)仍有足夠的制動(dòng)力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。這一點(diǎn)，在1987、1995版中都特別注明此條可暫緩執(zhí)行。因此在老舊電梯中參與向制動(dòng)輪或制動(dòng)盤(pán)施加制動(dòng)力的制動(dòng)器機(jī)械部件大部分都只有一套，從而存在很大的安全隱患，直到2003版中才明確規(guī)定機(jī)械部件必須要有獨(dú)立的兩套。而且在2003版中也明確了機(jī)械部件的界定范圍，電磁線圈的鐵芯應(yīng)視為機(jī)械部件，但電磁線圈不界定為機(jī)械部件。

為了確保電梯在正常運(yùn)行時(shí)能夠可靠制停，因此要求制動(dòng)器要有足夠的制動(dòng)力，并且能夠有一定的冗余度。為了防止由于機(jī)械卡阻等因素而導(dǎo)致制動(dòng)失效，因此要求制動(dòng)器中參與施加制動(dòng)力的機(jī)械部件必須分兩組設(shè)置，萬(wàn)一有任何一組失效，另一組在獨(dú)立動(dòng)作時(shí)都應(yīng)有足夠的制動(dòng)力使裝有額定載荷并且運(yùn)行于額定速度下的轎廂能夠減速下行。如果單針對(duì)電磁鐵來(lái)說(shuō)，機(jī)械部件是指電磁鐵中的鐵芯，但電磁線圈本身則不是機(jī)械部件，也不要求分兩組設(shè)置。這是因?yàn)樵谥苿?dòng)器釋放后，電磁鐵的鐵芯可能由于本身生銹、異物堵塞等原因卡阻，使其帶動(dòng)的制動(dòng)閘瓦無(wú)法壓緊在制動(dòng)輪上。因此為了避免由于制動(dòng)器只設(shè)置了一套鐵芯，但是這套鐵芯卻被卡阻從而導(dǎo)致制動(dòng)器不能正常制動(dòng)，而把鐵芯歸類(lèi)為機(jī)械部件要設(shè)置兩套。但線圈不同，線圈故障的情況無(wú)非是燒毀，線圈燒毀后無(wú)法形成磁場(chǎng)，制動(dòng)器自然處于制動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)造成電梯系統(tǒng)的危險(xiǎn)。

從上面三個(gè)款項(xiàng)可以得知由于前兩個(gè)版本對(duì)于制動(dòng)器機(jī)械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)并沒(méi)強(qiáng)制執(zhí)行而是可以暫緩執(zhí)行，因此大部分電梯公司出于多種原因并沒(méi)有裝設(shè)兩套獨(dú)立的制動(dòng)器機(jī)械部件。而我們?cè)诶吓f電梯安全性能評(píng)估中發(fā)現(xiàn)單線圈、單鐵芯的制動(dòng)器應(yīng)用廣泛，鐵芯在導(dǎo)向套內(nèi)卡阻的危險(xiǎn)確實(shí)存在，而且由于這種原因?qū)е轮苿?dòng)器失電后鐵芯不能復(fù)位，制動(dòng)臂不能抱制動(dòng)輪而發(fā)生的事故在全國(guó)范圍內(nèi)都有報(bào)道。

在正常工作情況下，制動(dòng)器是要等到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)才啟動(dòng)報(bào)閘制動(dòng)，其提供的機(jī)械制動(dòng)力矩是等于電梯靜止?fàn)顟B(tài)下的靜力矩，但在運(yùn)行過(guò)程中如果突然失電，那么制動(dòng)器要使轎廂可靠制停不僅僅要考慮靜力矩而且還要考慮動(dòng)態(tài)力矩。若以125%額定載荷的轎廂在下行至最低端站附近制停，則靜力矩為：

Ms=（+mL） （N·m）

式中：

Q——額定載重量（kg）；

G——轎廂自重（kg）；

W——對(duì)重重量（kg）；

mL——轎廂側(cè)鋼絲繩重量（kg）；

D——曳引輪節(jié)圓直徑（m）；

I——減速器傳動(dòng)比；

——傳動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械效率。

動(dòng)力矩：MD=J·ε= （N·m）

式中：

J——當(dāng)量化到制動(dòng)輪軸上所有運(yùn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·）

ε——角減速度（rad/）；

m——當(dāng)量化到制動(dòng)輪上的全部質(zhì)量（kg）；

n——制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；

t——制停時(shí)間（s）。

制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩為靜力矩與動(dòng)力矩之和，即Mb= Ms+MD。 假設(shè)制動(dòng)器兩邊所提供的制動(dòng)力是相等的話，單邊報(bào)閘制動(dòng)力為：=Mb/2r r——制動(dòng)輪半徑，根據(jù)上式可知，當(dāng)< Mb/2r時(shí)，如果電梯制動(dòng)器只靠單邊閘瓦制動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)力不足的情況，電梯無(wú)法可靠制停。

