電梯制動(dòng)器機(jī)械裝置提起(或釋放)驗(yàn)證的研究*

衛(wèi)小兵，陳劍鋒，王敏星，王力峰，李寒冰

(河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州450004)

0 引言

近年來(lái)，電梯因制動(dòng)器機(jī)械裝置不能正確提起(即帶閘運(yùn)行)和釋放等故障引起制動(dòng)力不足造成的剪切、擠壓、墜落等傷害事故頻發(fā)[1-8]，給電梯安全運(yùn)行帶來(lái)了巨大威脅，造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。目前，永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)在國(guó)內(nèi)大量使用，電梯制造商為降低生產(chǎn)成本多采用工作制動(dòng)器作為上行超速保護(hù)的減速元件和轎廂意外移動(dòng)的制停部件[9-10]，造成制動(dòng)器既承擔(dān)電梯轎廂停止的工作部件，又承擔(dān)安全保護(hù)的制動(dòng)裝置。由于制動(dòng)器動(dòng)作頻繁，為確保制動(dòng)工作穩(wěn)定和可靠，應(yīng)對(duì)其機(jī)械裝置的正確提起(或釋放)進(jìn)行驗(yàn)證。《電梯制造與安裝安全規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單(GB 7588-2003/XG1-2015)第9.11.3條中規(guī)定了對(duì)制動(dòng)器機(jī)械裝置正確提起(或釋放)的驗(yàn)證，要求如果檢測(cè)到失效，應(yīng)關(guān)閉轎門(mén)和層門(mén)，并防止電梯的正常啟動(dòng)，但對(duì)如何實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證沒(méi)有具體規(guī)定。

目前，對(duì)制動(dòng)器機(jī)械裝置正確提起(或釋放)的驗(yàn)證一般通過(guò)制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號(hào)[11-12]傳輸?shù)诫娞葜骺匕迳媳O(jiān)控實(shí)現(xiàn)[13-14]。然而，由于部分電梯制造單位對(duì)檢測(cè)開(kāi)關(guān)接線設(shè)計(jì)或安裝維保人員檢測(cè)開(kāi)關(guān)接線方法錯(cuò)誤，導(dǎo)致檢測(cè)開(kāi)關(guān)起不到應(yīng)有的作用，不能檢測(cè)到制動(dòng)器機(jī)械裝置的工作異常，因制動(dòng)器失效和制動(dòng)器制動(dòng)力矩不足引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生[15-16]。現(xiàn)有的研究較多關(guān)注理論方法，對(duì)工程技術(shù)研究較少；關(guān)注檢測(cè)開(kāi)關(guān)本身原因較多，根據(jù)制動(dòng)器型式選擇檢測(cè)開(kāi)關(guān)的接線方式的研究較少，對(duì)于正確設(shè)置制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)作用較小。為確保電梯制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)能檢測(cè)到電梯制動(dòng)器機(jī)械裝置的工作異常，本文結(jié)合電梯制動(dòng)器的型式和檢測(cè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作原理，對(duì)各種檢測(cè)開(kāi)關(guān)接線方式進(jìn)行分析，針對(duì)制動(dòng)器的型式提出合理的檢測(cè)開(kāi)關(guān)接線方式，旨在將因制動(dòng)器機(jī)械裝置提起(或釋放)的異常造成的危險(xiǎn)情況消除在初始狀態(tài)。

1 制動(dòng)器型式及機(jī)械裝置的提起(或釋放)距離

電梯采用常閉式制動(dòng)器，即制動(dòng)線圈失電時(shí)，在機(jī)械力(即制動(dòng)彈簧)的作用下制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)與制動(dòng)輪(制動(dòng)盤(pán))摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力矩，電梯停止運(yùn)行，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于釋放狀態(tài)；制動(dòng)線圈通電時(shí)，在電磁力(即制動(dòng)電磁鐵)的作用下克服機(jī)械力使制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)離開(kāi)制動(dòng)輪(制動(dòng)盤(pán))，其間隙在不發(fā)生摩擦的情況下越小越好[17]，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于提起狀態(tài)，電梯運(yùn)行，因此又稱電磁制動(dòng)器。

