電梯曳引機制動器故障檢測方法探究

林源 王志剛 何新春

摘 要：在現(xiàn)代都市生活中電梯起到非常重要的作用。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求推動了電梯技術(shù)的進步。城市中的高層建筑越來越多，而室內(nèi)電梯的使用率也在不斷地增加當中。這也就意味著，保證電梯的安全性將關(guān)系到更多居民的人身安全。故保障電梯的安全運行，提高電梯運行的安全可靠性非常重要。電梯制動器是電梯曳引機的重要組成部分，制動器的功能是在電梯停站時保持電梯轎廂的靜止狀態(tài)，當電梯發(fā)生故障時使轎廂能夠緊急減速停車并保持其靜止狀態(tài)。因此，制動器性能的好壞直接關(guān)系到電梯的安全與否。

關(guān)鍵詞：電梯曳引機;制動器故障

1 電梯曳引機制動器綜合參數(shù)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 試驗臺總體方案分析

該試驗臺主要是由加載電機來提供動力來源，用慣性飛輪模擬實際工況下轎廂等負載的慣量。當達到額定轉(zhuǎn)速時，進行制動器的制動操作，來檢測出制動器的性能參數(shù)。測量的參數(shù)包括制動器電磁線圈電流、動態(tài)制動力矩以及轉(zhuǎn)速隨時間的變化。整個過程能夠自動的完成。被檢測曳引機可以自動運輸?shù)綑z測臺，并能實現(xiàn)其在檢測位置的準確定位。

1.2 試驗臺方案結(jié)構(gòu)設(shè)計

扭矩傳感器用于檢測制動器制動時的制動力矩和轉(zhuǎn)速隨時間的變化。

上料工位用于輸送曳引機至檢測位置，實現(xiàn)自動化上料。

壓緊工位用于在制動過程中固定壓緊曳引機。

加載電機用于為整個系統(tǒng)提供動力來源。

由上料工位將曳引機輸送至壓緊工位，壓緊氣缸壓緊，然后加載電機加載至指定的轉(zhuǎn)速，脫開電機，電磁制動器斷電，彈簧在彈力作用下壓緊制動盤制動，根據(jù)扭矩傳感器檢測出制動力矩與轉(zhuǎn)速隨時間的變化曲線。

2 電梯曳引機制動器故障檢測方法

2.1 電磁制動器的組成及工作原理

電磁制動器主要由彈簧、電磁鐵、制動盤、磁軛等主要零件構(gòu)成。其核心結(jié)構(gòu)為電磁鐵產(chǎn)生的電磁力與彈簧的彈力的相互作用實現(xiàn)制動器的啟閉功能。制動時，在線圈中通以一定的電流，電磁鐵產(chǎn)生足夠的電磁力，該電磁力使摩擦盤運動，與制動盤摩擦，產(chǎn)生所需的制動效果。設(shè)備需要工作時，需要使制動器松閘，制動器電感線圈繞組中通過電流，電磁鐵芯迅速磁化吸合，電磁鐵被吸向磁軛，制動盤松開。設(shè)備需要停止，制動器電感線圈繞組中電流截止，電磁鐵芯的磁力迅速消失，通過彈簧的反作用力，對制動盤施加壓力，實現(xiàn)制動功能。

2.2 電磁制動器的制動性能指標

2.2.1 彈簧的彈性系數(shù)

制動器在制動的時候，電磁線圈失電，彈簧由于彈力作用恢復(fù)形變，其響應(yīng)的時間由彈簧的彈性系數(shù)K來決定。當彈性系數(shù)大時，由摩擦盤與制動盤剛接觸到完全壓緊所需要的時間就短，其響應(yīng)自然也就快;當彈性系數(shù)小時，其恢復(fù)形變需要的時間就長。因此彈簧的彈性系數(shù)影響了制動器的響應(yīng)性能。

2.2.2 制動器間隙

制動器間隙是影響彈簧壓緊力的主要因素，因此決定了完全壓緊時的最大制動力矩的大小。根據(jù)力學(xué)原理可知，當彈簧處于壓縮或拉伸狀態(tài)時，彈簧產(chǎn)生的彈力必由彈簧伸縮量和彈性系數(shù)的乘積所決定。