決定制動(dòng)力的因素為彈簧力、制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪的接觸面積，制動(dòng)閘瓦的摩擦系數(shù)。以下幾個(gè)原因會(huì)導(dǎo)致電梯在正常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)制動(dòng)力不足：

（1）制動(dòng)彈簧壓力不足

當(dāng)制動(dòng)彈簧在外力作用下被壓縮或者拉伸時(shí)，其壓力與壓縮量或伸長(zhǎng)量的關(guān)系為：F=KX（F——外力、X——壓縮或拉伸量、K——彈性系數(shù)）。老舊電梯由于彈簧磨損和彈性變化，使得制動(dòng)彈簧壓緊力變小。當(dāng)制動(dòng)彈簧的壓緊力變小時(shí)，可能導(dǎo)致制動(dòng)力過(guò)小，制動(dòng)輪無(wú)法可靠制停。

（2） 制動(dòng)閘瓦磨損

由于老舊電梯制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦在長(zhǎng)期使用過(guò)程中與制動(dòng)輪摩擦，不管是制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪之間的接觸面積還是制動(dòng)閘瓦本身的摩擦系數(shù)μ都會(huì)變小從而導(dǎo)致制動(dòng)力過(guò)小。

（3）電梯在使用過(guò)程中存在超載現(xiàn)象

老舊電梯轎廂裝修重量超標(biāo)，轎底鋪設(shè)大理石，轎壁用不銹鋼材料，但是這些裝修都沒(méi)得到電梯制造廠商的認(rèn)可從而使得電梯實(shí)際所需的制動(dòng)力大于制動(dòng)器正常情況下所能提供的制動(dòng)力。

老舊電梯安全性能評(píng)估中要檢測(cè)電梯的制動(dòng)性能，可以參照TSG T7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》8.11項(xiàng)下行制動(dòng)試驗(yàn)：轎廂裝載1.25倍額定載重量，以正常運(yùn)行速度下行至行程下部，切斷電動(dòng)機(jī)與制動(dòng)器供電，曳引機(jī)應(yīng)當(dāng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，轎廂應(yīng)當(dāng)完全停止。并且在上述情況下，轎廂的減速度不應(yīng)超過(guò)安全鉗動(dòng)作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度。為了測(cè)量轎廂的減速度可以根據(jù)GB/T 24474-2009《電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量》的要求將電梯運(yùn)行品質(zhì)分析儀放置在轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

查閱GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》9.8.4項(xiàng)安全鉗減速度要求在裝有額定載重量的轎廂自由下落的情況下，漸進(jìn)式安全鉗制動(dòng)時(shí)的平均減速度為0.2-1.0。10.3項(xiàng)要求在裝有額定載重量的轎廂自由落體并以115%額定速度撞擊轎廂緩沖器時(shí)，緩沖器作用期間的平均減速度不應(yīng)大于1。

電梯在進(jìn)行125%額定載重量下行試驗(yàn)時(shí)有可能出現(xiàn)兩種情況：（1）轎廂在較高樓層向下運(yùn)行，制動(dòng)器動(dòng)作，轎廂在撞擊緩沖器之前，制動(dòng)器能夠制停轎廂，因?yàn)檗I廂制停時(shí)至緩沖器的距離足夠長(zhǎng)。（2）轎廂在較低樓層向下運(yùn)行，制動(dòng)器動(dòng)作，不能制停轎廂，轎廂撞擊緩沖器，因?yàn)檗I廂制停時(shí)至緩沖器的距離太短。GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》沒(méi)有要求最小減速度，這說(shuō)明當(dāng)轎廂撞擊緩沖器時(shí)，主機(jī)將可能仍在運(yùn)行。

在進(jìn)行125%額定載重量以額定速度向下運(yùn)行的制停試驗(yàn)，實(shí)際上也是檢查電梯的曳引能力。根據(jù)GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》附錄M曳引力計(jì)算中的M2.1.2緊急制動(dòng)工況要求，空轎廂或裝有額定載荷的轎廂在井道的不同位置的最不利情況進(jìn)行緊急制動(dòng)，減速度在正常情況不應(yīng)小于0.5m/，筆者認(rèn)為，該減速度值可作為125%額定載荷動(dòng)態(tài)減速制停試驗(yàn)的計(jì)算參考值，我們?cè)趯?shí)際檢驗(yàn)中可以把緊急制停減速度值控制在0.5m/-9.8 m/。

為了提高在用老舊電梯的運(yùn)行安全，筆者建議有條件的使用單位可以對(duì)電梯進(jìn)行改造，如暫時(shí)無(wú)法改造，也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)制動(dòng)器的安全檢查及維修。

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[7]GB/T 24474-2009，電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量[S].