目前我國(guó)電梯上的制動(dòng)器主要有塊式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器2種形式。

1.1 塊式制動(dòng)器

塊式制動(dòng)器分為板式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器2大類。

1.1.1 板式制動(dòng)器

1)外板式制動(dòng)器通電原理如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)制動(dòng)器線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵芯在制動(dòng)器線圈形成的電磁力作用下帶動(dòng)制動(dòng)片(即制動(dòng)閘瓦)，克服制動(dòng)彈簧壓力，離開(kāi)制動(dòng)輪向外平移距離a，制動(dòng)片脫離制動(dòng)輪，曳引輪運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于提起狀態(tài)；當(dāng)制動(dòng)線圈失電時(shí)，靜鐵芯內(nèi)的制動(dòng)彈簧直接推動(dòng)動(dòng)鐵芯，帶動(dòng)制動(dòng)片壓在制動(dòng)輪面上，形成制動(dòng)力矩，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于釋放狀態(tài)。目前使用的板式制動(dòng)器動(dòng)鐵芯移動(dòng)距離a一般情況下小于1 mm。

圖1 外板式制動(dòng)器通電原理Fig.1 Schematic diagram of plate brake electrification

2)內(nèi)板式制動(dòng)器的工作原理與外板式制動(dòng)器基本相同，二者區(qū)分在于制動(dòng)器動(dòng)輪的工作面分別為外輪面和內(nèi)輪面，內(nèi)板式制動(dòng)器在提起狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)片離開(kāi)制動(dòng)輪向內(nèi)平移。目前，使用內(nèi)板式制動(dòng)器線圈通電時(shí)向內(nèi)平移距離(即動(dòng)鐵芯的位移距離)與板式制動(dòng)器基本一致，一般情況下小于1 mm。

1.1.2 鼓式制動(dòng)器

鼓式制動(dòng)器是目前使用最廣泛的制動(dòng)器，通電原理見(jiàn)圖2。從圖2可知，當(dāng)制動(dòng)線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵芯在制動(dòng)器線圈形成的電磁力作用下，推動(dòng)制動(dòng)臂帶動(dòng)制動(dòng)片，沿偏心軸通過(guò)杠桿作用克服制動(dòng)彈簧的壓力，離開(kāi)制動(dòng)輪，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于提起狀態(tài)。如制動(dòng)器動(dòng)鐵芯使制動(dòng)臂帶動(dòng)制動(dòng)片完全離開(kāi)制動(dòng)輪距離a的長(zhǎng)度，制動(dòng)器鐵芯的移動(dòng)距離要達(dá)到b的長(zhǎng)度，b遠(yuǎn)大于a；當(dāng)制動(dòng)線圈失電時(shí)，在制動(dòng)彈簧的壓力下，通過(guò)制動(dòng)臂帶動(dòng)制動(dòng)片將制動(dòng)輪抱緊，保證了電梯處于不工作的靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于釋放狀態(tài)。目前在用鼓式制動(dòng)器的電梯動(dòng)鐵芯的位移距離多在2～6 mm之間。

圖2 鼓式制動(dòng)器通電原理Fig.2 Schematic diagram of drum brake electrification

1.2 盤(pán)式制動(dòng)器

盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理與板式制動(dòng)器基本相同，其通電原理如圖3所示，當(dāng)制動(dòng)器線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵芯在制動(dòng)器線圈形成的電磁力作用下帶動(dòng)制動(dòng)片(即制動(dòng)鉗)，克服制動(dòng)彈簧壓力，離開(kāi)制動(dòng)盤(pán)向外平移距離a，制動(dòng)片脫離制動(dòng)盤(pán)，曳引輪運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于提起狀態(tài)；當(dāng)制動(dòng)線圈失電時(shí)，靜鐵芯內(nèi)的制動(dòng)彈簧直接推動(dòng)動(dòng)鐵芯帶動(dòng)制動(dòng)片壓在制動(dòng)盤(pán)面上，形成制動(dòng)力矩，此時(shí)制動(dòng)器的機(jī)械裝置處于釋放狀態(tài)。目前使用的盤(pán)式制動(dòng)器距離a一般情況下小于1 mm。