彈簧力：Fs=Ks·X

式中：X為彈簧的壓縮量，由制動器間隙來決定，為彈簧的彈性系數(shù)。

由上式可知，如果已知彈性系數(shù)為定值時，當制動器間隙變大時，彈簧壓緊時的壓縮量減小，則彈簧力減小，對制動盤的壓力減小。這樣會造成制動力矩相應(yīng)降低，使制動時間增長。

2.2.3 制動盤間隙是否均勻

電梯曳引機制動器在正常的制動過程中，由于摩擦盤與制動盤之間產(chǎn)生間隙性摩擦，如果其間隙不均勻接觸的話，會使摩擦盤與制動盤的接觸面積發(fā)生改變，進而會導(dǎo)致該摩擦副的摩擦因數(shù)μ產(chǎn)生相應(yīng)的改變，從而使摩擦力產(chǎn)生改變，使制動器的制動力矩造成波動。

2.3 電磁制動器性能檢測的方法

根據(jù)上述制動器的制動性能指標可知，可以通過檢測電磁制動器摩擦盤與制動盤的間隙及其均勻程度和彈簧的彈性系數(shù)來反應(yīng)制動器的性能。該節(jié)介紹選取特征量來反應(yīng)上述的幾項性能指標，以及特征量的計算方法，介紹如何利用獲取的特征量來實現(xiàn)制動器性能的檢測。

2.3.1 彈性系數(shù)的特征量

上面說過，彈簧的彈性系數(shù)決定了響應(yīng)的快慢。彈性系數(shù)影響了彈簧力的加載時間，從摩擦盤與制動盤剛接觸到完全壓緊的時間也會不同，進而就影響了制動力矩的施加時間。所以其制動力矩曲線的上升斜率能夠反映出彈簧的彈性系數(shù)該項指標。

取制動力矩曲線開始時候的一段上升曲線，用線性回歸方法擬合出其回歸方程，計算出其上升斜率。其斜率和彈性系數(shù)成線性關(guān)系，所以能夠反映出其彈性系數(shù)。

當斜率較小時，響應(yīng)時間較長，增加了制動時間，不能滿足制動器的性能要求，說明其彈簧的彈性系數(shù)較小，所以需要更換合適的彈簧。

2.3.2 間隙的特征量

上面說過，間隙的大小導(dǎo)致了彈簧伸縮量的改變，進而會導(dǎo)致彈簧力的不同，最終會反映在制動力矩上?？梢愿鶕?jù)制動力矩來判斷間隙的大小。

制動力矩：M=μd Fs

式中：μ為摩擦副的摩擦因數(shù);d為制動盤的直徑。

當制動器的間隙較大時，就會導(dǎo)致彈簧的壓緊力不夠，從而將會造成制動器的制動力矩減小，無法在規(guī)定時間內(nèi)正常制動。

2.3.3 間隙是否均勻的特征量

由于間隙的不均勻，導(dǎo)致制動時接觸面積的變化，摩擦因數(shù)因之改變，假設(shè)彈簧壓力不變的話，其制動力矩必然發(fā)生一定范圍內(nèi)的波動。故可以從其制動力矩曲線的波動情況來反應(yīng)間隙是否均勻這一特征。

為了保證所取點的彈簧力是一定的，也就是說保證是在完全壓緊的狀態(tài)。取其轉(zhuǎn)速從600 r/min降到100 r/min的一段區(qū)間，其間彈簧都處于完全伸出的狀態(tài)，其彈簧壓力可以看作是不變的。其間制動力矩的最大差值及其方差，可以作為間隙是否均勻的一個表征。

當其波動過大時，說明是不均勻接觸，需要做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過理論分析了制動力矩與故障原因的對應(yīng)關(guān)系，提出了一種新的故障檢測的方法。

（2）該方法用制動力矩來進行分析，更為直接，所以其診斷亦更為準確。

（3）經(jīng)過試驗分析驗證，證實了該方法的切實可行。對于不滿足要求的制動器的調(diào)整具有指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]雷鈞.電梯智能控制系統(tǒng)的PLC開發(fā)[J].機床與液壓，2005（12）：160-162.

[2]郭鐵橋，閆迎志.基于Lab VIEW的電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（7）：54-56.