圖3 盤(pán)式制動(dòng)器通電原理Fig.3 Schematic diagram of disc brake electrification

通過(guò)對(duì)塊式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器動(dòng)鐵芯推動(dòng)機(jī)械裝置提起(或釋放)分析，把制動(dòng)片在動(dòng)鐵芯的作用下水平移動(dòng)的板式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器稱為直壓式制動(dòng)器；把制動(dòng)片在動(dòng)鐵芯的作用下沿偏心軸的中心做杠桿運(yùn)動(dòng)的鼓式制動(dòng)器稱為杠桿式鼓式制動(dòng)器。

2 制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)監(jiān)控原理

1)制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起(或釋放)是靠制動(dòng)器的動(dòng)鐵芯位移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)動(dòng)鐵芯位移進(jìn)行驗(yàn)證，就會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器機(jī)械裝置提起(或釋放)的驗(yàn)證。在通電或失電情況下，直壓式制動(dòng)器動(dòng)鐵芯的移動(dòng)距離較小，一般情況下都小于1 mm；杠桿式鼓式制動(dòng)器動(dòng)鐵芯的移動(dòng)距離較大，大都在2～6 mm之間。

2)制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)一般使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)，電梯檢測(cè)開(kāi)關(guān)的通斷瞬間距離遠(yuǎn)小于1 mm。直壓式制動(dòng)器動(dòng)鐵芯移動(dòng)距離較小，與微動(dòng)開(kāi)關(guān)特性相符，故可采用只有1個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)機(jī)械裝置的提起(或釋放)進(jìn)行驗(yàn)證。杠桿式鼓式制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起(或釋放)移動(dòng)距離在2～6 mm之間，遠(yuǎn)大于1 mm，如果檢測(cè)開(kāi)關(guān)在制動(dòng)器機(jī)械裝置完全提起時(shí)動(dòng)作，檢測(cè)開(kāi)關(guān)無(wú)法正確監(jiān)測(cè)制動(dòng)器機(jī)械裝置是否完全釋放；如果檢測(cè)開(kāi)關(guān)在制動(dòng)器機(jī)械裝置完全釋放時(shí)動(dòng)作，檢測(cè)開(kāi)關(guān)無(wú)法正確監(jiān)測(cè)制動(dòng)器機(jī)械裝置是否完全提起，因此，需要用同時(shí)具備2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

3)《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(GB 7588-2003)第12.4.2.1項(xiàng)和《電梯曳引機(jī)》(GB/T 24478-2009)第4.2.2.2項(xiàng)規(guī)定，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)械部件分2組裝設(shè)，因此每1組機(jī)械部件都應(yīng)有檢測(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行驗(yàn)證。

4)制動(dòng)器上檢測(cè)開(kāi)關(guān)的作用是利用制動(dòng)器線圈通電或失電時(shí)制動(dòng)器鐵芯產(chǎn)生的位移觸動(dòng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)的通斷，通過(guò)正確的檢測(cè)開(kāi)關(guān)接線方式反映到主板上，從而判斷制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)的打開(kāi)或閉合。其動(dòng)作原理如圖4～5所示。

圖4 電梯運(yùn)行時(shí)制動(dòng)器上檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理Fig.4 Schematic diagram of detecting switch action on brake during elevator operation

圖5 電梯停止時(shí)制動(dòng)器上檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理Fig.5 Schematic diagram of detecting switch action on brake when elevator stops

3 制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)的接線方式分析

3.1 1個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)

1)制動(dòng)器上2個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)(制動(dòng)器機(jī)械裝置每組1個(gè))為常開(kāi)并聯(lián)或常閉串聯(lián)，見(jiàn)圖6 。從圖中可以看出，當(dāng)制動(dòng)器通電，機(jī)械裝置提起后，如果出現(xiàn)1組制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)沒(méi)有提起或沒(méi)有正確提起，會(huì)造成1個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)作(常開(kāi)并聯(lián)為沒(méi)有閉合，常閉串聯(lián)為沒(méi)有打開(kāi))，但主控制板上的監(jiān)控點(diǎn)已發(fā)生變化，故不能檢測(cè)其中1組機(jī)械裝置沒(méi)有提起引起的帶閘運(yùn)行。

圖6 檢測(cè)開(kāi)關(guān)為常開(kāi)并聯(lián)和常閉串聯(lián)Fig.6 Normally open in parallel and normally closed in series of detection switch

2)制動(dòng)器上2個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)(制動(dòng)器機(jī)械裝置每組1個(gè))為常閉并聯(lián)或常開(kāi)串聯(lián)，見(jiàn)圖7。從圖中可以看出，當(dāng)制動(dòng)器失電機(jī)械裝置釋放后，如果出現(xiàn)1組制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)沒(méi)有正確閉合時(shí)，會(huì)造成1個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)作(常閉并聯(lián)為沒(méi)有閉合，常開(kāi)串聯(lián)為沒(méi)有打開(kāi))，但主控制板上的監(jiān)控點(diǎn)已發(fā)生變化，故不能檢測(cè)其中1組機(jī)械裝置沒(méi)有釋放引起制動(dòng)力不足，而程序卻認(rèn)為電梯處于正常狀態(tài)，使電梯的再次運(yùn)行安全無(wú)法得到保證。

圖7 檢測(cè)開(kāi)關(guān)為常閉并聯(lián)和常開(kāi)串聯(lián)Fig.7 Normally closed in parallel and normally open in series of detection switch

3)電梯控制系統(tǒng)上有2個(gè)檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)的，制動(dòng)器上2個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)(制動(dòng)器機(jī)械裝置每組1個(gè))無(wú)論常開(kāi)還是常閉，都可以對(duì)制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起(或釋放)進(jìn)行監(jiān)控，見(jiàn)圖8。

圖8 主控制板上2個(gè)檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)Fig.8 Two detection signal points on the main control board

通過(guò)上面對(duì)接線方法進(jìn)行分析可以看出，圖6無(wú)法檢測(cè)到制動(dòng)器帶閘運(yùn)行，圖7無(wú)法檢測(cè)到電梯只有1組制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)制動(dòng)的情況，只有圖8能同時(shí)對(duì)制動(dòng)器帶閘運(yùn)行和電梯出現(xiàn)1組或2組制動(dòng)閘瓦(制動(dòng)鉗)沒(méi)有制動(dòng)的情況進(jìn)行監(jiān)控，但這種接線方式只能用于制動(dòng)器鐵芯移動(dòng)距離小于1 mm的直壓式制動(dòng)器，而不適用于杠桿式鼓式制動(dòng)器。

3.2 2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)

對(duì)杠桿式鼓式制動(dòng)器必須用具備2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)控制系統(tǒng)上檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)的不同，分別設(shè)計(jì)了2種接線方法，主控制板上有2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的接線方法如圖9所示，主控制板上有1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的接線方法如圖10所示。

圖9 2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)和2個(gè)信號(hào)點(diǎn)Fig.9 Two on-off state detection switches and two signal points

圖10 2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)和1個(gè)信號(hào)點(diǎn)Fig.10 Two on-off state detection switches and one signal points

3.2.1 控制系統(tǒng)上2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)

BSR1和BSL1為制動(dòng)器閉合時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)狀態(tài)時(shí)應(yīng)并聯(lián)，常閉狀態(tài)時(shí)應(yīng)串聯(lián)；BSR2和BSL2為制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常閉狀態(tài)時(shí)應(yīng)并聯(lián)，常開(kāi)狀態(tài)時(shí)應(yīng)串聯(lián)。

1)由于常開(kāi)并聯(lián)或常閉串聯(lián)檢測(cè)的是制動(dòng)器機(jī)械裝置的釋放，在電梯停止時(shí)，如果出現(xiàn)1組制動(dòng)器的機(jī)械裝置沒(méi)有正確閉合時(shí)，會(huì)造成1個(gè)常開(kāi)并聯(lián)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有打開(kāi)(或常閉串聯(lián)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有閉合)，電梯在停止時(shí)程序可判斷檢測(cè)信號(hào)不正確，電梯處于故障狀態(tài)，不能再次運(yùn)行。

2)由于常閉并聯(lián)或常開(kāi)串聯(lián)檢測(cè)的是制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起，在電梯啟動(dòng)后，如果出現(xiàn)1組制動(dòng)的機(jī)械裝置沒(méi)有正確打開(kāi)時(shí)，會(huì)造成1個(gè)常閉并聯(lián)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有打開(kāi)(或常開(kāi)串聯(lián)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有閉合)，電梯在運(yùn)行時(shí)程序可判斷檢測(cè)信號(hào)不正確，電梯會(huì)因故障停止。

3)BSR1和BSL1為制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)狀態(tài)時(shí)并聯(lián)，常閉時(shí)串聯(lián)，不能檢測(cè)其中1組機(jī)械裝置因沒(méi)有提起引起的帶閘運(yùn)行；BSR2和BSL2為制動(dòng)器閉合時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常閉狀態(tài)時(shí)并聯(lián)，常開(kāi)時(shí)串聯(lián)，不能檢測(cè)其中1組機(jī)械裝置因沒(méi)有釋放引起的制動(dòng)力不足。

3.2.2 控制系統(tǒng)上1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)

從圖10可以看出，此接線方式的控制原理與3.2.1基本一致，但增加制動(dòng)器接觸器LB的輔助觸點(diǎn)LB1和LB2來(lái)確保檢測(cè)信號(hào)燈X20維持1種信號(hào)不亮的狀態(tài)。如果檢測(cè)信號(hào)燈X20亮，則出現(xiàn)制動(dòng)器機(jī)械裝置提起(或釋放)不正常，電梯處于故障狀態(tài)。制動(dòng)器失電時(shí)，制動(dòng)器機(jī)械裝置閉合，制動(dòng)器接觸器斷開(kāi)帶動(dòng)輔助觸點(diǎn)動(dòng)作，如圖10(a)所示的LB1閉合、LB2斷開(kāi)以及如圖10(b)所示的LB1斷開(kāi)、LB2閉合。BSR1和BSL1為制動(dòng)器閉合時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)狀態(tài)時(shí)應(yīng)并聯(lián)，常閉狀態(tài)時(shí)應(yīng)串聯(lián)；BSR2和BSL2為制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，常閉狀態(tài)時(shí)應(yīng)并聯(lián)，常開(kāi)狀態(tài)時(shí)應(yīng)串聯(lián)。

4 結(jié)論

1)分析了制動(dòng)器型式及機(jī)械裝置的提起(或釋放)距離，對(duì)鐵芯移動(dòng)距離小于1 mm的直壓式制動(dòng)器，用1個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)其機(jī)械裝置的提起(或釋放)進(jìn)行驗(yàn)證；對(duì)鐵芯移動(dòng)距離在2～6 mm之間的杠桿式鼓式制動(dòng)器，用具備2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)其機(jī)械裝置的提起(或釋放)進(jìn)行驗(yàn)證。

2)對(duì)于1個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)驗(yàn)證制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起(或釋放)的接線方式，應(yīng)在電梯的主控板上設(shè)置2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不論與檢測(cè)點(diǎn)連接的檢測(cè)開(kāi)關(guān)常開(kāi)或常閉都可以檢測(cè)到制動(dòng)器的機(jī)械裝置是否正確提起(或釋放)，主要用于直壓式制動(dòng)器。

3)對(duì)于2個(gè)通斷狀態(tài)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)驗(yàn)證制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起(或釋放)的接線方式，應(yīng)采用常開(kāi)并聯(lián)或常閉串聯(lián)的方式檢測(cè)制動(dòng)器機(jī)械裝置的釋放，采用常閉并聯(lián)和常開(kāi)串聯(lián)的方式檢測(cè)制動(dòng)器機(jī)械裝置的提起，主要用于杠桿式鼓式制動(dòng)器。